Концепция интеллектуального месторождения на базе Астраханского ГКМ

"Газпром добыча Астрахань" – один из крупнейших в стране комплексов по добыче пластовой газожидкостной смеси (ГЖС), из которой производят топливный газ, широкую фракцию легких углеводородов (ШФЛУ), различные виды топлива, серу и др. На базе Астраханского газоконденсатного месторождения функционирует газохимический комплекс, в состав которого входят газопромысловое управление, газоперерабатывающий завод и ряд обслуживающих производств. Для оптимального управления распределенной инфраструктурой и повышения эффективности производства специалистами предприятия была разработана концепция интеллектуального месторождения.

Астраханское газоконденсатное месторождение находится в лидерах по уровню автоматизации, контроля и управления промысловыми объектами не только среди дочерних обществ "Газпрома", но и по отрасли в целом. Высокие требования к обеспечению безопасности на объекте связаны с достаточно жесткими условиями работы (см. таблицу) и особенностями технологического процесса добычи и транспортировки ГЖС:

• состав смеси многокомпонентный, с высоким содержанием сероводорода (до 45%);
• высокая температура гидратообразования – +28 °С;
  
• аномально высокое пластовое давление;
• значительная рассредоточенность объектов по площади месторождения.

Таблица. Особенности Астраханского месторождения

Концепция интеллектуального месторождения

Реализация концепции интеллектуального месторождения направлена на оптимизацию процессов разработки, добычи и подготовки углеводородов к транспортировке, а также повышение эффективности всех технологических процессов и производства в целом за счет использования инновационных решений. В основу концепции легли:

1. Высокотехнологичные элементы (интеллектуальные скважины, интеллектуальные установки, системы сбора информации в режиме реального времени).
2. Сбор данных и интеграция (резервированные системы связи, обработка, классификация и представление данных).
3. Расширенный анализ и прогнозирование (системы интеллектуального анализа данных и прогнозирования ситуаций, мониторинг ключевых показателей разработки месторождения, автоматизация основных и вспомогательных производственных процессов).
4. Управление событиями (визуализация – графическое представление информации, моделей, процессов, моделирование, мониторинг, управление производством и др.).

Ядром интеллектуального месторождения является интеллектуальная скважина, технологический объект, с которого непрерывно поступают данные, характеризующие текущее состояние промыслового оборудования, комплекса программно-технических средств, а также всех систем автоматизации, на вышестоящий уровень.

Фундаментом этого инновационного проекта стал более чем 10-летний опыт специалистов предприятия, которые анализировали мировые тенденции развития информационных технологий, создавали и применяли разработки в области автоматизации и совершенствования производственного процесса. В результате комплекс программно-технических решений был преобразован в единое целое и интегрирован с системами управления и принятия решений предприятия.

Рис. 1. Концепция интеллектуального месторождения

Функциональные связи систем

Для объединения алгоритмов, программ и автоматизированных решений мы использовали разработанные нашими специалистами и запатентованные программные модули на базе математических моделей, учитывающих регламентные требования и необходимые условия. Внедрение функциональных модулей потребовало установки специального оборудования, которое способно получать и передавать информацию об измеряемых параметрах и данные самодиагностики, что позволило интегрировать существующие приборы с системами автоматизации верхних уровней.

Обработка событий и ситуаций происходит с использованием определенных последовательностей действий, все данные процесса заносятся в базу данных. Благодаря этому алгоритмы автоматизированных систем имеют возможность адаптироваться в каждой ситуации и действовать в зависимости от обстановки на технологических объектах.

На данный момент системы объединены в единое целое, взаимно дополняют друг друга и используют базовые принципы всей концепции – единообразие и комплексность представления данных на всех уровнях:

1. исследовательском;
2. технологическом;
3. уровне управления производством.

Эти принципы обеспечивают максимальные меры безопасности и энергоэффективности при добыче, подготовке и транспортировке высокотоксичного сырья в условиях применяемых на промысле малолюдных технологий сопровождения технологического процесса.

Рис. 2. Диспетчерский ручной и автоматический режим управления температурой и добычей ГЖС

Все компоненты в рамках концепции интеллектуального месторождения обмениваются данными в едином информационном пространстве. Технологические и диагностические данные централизованно хранятся на резервированных серверах, для обеспечения доступа аналитикам и управленческому персоналу к информации для принятия решений.

Автоматическое управление температурой и добычей ГЖС

Для глобального управления основными параметрами технологического процесса разработаны интеллектуальные надстройки, обеспечивающие решение следующих задач: автоматическое регулирование производительности скважин для поддержания заданного давления добываемой ГЖС на входе газоперерабатывающего завода с обеспечением повышенных мер безопасности ведения технологического процесса, а также поддержание температурных показателей ГЖС на входе установок сепарации газоперерабатывающего завода на нижних границах технологического регламента для экономии очищенного газа, с контролем возможного гидратообразования посредством принятия превентивных мер.

В отношении указанных систем диспетчерский и оперативный персонал может не предпринимать никаких действий, регулирование происходит автоматически: после анализа устанавливается оптимальный режим и поддерживается на протяжении всего технологического процесса. За счет внедрения этого проекта удалось сэкономить более 150 млн куб. м очищенного газа, снизить выбросы вредных веществ в атмосферу более чем на 250 т, а подтвержденный экономический эффект составил более 160 млн руб.

Рис. 3. Комплекс инновационных разработок

Компоненты блока моделирования

Используемые инновационные разработки на предприятии объединены в глобальный комплекс, но также могут выступать и как отдельные системы и функциональные модули. Рассмотрим их подробнее.

Система автоматической диагностики интеллектуальных КИП

Система контроля объектов диагностирует оборудование и обеспечивает бесперебойной режим работы. Она в автоматическом режиме передает статус интеллектуальных датчиков, их состояние и возможные отказы на верхний уровень. Все объекты промысла обвязаны следующими типами приборов:

1. Клапаны (отклонение штока, счетчик хода, сигнатура, отклик, сигнал на привод, выходной сигнал, динамическая ошибка).
2. Расходомеры (мгновенный расход, плотность, температура, частота колебаний, коэффициент усилителя, смещение нуля).
3. Температурные датчики (старение pH-электрода, отказ стеклянного электрода, поломка электрода, покрытие на электроде, отравление электрода).
4. Датчики давления (отказ электроники, отказ сенсора, ошибка конфигурации, засор импульсных трасс).
5. Датчики контроля загазованности, уровнемеры и прочие.

Всего в ООО "Газпром добыча Астрахань" в эксплуатации находятся около 5 тыс. интеллектуальных устройств автоматики.

База данных на верхнем уровне диагностики, используя алгоритмы проактивного прогнозирования, показывает, какие датчики на какой позиции предположительно могут выйти из строя.

Система учета отказов

В автоматизированную систему учета отказов средств автоматизации стекаются все данные об отказах оборудования (средств связи, серверного оборудования, оборудования САУ и др.), которые используются при ДТОиР, а также для анализа и принятия решений об обслуживании, необходимых работах, заказе устройств. Система диагностики позволяет централизованно собирать данные с оборудования, хранить в базе и структурировать с помощью автоматических алгоритмов. При взаимодействии с базой данных аналитик делает выбор по определенным критериям (модель датчика, дата обслуживания, поверки, год производства и т.д.) и получает информацию для решения поставленных задач.

Рис. 4. Система предотвращения незапланированных потерь

Отказоустойчивые волоконно-оптические линии связи

Высокая рассредоточенность объектов потребовала создания системы резервированных волоконно-оптических линий связи – она является нашей запатентованной разработкой и объединяет все основные технологические объекты. Связь построена так, что при порыве или потере одного из объектов в кольце маршрут передачи данных перенастраивается в автоматическом режиме без задержек и информация продолжает поступать на верхний уровень. Управление и контроль производятся в штатном режиме, исключена потеря технологических данных промысловых объектов.

Газодинамические исследования

Это пример аналитического комплекса для принятия решений, которые используют технологические данные о процессе добычи с полевого уровня, для обработки и выбора для объектов оптимальных технологических режимов работы. На базе аналитики эксперт разрабатывает регламентные значения, применение которых позволяет эксплуатировать объект максимально долго и эффективно.

Проактивное прогнозирование

Мониторинг основных технологических параметров добычи обеспечивает превентивное реагирование на нештатные ситуации. Например, если происходит резкое отклонение давления за установленный промежуток времени (резкий рост или резкое снижение), то система автоматически диагностирует ситуацию, требующую внимания. На базе информации о предыдущих событиях и поведении подключенных объектов она делает вывод, что именно могло произойти, и выдает рекомендации по управленческим воздействиям. Это позволяет оперативно повлиять на ход технологического процесса и предотвратить возможные нештатные ситуации.

Система предотвращения незапланированных потерь

Этот компонент автоматически перенаправляет потоки ГЖС, управляет задвижками и кранами, чтобы при возможной нештатной ситуации обеспечить бесперебойный транспорт ГЖС по действующим отрезкам газоконденсатопроводов.

Промышленный видеомониторинг

Система позволяет фокусировать камеры на объектах, которые требуют особого внимания, чтобы предотвратить возможные пожары, нештатные ситуации и др.

Рис. 5. Система видеонаблюдения производственных объектов газопромыслового управления

Влияние разработок на технологический процесс

Реализация комплекса инновационных решений и систем на Астраханском газоконденсатном месторождении позволила добиться значительных результатов:

1. Рациональной разработки месторождения.
2. Повышения производительности и качества товарной продукции.
3. Сокращения непроизводительных затрат и расходов.
4. Уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
5. Повышения степени безопасности и экологичности производства.
6. Оптимизации работы промысловых скважин и трубопроводных систем промысла, а также производственного процесса в целом.

Концепция интеллектуального месторождения получила высокие оценки экспертов отраслевого и корпоративного сектора, принесла специалистам предприятия многочисленные награды и премии на международных форумах и конференциях. Она демонстрирует максимальную действенность на нашем предприятии и может стать шаблоном для построения и оптимизации процессов других компаний и обществ. Это еще раз показывает, что эффективное руководство предприятием, включая принятие решений о дальнейшем использовании инноваций и перспективных разработок наших специалистов, которые анализируются и внедряются на АГКМ, способствует максимально эффективному развитию комплекса, в том числе с помощью глобального автоматизированного инструмента, охватывающего промысел по всем направлениям.

Новые перспективы

ООО "Газпром добыча Астрахань" совместно с Ростехнадзором реализует новый пилотный проект – систему дистанционного контроля промышленной безопасности. Она позволит в автоматическом режиме контролировать состояние промышленной безопасности путем выполнения математических расчетов и представления по определенному алгоритму в режиме реального времени данных о состоянии каждого из промысловых объектов предприятия. По завершении тестирования также планируется тиражирование системы на других объектах компании.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" №3/2022

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>

Иллюстрации предоставлены автором

Фото: freepik.com