employee from 01.01.2016 until now
VAC 2.3.7 Компьютерное моделирование и автоматизация проектирования
VAC 2.8.4 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений
VAC 1.6 Науки о Земле и окружающей среде
VAC 1.2.1 Искусственный интеллект и машинное обучение
VAC 1.2.2 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
OKSO 09.05.01 Применение и эксплуатация автоматизированных систем специального назначения
This paper demonstrates the economic effect of implementing software based on a digital twin that can forecast in real-time and provides recommendations for optimal operating modes of wells and processing facilities, relying on existing sensor data retrieved from the SCADA system and the target performance parameters of the extraction asset.
Digital twin, AEROSYM, Virtual process engineer, digitization, digital technologies, software, hydraulic calculation
Введение
С целью улучшения оперативного контроля параметров и повышения эффективности эксплуатации газоконденсатного месторождения возникает необходимость в разработке системы автоматизированного анализа технологических параметров и внешних факторов работы объекта добычи и подготовки газа и конденсата для оптимизации его работы, а также повышения уровня добычи и количества и качества товарной продукции. Компанией «АЭРОГАЗ» на базе расчетного ПО «АЭРОСИМ» (замена Aspen HYSYS) и программного модуля интеграции и анализа данных автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) в режиме реального времени (ПО «Интеллектуальный технолог») было проведено пилотное внедрение цифрового двойника газоконденсатного актива «скважины + сборный коллектор + установка подготовки газа и конденсата».
Метод
Рисунок 1. Интерфейс цифрового двойника УКПГ в ПО «АЭРОСИМ»
В основу решения легли следующие разработанные программные модули:
-
модуль расчета всех элементов, входящих в систему «пласт – скважина – нефтегазовый сепаратор (НГС) – установки комплексной подготовки газа (УКПГ/УПН)»;
-
модуль гидравлического расчета сборного коллектора;
-
модуль расчета установок комплексной подготовки газа (УКПГ и УПН);
-
разработан метод автоматического создания расчетных схем с множеством скважин и шлейфов;
-
модуль приема данных в цифровой двойник (ЦД) в реальном времени и из архивов баз данных технологических параметров автоматизированной системы управления технологическим процессом АСУТП.
Реализованы специальные расчетные схемы по моделированию ГКИС, позволяющие подбирать состав пластового флюида на основе референсного покомпонентного состава и текущих измерений объемных расходов газа, воды, стабильного и нестабильного конденсата.
В результате проделанной работы обоснована целесообразность и продемонстрирован результат по повышению выхода товарной продукции УКПГ (смесь пропан-бутан техническая (СПБТ) на 3 % и стабильный конденсат на 1 %) за счет контроля и оптимизации суточных значений ключевых параметров технологического процесса. Использование цифрового двойника позволило снизить от 2 до 5 % следующих операционных расходов: потребление метанола и электроэнергии на объекте.
Таким образом, внедрением показан экономический эффект от использования программного обеспечения на основе цифрового двойника с возможностью в режиме реального времени прогнозировать и выдавать рекомендации по оптимальным режимам работы скважин и перерабатывающих мощностей, опираясь на имеющиеся данные датчиков, считываемые из системы SCADA, и целевые параметры работы добывающего актива. При этом цифровой двойник учитывает реальные энергетические потери и влияние внешних факторов, которые прямо и косвенно оказывают воздействие на итоговый выход товарной продукции. Главным выводом является оправдывающая себя экономическая эффективность от внедрения цифрового двойника для контроля технических параметров добывающего актива и их оптимизации в режиме реального времени. Уникальность работы заключается в создании цифрового двойника, начиная от забоя скважины и пласта, заканчивая выходом товарной продукции с колонн стабилизации и фракционирования.
Рисунок 2. Интерфейс цифрового двойника системы «скважины + газоконденсатосборная система» в ПО «АЭРОСИМ»
В целом цифровые двойники газодобывающих активов нацелены на оперативный расчет и оптимизацию параметров работы УКПГ и представляют собой систему поддержки принятия решений по управлению УКПГ на основе данных систем телеметрии и пересчитывающейся в режиме реального времени цифровой модели технологического процесса.
Рисунок 3. Принципиальная схема газодобывающего актива
Данная система реализует следующий ключевой функционал:
-
Интегрированная оптимизация работы установки комплексной подготовки газа и конденсата (УКПГиК) в режиме реального времени.
При изменении параметров добычи флюида система предлагает вариант изменения управляющих воздействий и перераспределения потоков между аппаратами УКПГиК для поддержания заданного качества и объема подготовки продукции.
-
Оптимизация процессов низкотемпературной сепарации (НТС).
Генерация вариантов изменения параметров адиабатного расширения и направления потоков на НТС с учетом параметров оборудования и входного потока флюида для минимизации потерь давления и достижения точки росы заданного качества (соблюдение требований к товарному газу и максимизация извлечения конденсата).
-
Оптимизация работы колонных аппаратов:
– минимизация расхода абсорбента путем оптимизации работы абсорбера,
– оптимизация работы ректификационных колонн (регенерация метанола),
– оптимальное время цикла адсорбция – десорбция – сушка – охлаждение на основе текущей наработки адсорбента и состава газа (для адсорбционной осушки).
Результаты
В результате проделанной работы обоснована целесообразность и продемонстрирован результат по повышению выхода товарной продукции УКПГ на основе цифровых двойников ключевых технологических систем добывающего актива. Использование цифровых двойников дает следующие бизнес-эффекты:
-
5 % – прирост извлечения компонентов (конденсат),
-
4,2 % – повышение добычи газа (за счет оптимизации давления на запорно-перекрывающей арматуре (ЗПА)),
-
снижение расхода метанола с учетом затрат на ректификацию,
-
повышение оперативности регулирования работы УКПГ и снижение вероятности технологических осложнений.
Выводы
Внедрение цифрового двойника для контроля и оптимизации технических параметров газодобывающего актива продемонстрировало свою экономическую эффективность. Система обеспечивает оперативный расчет и поддержку принятия решений на основе данных телеметрии, что позволяет минимизировать затраты и повысить производительность. Основные бизнес-эффекты включают прирост извлечения компонентов, повышение добычи газа и снижение вероятности технологических осложнений.
1. Voytenkov E. V. AEROSYM software package for modeling gas and condensate treatment processes / Voytenkov E. V. // Technologies for the development of oil, gas and gas condensate fields: Collection of abstracts of the VI Scientific and technical Conference. –Tomsk, 2023. – P. 216–218.
2. Certificate of the computer program registration RU 2021664140, 08/31/2021. A software package based on digital twins for on-line monitoring, prediction and optimization of oil and gas production facilities – "Virtual process engineer ": application 08/18/2021: published 08/31/2021/ Imaev S. Z., Dmitriev L. M., Bordachev S. G., Nikolaev E. A., Voytenkov E. V., Rataushkin V. A., Vovchuk L. L. (Russia). – Bull. № 9. – 1 p.
