сотрудник с 01.01.2016 по настоящее время
ВАК 2.3.7 Компьютерное моделирование и автоматизация проектирования
ВАК 2.8.4 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений
ВАК 1.6 Науки о Земле и окружающей среде
ВАК 1.2.1 Искусственный интеллект и машинное обучение
ВАК 1.2.2 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
ОКСО 09.05.01 Применение и эксплуатация автоматизированных систем специального назначения
В данной работе показан экономический эффект от внедрения 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.
Цифровой двойник, АЭРОСИМ, Интеллектуальный технолог, цифровизация, цифровые технологии, программное обеспечение, гидравлический расчет
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. Войтенков Е. В. Программный комплекс АЭРОСИМ для моделирования процессов подготовки газа и конденсата / Войтенков Е. В. // Технологии обустройства нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений: сборник тезисов VI научно-технической конференции. – Томск, 2023. – С. 216–218.
2. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2021664140, 31.08.2021. Программный комплекс для мониторинга, прогнозирования и оптимизации работы нефтегазодобывающих объектов в режиме реального времени на основе создания цифрового двойника – «Интеллектуальный технолог»: заявл. 18.08.2021: опубл. 31.08.2021 / Имаев С. З., Дмитриев Л. М., Бордачёв С. Г., Николаев Е. А., Войтенков Е. В., Ратаушкин В. А., Вовчук Л. Л. (Россия). – Бюл. № 9. – 1 с.
