автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Создание автоматизированной компьютерной системы управления разработкой нефтяных месторождений

Введение

1. Анализ состояния и уровня применения автоматизированной системы оперативного управления и контроля за текущими показателями разработки нефтяных месторождений

1.1. Автоматизация и управление технологическими процессами нефтедобычи в НГДУ

1.2. Организация системы сбора и передачи технологической информации

1.3. Постановка проблемы, цели и задачи исследований

2. Разработка программно-информационного обеспечения для оперативного управления текущими показателями разработки нефтяных месторожде^^ ^

2.1. Математическое обеспечение и разработка программного комплекса. Описание входных и выходных документов.

2.2. Технологическая схема сбора, обработки, классификации и кодирования информации

2.3-. Состав и структура информационной базы

Выводы по главе

3. Организация информационной базы задачи АСУ «ДОБЫЧА»

3.1. Алгоритмы корректировки файлов на основе данных первичных 82 документов

3.2. Описание алгоритмов сжатия файлов

3.3. Расчет показателей добычи нефти по скважинам и их корректировка

3.4. Формирование месячных данных по эксплуатации фонда добывающих скважин 134 Выводы по главе

4. Разработка и формирование документов по потерям добычи нефти и простаивающему фонду скважин

4.1. Формирование суточных документов по добыче и потерям нефти

4.2. Алгоритм формирования месячных документов анализа простоев фонда добывающих скважин

Выводы по главе

5. Разработка алгоритма формирования отчетов о работе добывающих скважин и обслуживающих документов

5.1. Разработка и описание алгоритма формирования справочной документации по замерам жидкости, обводненности и плотности воды по скважинам ЦДНГ

5.2. Алгоритмы формирования документов по добыче нефти и жидкости по данным замерных установок

5.3. Формирование итоговых отчетов о работе добывающих скважин 188 Выводы по главе

6. Внедрение системы АСУ «ДОБЫЧА» и оценка ее эффективности

6.1. Издержки по внедрению системы АСУ «ДОБЫЧА» в НГДУ «Арланнефть»

6.2. Оценка экономической эффективности от внедрения системы АСУ «ДОБЫЧА» 218 Выводы по главе 224 Основные выводы 225 Список использованных источников 227 Приложения

Разработка нефтяных месторождений, как сложный технологический процесс, нуждается в своевременном и действенном контроле, анализе и регулировании, которые начинаются с ввода в эксплуатацию первых скважин и непрерывно продолжаются до конца эксплуатации месторождений, охватывая все стадии их разработки, и от которых зависят высокая эффективность процесса и конечная нефтеотдача. Особенно большое значение контроль, анализ и регулирование приобретают на поздней стадии, когда детально изучена геологическая характеристика месторождений и накоплен опыт разработки.

Каждое эксплуатируемое месторождение представляет индивидуальный объект, которому присущи свои особенности строения залежи и методы разработки. Принципы и методы регулирования различных залежей на разных стадиях могут быть различными, но, в конечном счете, они направлены на решение основных задач: обеспечение плановой добычи нефти при минимальных затратах на разработку месторождения и достижение возможно высокой нефтеотдачи пласта, для выполнения которых необходимо регулярно проводить анализ состояния разработки и в нужный момент корректировать ее путем регулирования отдельных элементов системы.

Рациональная система управления разработкой нефтяных месторождений в большой степени связана с построением математических моделей фильтрации нефти, воды и газа в пористой среде, моделей сбора и обработки информации при разработке нефтяных месторождений, созданием комплекса технических средств и специальных программ для автоматизированной обработки информации и управления процессом разработки нефтяных месторождений.

С началом разработки и внедрения автоматизированных систем управления в нефтяной промышленности создались реальные предпосылки для организации высокоэффективных систем управления производством. При этом, основной задачей системы управления стало определение возможных состояний основных технико-технологических показателей и параметров, характеризующих производственный процесс и обеспечение эффективности функционирования нефтегазодобывающего предприятия в целом.

В новых условиях хозяйствования, когда сложившаяся ранее система взаимоотношений между структурными подразделениями нефтяных предприятий оказалась нарушенной, создание и внедрение автоматизированных систем управления за разработкой нефтяных месторождений требует принципиально новой постановки задачи и разработки новых методологических подходов.

Для решения этой задачи необходимо точное информационное отображение состояния технологических показателей производства, которое сводится к фиксированию их в соответствующих отчетных документах, создание нормативной справочно-информационной базы, построение общей экономико-организационной модели управления, разработка форм документов и частоты их подготовки и обработки техническими средствами АСУ. Принятие решения требует наличия экспресс-информации, в сжатой форме, содержащей, в основном, информацию об отклонениях контрольных параметров от нормативных. Поэтому, возникают вопросы организации хранения, дополнения и использования массивов входной информации (данных от устройств телемеханизации, рапортов, отчетов с диспетчерских пунктов), обработки их по заданным алгоритмам, с возможностью последующей корректировки и создания выходных аналитических документов. Это возможно только при использовании научно-обоснованных подходов к созданию автоматизированных систем управления на базе корректного применения математического аппарата и создания четких логических схем взаимосвязи технико-технологических процессов.

С учетом изложенного, представленная диссертационная работа посвящена решению проблемы автоматизации системы управления разработкой и эксплуатацией нефтяных месторождений и разработке программного комплекса по обеспечению контроля за добычей углеводородной продукции, внедрение которых создает наиболее благоприятные условия для эффективного управления производственным процессом и повышения экономической эффективности работы нефтедобывающих предприятий в целом.

Работа выполнена на кафедре «Прикладная математика» Тюменского государственного нефтегазового университета и кустовом информационном вычислительном центре АНК «Башнефть».

Автор выражает благодарность преподавателям кафедры «Прикладная математика», научному руководителю докт. техн. наук, профессору, академику Кучумову Р.Я. и научному консультанту канд. техн. наук, действительному члену Нью-Йоркской Академии наук Кучумову P.P., а также сотрудникам КИВЦа АНК «Башнефть» канд. эконом, наук Батталову P.M. и Узбекову Р.Б. за научные консультации и ценные замечания при выполнении диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель функционирования скважин во времени, позволяющая определить средние дебиты и объемы суточной и месячной добычи продукции с учетом технологических потерь нефти по цехам добычи и НГДУ в целом.

2. Разработан и внедрен программный комплекс автоматизированной системы управления «Добыча», позволяющий организовать сбор и обработку исходной информации от устройств телемеханизации и диспетчерских пунктов, передачу и хранение информационных пакетов (документов) в единой базе данных НГДУ. Аналитические зависимости, полученные на основе обработки программным комплексом первичной информации, позволяют принимать оперативные решения по оптимизации процесса добычи нефти.

3. Предложена технологическая схема решения комплекса задач по добыче нефти, базирующаяся на применении нормативно-справочной информации, включающей в себя отчетные месячные данные по работе фонда добывающих скважин, объемам добычи нефти и уровню внеплановых потерь по объектам разработки с использованием локальных справочников производственных подразделений НГДУ. Разработанный программный комплекс позволяет контролировать основные геолого-технологические показатели разработки месторождения, оценить уровень их отклонений от проектных показателей, а также оценить остаточные запасы.

4. На основе разработки форм входных и выходных документов, структуры справочников и полей записи файлов отчетной информации создана архивная база данных и отчетные документы по фонду скважин, разрабатываемым горизонтам, простоям скважин, замерам с датчиков телемеханизации и отборам проб. Разработаны и реализованы алгоритмы выявления ошибок при создании и модификации архивной базы данных.

5. Предложены методика расчетов календарного времени работы, простоев и времени эксплуатации скважин, алгоритмы расчета основных показателей добычи жидкости, нефти и воды (суточные и месячные) и алгоритмы их корректировки с учетом фактической парковой добычи нефти и обводненности продукции, учитывающая уровень технологических потерь нефти в процессе ее подготовки.

6. Разработана и программно реализована схема обработки суточной информации о добыче и недоборах нефти по фидерам, подстанциям, ГЗУ цехов добычи и НГДУ в целом. Составлены алгоритмы формирования документов по замерам дебитов жидкости, обводненности продукции и плотности воды, структура выходных файлов с отчетными документами и справочных файлов программного комплекса «Добыча» по привязке объемов добычи скважин к замерным устройствам. Программный комплекс позволяет определить добычу нефти по каждому объекту контроля - скважине, кусту, площади, месторождению и НГДУ в целом.

7. Разработана и программно реализована схема формирования итоговых документов (файлов выходной информации) месячной отчетности по эксплуатационному фонду скважин, простоям скважин и объемам добычи с разрабатываемых продуктивных горизонтов и сводных геологических отчетов по объектам с выдачей их на текущий момент времени.

8. Внедрение программного комплекса автоматизированной системы управления «Добыча» в НГДУ «Арланнефть» позволило снизить себестоимость товарной продукции на 2,1 млн. руб. при фактическом среднегодовом эффекте от внедрения 1,8 млн. руб. и сроке окупаемости 0,7 лет.

1. Усов В.В. и Долгов В.П. Техническое описание и инструкция по эксплуатации контроллера «Атлас-5М», 1995.- 60с.

2. Паспорт Р.Т., Алимов Ф.Т. Локальные сети. Программное обеспечение.»-М.: Дрофа, 1997.-50 с.

3. Бобков Н.И. Охрана труда на ВЦ-М.: Высшая школа 1991,- 90с.

4. Денисенко Г.Ф. Охрана труда-М.: Высшая школа 1985.- 154с.

5. Компьютерные сети. Учебный курс/Пер. с англ. М.: Издательский отдел Русская Редакция ТОО Channel Trading Ltd., 1997.-285с.

6. РД 32 0137095 - 001 - 86. Автоматизация и телемеханизация нефтегазодобывающих производств. Объекты автоматизации. Основные положения, 1986. -95с.

7. Техническое описание и инструкция по эксплуатации преобразователя давления Сапфир 22-ЕХ-М-ДИ 3.5095.005, 1995.-39с.

8. Булгаков Р.Т. Прогнозирование и управление процессом разработки нефтяных месторождений. Диссертационная работа на соискание ученой степени канд. техн. наук Уфа, 1974. - 160 с. >

9. Технический проект «Система технического обеспечения АСУ-нефть на уровне объединения «Куйбышевнефть», № 59975 Гипровостокнефть. Куйбышев, 1972.

10. Планирование дискретного производства в . условиях АСУ. /Под. ред. Глушкова В.М. К.: Техтка, 1975 - 296 с.

11. Надежность автоматизированных систем управления. /Под. ред. Хетагурова Я.А. М.: Высшая школа, 1979 - 287 с.

12. Липаев В.В., Колин К.К., Серебровский Л.А. Математическое обеспечение управляющих ЦВМ М.: Советское радио, 1972.

13. Селлерс Ф. Методы обнаружения ошибок в работе ЭЦВМ М.: Мир, 1972.

14. Кобринский Н.Е., Майминас Е.З., Смирнов А.Д. Введение в экономическую кибернетику М.: Экономика, 1975 - 343 с.

15. Перспективный план работ по созданию автоматизированной системы управления объединением «Куйбышевнефть». НИИ «Гипровостокнефть». Отчет по теме 25-73. Куйбышев, 1973 г.

16. Булгаков Р.Т., Лукьянов Е.П. и др. Автоматизированная система учета и контроля работы эксплуатационных и нагнетательных скважин в НГДУ «Альметьевнефть». Труды ТатНИПИнефть, Вып. 22, Казань, 1973.

17. Технический проект «Система технического обеспечения АСУ-нефть на уровне НГДУ «Арланнефть», № 6913 «Башнипинефть». Уфа, 1974 г.

18. Кучумов Р.Я., Кучумов Р.Р. Математические методы обработки статистической информации на ЭВМ (учебное пособие) Тюмень, Изд-во ТюмГНГУ, 1995-216 с.

19. Автоматизированные системы управления предприятием К.: Наукова думка, 1966.

20. Бондаренко O.A. Эвристические подходы к решению задач календарного планирования В сб.: «Автоматизированные системы управления предприятием» Вып.1, - К.: Изд-во АН УССР, 1968.

21. Бусленко Н.П. Моделирование производственных процессов. М.: Машиностроение, 1969.

22. Кучумов Р.Я., Нурбаев Б., Кучумов P.P. Моделирование надежности нефтепромысловых систем и ремонтно-изоляционных работ в осложненных условиях Тюмень: Вектор-Бук, 1998 - 224 с.

23. Велесько Е.И. и др. Плановые расчеты в условиях АСУ. Минск: Беларусь, 1972.

24. Методы оперативного планирования с применением ЭВМ. / Под. ред. Степаняка A.A. Куйбышев: Книжное издательство, 1972.

25. Вьюн В.И., Веренко Я.Г., Мокрянин М.Н. Организация выдачи информации -«Механизация и автоматизация управления», 1969, №3.

26. Вьюн В.И. Принципы построения диспетчерской программы «Механизация и автоматизация управления», 1969, №3.

27. АСУ: проблемы, модели, методы. Из опыта создания АСУ в объединении «Татнефть» Казань: Татарское книжное издательство, 1973 - 212 с.

28. Мельцер М.И. Разработка алгоритмов АСУП- М.: Статистика, 1975 240 с.

29. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти. / Под. ред. Гиматудинова Ш.К. М.: Недра, 1983-455 с.

30. Информация и модели структур управления. Сер. «Автоматизированные системы управления» М.: Наука, 1972 - 336 с.

31. Полищук А.И. Топологическая классификация нефтегазосборных систем В сб.: «Методы исследования операции и систем в добыче и транспорте нефти и газа». Вып. 1-2, М.: ВНИИКАнефтегаз, 1971.

32. Полищук А.И. Анализ математических моделей, используемых при постановке и решении задачи проектирования обустройства нефтяного месторождения в НТС «Нефть и газ Тюмени», вып. 7 - Тюмень, 1970.

33. Ручков А.Е. О выборе и размещении объектов сбора нефти и газа на промыслах. «Нефтяное хозяйство», №12, 1968.

34. Кучумов Р.Я., Булгаков P.P. Методика управления надежностью нефтепромыслового оборудования по данным эксплуатации скважин. М.: ВНИИОЭНГ, 1992 - 72 с.

35. Галлямов М.Н., Олифер С.Л., Султанова Л.Г. Применение ЭВМ в добыче нефти. М.: Недра, 1982 - 118 с.

36. Особенности подбора режимов скважин, эксплуатируемых насосами в НГДУ Арланнефть. / М.Н. Галлямов, С.Л. Олифер, Р.Б, Узбеков и др. Тезисы докладов ЦПНТО Миннефтепрома, 1977.

37. Кучумов Р.Я. Некоторые вопросы совершенствования глубинно-насосной эксплуатации скважин на месторождениях Башкирии. М.: ВНИИОЭНГ, 1984 -67 с.

38. Кучумов Р.Я., Узбеков Р.Б. Оптимизация процесса глубинно-насосной нефтедобычи в условиях Башкирии. Уфа: Башкнигоиздат, 1986 - 160 с.

39. Галлямов М.Н., Олифер С.Л., Султанова Л.Г. Методика создания системы инженерно-технологических задач по планированию геолого-технических мероприятий в нефтедобыче. ЦПНТО Миннефтепрома, 1976.

40. Страуструп Б. Язык программирования С++, 3-е изд. / Пер. ч англ. СПб.; М.: «Невский Диалект» - «Издательство Бином», 1999 - 991 с.

41. Программирование для Windows 95; в двух том. / Пер. с англ. СПб.: BHV -Санкт-Петербург, 1997 - 368 с.

42. Холзнер С. Microsoft Visual С++5 с самого начала СПб.: Питер, 1998 - 480 с.

43. Янг М.Д. Microsoft Visual С++5 для профессионалов К.: ВЕК, 1997 - 704 с.

44. Автоматизированные информационные системы. Под ред. В.А. Ильина. Труды ВЗНИ. Вып. 62, 1970.

45. Булгаков Р.Т. и др. Оперативное управление процессами нефтедобычи с помощью ЭВМ. Исследователи производству, ПО «Татнефть». Вып. 12 -Альметьевск, 1971.

46. Методическое руководство по применению статистических методов при изучении факторов, влияющих на коэффициент нефтеотдачи. / Мирзаджанзаде А.Х., Чубанов О.В. и др. -М.: ВНИИ, 1974.

47. Олифер С.Л., Александрова К.С. Формирование массивов исходных данных и некоторые вопросы их обработки в фактографической «ИПС-скважин». М.: Организация и управление нефтяной промышленности, 1974.

48. Форд Л., Фалкерсон Д. Потоки в сетях. М.: Мир, 1966.

49. Об опыте эксплуатации системы инженерно-технологических задач в НГДУ Арланнефть. / М.Н. Галлямов, С.Л. Олифер, Р.Б, Узбеков и др. Тезисы докладов ЦПНТО Миннефтепрома, 1977.

50. Зыков В.В. Введение в системный анализ: моделирование, управление, информация: Учебное пособие для вузов. Тюмень: Изд-во ТГУ, 1998 - 244 с.

51. Ли Т.Г., Адаме Г.Э., Гейнз У.М. Управление процессами с помощью вычислительных машин. Моделирование и оптимизация. М.: Сов. Радио, 1972 -312с.

52. Мамиконов А.Г. Основы построения АСУ. Учебник для вузов. М.: Сов. Радио, 1981 -284 с.

53. Булгаков Р.Т., Коваленко Ю.М. Разработка информационного обеспечения АСУ объединения «Татнефть» в области контроля, анализа и проектирования разработки нефтяных месторождений Татарии. Отчет ТатНИПИнефть по теме 42/71 Альметьевск, 1971.

54. Булгаков Р.Т., Лукьянов Е.П. и др. Автоматизированная система учета и контроля работы эксплуатационных и нагнетательных скважин в НГДУ «Альметьевнефть». Трубы ТатНИПИнефть. Вып. 22 Казань, 1973.

55. Васманов. Автоматизированные системы оперативного управления. М.: Энергия, 1970.

56. Думлер С.А. Управление производством и кибернетика. М.: Машиностроение, 1969.

57. Кучерюк В.А, и др. О частоте измерения дебита нефтяных скважин. Нефтепромысловое дело, №1, 1968.

58. Основные положения по обустройству и автоматизации нефтедобывающих предприятий. -М.: Миннефтепром, 1971.

59. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации. М.: Высшая школа, 1989 -320 с.

60. Полищук Ю.М., Хон В.Б. Теория автоматизированных банков информации. -ML: Высшая школа, 1989 184 с.

61. Четвериков В.Н. Преобразование и передача информации в АСУ. Учебник для вузов М.: Высшая школа, 1974 - 320 с.

62. Редько В.Н., Бесараб H.A. Базы данных и информационные системы. Сер. «Математика и кибернетика», №6. М.: Знание, 1987 - 32 с.

63. Мейстер Д., Рабидо Дж. Инженерно-психологическая оценка при разработке систем управления М.: Сов. Радио, 1979 - 343 с.

64. Олифер C.JL, Александрова К.С., Информационно-поисковая система для скважин объединения Башнефть Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности, №6, 1976 - с.25-40.

65. Чухман В.Н. Автоматизация оперативного управления производством М.: Энергия, 1967.

66. Scrimes W.R. Automatic Production Control. Oil in Canada, vol. 11, № 45, 1959.

67. Lake L.W. Enhanced Oil Recovery. Prentice Hall, New Jersey 07632, 1989 -p. 550.

68. Savitch W. Problem solving with С++. The object of programming. Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1996.

69. Черняк Ю.И. Информация и управление. Серия «Оптимальное планирование и управление», раздел «АСУ»-М.: Наука, 1974 184 с.

70. Вороновский В.Р., Фаддеев В.П. Организация информационных систем в нефтедобывающей промышленности -М.: Недра, 1967 172 с.

71. Абдуллаев A.A. Из опыта проектирования комплексной автоматизации нефтедобывающих предприятий Азербайджана. Нефтяное хозяйство, №7, 1960.

72. Вахитов Г.Г. и др. Автоматизация учета и обобщения отдельных параметров нефтяных месторождений. Сб. «Добыча нефти» М.: Недра, 1964.

73. Вороновский В.Р., Гешелин М.Г., Фаддеев В.П. Вопросы проектирования централизованных систем контроля и управления. Труды ВНИИКАнефтегаз, вып. 1 -М.: Недра, 1965.

74. Вороновский В.Р., Фаддеев В.П. Определение необходимой частоты передачи информации о дебите нефтяных скважин. Научно-технический сборник. «Нефтепромысловое дело», №9, ЦНИИТЭнефтегаз, 1965.

75. Гешелин М.Г. Основные принципы построения систем централизованного контроля в комплексной автоматизации нефтяной и газовой промышленности. Сб. «Бесконтактные телемеханические устройства в нефтяной и газовой промышленности^). М.: ЦИНТИАМ, 1963.

76. Гешелин М.Г. Проблемы внедрения информационных систем при автоматизации нефтедобывающей промышленности. Научно-технический сборник. "Машины и нефтяное оборудование" №7, ЦНИИТЭнефтегаз, 1964.

77. Исакович Р.Я. Состояние и ближайшие задачи развития автоматизации и телемеханизации нефтяных промыслов. Труды ВНИИКАнефтегаз, вып. 1. М.: Недра, 1965.

78. Ицкович Э.Л. Статистические методы при автоматизации производства. М.: Энергия, 1964.

79. Канторович Л.В. Математические методы организации и планирования производства. Л.: Изд-во ЛГУ, 1939.

80. Мамиконов А.Г., Слетова Т.Л. Автоматизированный сбор и переработка информации в системах сетевого планирования и управления разработки. М.: Советское радио, 1966.

81. Синельников А.В. Исакович Р.Я., Мамиконов А.Г. Принципиальная схема комплексной автоматизации и телемеханизации нефтедобывающего предприятия. "Нефтяное хозяйство", №6, 1960.

82. Фадеев В.П., Вороновский В.Р. Вопросы проектирования средств автоматического контроля нефтедобывающего предприятия. М.: ВНИИОЭНГ, 1965.

83. Фадеев В.П., Контроль режима отбора нефти. "Машины и оборудование" №2 -М.: ВНИИОЭНГ, 1966.

84. Ягудин Р.Ю. О возможности применения цифровой техники при промысловых гидродинамических исследованиях пластов и скважин. Сер. "Машины и нефтяное оборудование", №1, 1964.