RU2346156C1 - Hydrocarbon material extraction control system - Google Patents

Hydrocarbon material extraction control system Download PDF

Info

Publication number
RU2346156C1
RU2346156C1 RU2007126493/03A RU2007126493A RU2346156C1 RU 2346156 C1 RU2346156 C1 RU 2346156C1 RU 2007126493/03 A RU2007126493/03 A RU 2007126493/03A RU 2007126493 A RU2007126493 A RU 2007126493A RU 2346156 C1 RU2346156 C1 RU 2346156C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
subsystem
level
well
block
control
Prior art date
Application number
RU2007126493/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роберт Ибрагимович Алимбеков (RU)
Роберт Ибрагимович Алимбеков
Андрей Валерьевич Гнездов (RU)
Андрей Валерьевич Гнездов
Владимир Анатольевич Докичев (RU)
Владимир Анатольевич Докичев
Борис Владимирович Ефименко (RU)
Борис Владимирович Ефименко
В чеслав Александрович Мулюкин (RU)
Вячеслав Александрович Мулюкин
Шавкат Шухратович Халиков (RU)
Шавкат Шухратович Халиков
Алексей Сергеевич Шулаков (RU)
Алексей Сергеевич Шулаков
Original Assignee
ООО Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот" filed Critical ООО Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот"
Priority to RU2007126493/03A priority Critical patent/RU2346156C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2346156C1 publication Critical patent/RU2346156C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention refers to coal industry, and is meant for controlling hydrocarbon material extraction. System includes several groups of wells each of which consists of well subsystems integrated by means of local information computer network which, by means of a link, is connected to the extraction control device unit through a heterogeneous information network. Each well subsystem consists of a parameter control module which is connected through the first communication link to the ground control unit of process modes, which in its turn is connected to local information computer network. Additionally, in the well subsystem there is the second communication link and information control unit which is connected to parameter control module and through the second communication link - to control unit of process modes, and whereto there connected is electric power supply device. Each well subsystem represents a distributed structure consisting of the first, second and third levels. The first level in bottom-hole zone consists of several downhole surveying devices, each of which includes the first controller, the inputs of which are connected to the first thermodynamic parameter gage unit and to the first actuator unit, and which is connected through the first link unit to the second level of the well subsystem, which is located in the area of lift string shoe. System parameter control module is connected through the first communication link to the process equipment control unit which is included in the third subsystem level and located on the surface.
EFFECT: improving control quality owing to output optimisation and control action realisation based on continuous monitoring of status of productive formation and wells.
2 cl, 4 dwg

Description

Существующий процесс добычи углеводородного сырья (УВС) включает в себя сложные технологические объекты управления - продуктивные пласты, кусты (группы) добывающих и нагнетательных скважин, трубопроводную систему, оборудование подготовки УВС и воды, энергетическую подсистему.The existing hydrocarbon production process (HCS) includes complex technological management objects - productive formations, reservoirs (groups) of production and injection wells, a pipeline system, hydrocarbon and water treatment equipment, and the energy subsystem.

В системе управления добычей УВС основными объектами управления являются продуктивный пласт и группы добывающих и нагнетательных скважин, которые характеризуются множеством значений переменных, имеющих существенную неопределенность и нестационарность [Середа Н.Г., Сахаров В.А., Тимашев А.Н. Спутник нефтяника и газовика. Справочник. - М.: Недра, 1986. - 325 с.]. В числе основных управляющих воздействий на продуктивные пласты является регулирование откачки и закачки жидкости через добывающие и нагнетательные скважины, на скважины - управление дебитом, нагнетанием и давлением. Этот процесс, представляющий собой единую сложную гидромеханическую систему, может быть оптимизирован на основе оперативных методов управления, использующих достаточный объем достоверной измерительной информации и обеспечивающих синхронизацию корректных действий элементов и факторов, способных дать наибольшую эффективность в целом [Шахвердиев А.X., Максимов М.М., Рыбицкая Л.П., Захаров И.В. Создание системы оптимального управления объектами разработки нефтяных месторождений. // Нефтяное хозяйство, №10, 2004 г., с.40-45].In the control system for hydrocarbon production, the main objects of control are the reservoir and groups of production and injection wells, which are characterized by a multitude of variable values that have significant uncertainty and unsteadiness [Sereda NG, Sakharov VA, Timashev AN Satellite oilman and gasman. Directory. - M .: Nedra, 1986. - 325 p.]. Among the main control actions on productive formations is the regulation of fluid pumping and pumping through production and injection wells, and on wells - control of flow rate, injection and pressure. This process, which is a single complex hydromechanical system, can be optimized based on operational control methods that use a sufficient amount of reliable measurement information and ensure synchronization of the correct actions of elements and factors that can give the greatest efficiency in general [Shakhverdiev A.X., Maximov M. M., Rybitskaya L.P., Zakharov I.V. Creation of an optimal management system for oil field development facilities. // Oil industry, No. 10, 2004, p.40-45].

Известны системы управления добычей УВС на основе периодических скважинных измерений кабельными и автономными приборами [Осадчий В.М. Состояние и перспективы геофизических (ГИС) и гидродинамических (ГДИ) исследований механизированных скважин, оборудованных штанговыми (ШГН) и электроцентробежными (ЭЦН) насосами, газлифтом в России / Каротажник, №10-11, Тверь, 2004 г. и пат US 2005/0217350 A1]. Выработка управляющих воздействий в таких системах осуществляется на основе выборочных дискретных измерений, инициируемых зачастую проведением ремонтных работ на скважине, не чаще нескольких раз в год. В ходе этих измерений оценивают состояние продуктивного пласта (пластов) и добывающей скважины путем гидродинамических и геофизических исследований. По результатам этих исследований корректируется модель разрабатываемого месторождения, на основании которой, в свою очередь, изменяют параметры и составляющие техпроцесса добычи. Недостатками этой системы являются низкая оперативность, отсутствие возможностей для оптимизации управляющих воздействий из-за дискретности (пространственной и временной) информационной обратной связи и существенного запаздывания в случае использования автономных приборов. Кроме того, отсутствие предпосылок для применения скважинных средств управления существенно ограничивает эффективность техпроцесса добычи УВС, особенно при разработке многопластовых месторождений.Known control systems for hydrocarbon production based on periodic downhole measurements by cable and autonomous devices [Osadchiy V.M. State and prospects of geophysical (GIS) and hydrodynamic (GDI) studies of mechanized wells equipped with rod (SHG) and electric centrifugal (ESP) pumps, gas lift in Russia / Karotazhnik, No. 10-11, Tver, 2004 and US 2005/0217350 A1]. The development of control actions in such systems is carried out on the basis of selective discrete measurements, often initiated by repair work at the well, not more often than several times a year. In the course of these measurements, the state of the productive formation (s) and the producing well are evaluated by hydrodynamic and geophysical studies. Based on the results of these studies, the model of the field being developed is corrected, based on which, in turn, the parameters and components of the production process are changed. The disadvantages of this system are low efficiency, lack of opportunities for optimizing control actions due to the discreteness (spatial and temporal) of information feedback and significant delay in the case of using stand-alone devices. In addition, the lack of prerequisites for the use of downhole control tools significantly limits the efficiency of the hydrocarbon production process, especially when developing multi-layer deposits.

Также известны случаи выборочного применения систем управления [Технические решения, позволяющие нефтяным компаниям экономить время и средства. // Нефтегазовые технологии, №2, 2002, с.41-43. A.Anderson. Integration Intelligent Well Systems With Other Comletion Techologies // The oil & gas review, 2005] по системам компании Baker Oil Tools. Эти системы используют кабельный канал связи и управляют расходом, осуществляя измерение давления и температуры в реальном масштабе времени и температуры, используя бесступенчатые регулируемые штуцеры. По мере закачки воды в пласт оператор следит в реальном масштабе времени за изменениями параметров и состоянием каждой инжекционной зоны.Cases of selective application of control systems are also known [Technical solutions that allow oil companies to save time and money. // Oil and gas technology, No. 2, 2002, p.41-43. A.Anderson. Integration Intelligent Well Systems With Other Comletion Techologies // The oil & gas review, 2005] according to Baker Oil Tools systems. These systems use a cable channel and control the flow rate by real-time pressure and temperature measurements using temperatureless adjustable fittings. As water is pumped into the reservoir, the operator monitors in real time the changes in the parameters and the state of each injection zone.

Недостатками системы являются ее высокая сложность и стоимость, помимо этого в случае использования такой системы нет учета взаимного влияния соседних добывающих скважин. Поэтому подобные системы используют для одиночных высокодебитных скважин, разрабатывающих многопластовые залежи.The disadvantages of the system are its high complexity and cost; in addition, in the case of using such a system, there is no consideration of the mutual influence of neighboring producing wells. Therefore, such systems are used for single highly debit wells developing multilayer reservoirs.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является система [Лепехин В.И., Видякин Н.Г., Валеев А.С., Канн А.Г. Разработка и опыт эксплуатации комплекса оборудования для автоматизации добычи нефти. // Нефтяное хозяйство, №5, 2004 г., с.111-112], которая выбрана в качестве прототипа. Упомянутая система по архитектуре относится к распределенным системам управления и включает в себя на каждой скважине: телеметрическую систему, состоящую из модуля контроля параметров, измеряющего давление в скважине на приеме погружного насоса, температуру погружного электродвигателя и сопротивление изоляции электрических цепей, и канала связи, использующего гальванические цепи, подводящие ток к электроприводу (совмещенный канал); наземное устройство управления технологическими режимами, располагаемое на поверхности. Устройства управления технологическими режимами каждой скважины объединены локальной информационно-вычислительной сетью в пределах одной группы (куста) скважин, которая, в свою очередь, посредством блока связи через гетерогенную информационную сеть связана с устройством управления добычей на данном месторождении. На уровне скважины система обеспечивает стабилизацию давления в соответствии с заданной уставкой, изменяя режим работы привода насосного оборудования. Также контролируется состояние погружного электрооборудования. Изменение уставок возможно дистанционно в программно-управляемом режиме. Достоинством системы является простота, удобство в эксплуатации. Однако указанная система не лишена недостатков, а именно:Closest to the proposed technical solution is the system [Lepekhin V.I., Vidyakin N.G., Valeev A.S., Cannes A.G. Development and operating experience of a complex of equipment for oil production automation. // Oil industry, No. 5, 2004, p.111-112], which is selected as a prototype. The mentioned system architecture refers to distributed control systems and includes at each well: a telemetry system consisting of a parameter control module that measures the pressure in the well at the reception of the submersible pump, the temperature of the submersible motor and the insulation resistance of electrical circuits, and a communication channel using galvanic circuits supplying current to the electric drive (combined channel); surface control device for technological conditions, located on the surface. The control devices for the technological regimes of each well are connected by a local information and computer network within the same group (cluster) of wells, which, in turn, is connected to the production control device in this field through a heterogeneous information network. At the well level, the system provides pressure stabilization in accordance with the set point, changing the operating mode of the pump equipment drive. The condition of submersible electrical equipment is also monitored. Changing the settings is possible remotely in software-controlled mode. The advantage of the system is simplicity, ease of operation. However, this system is not without drawbacks, namely:

1. Ограниченность практического применения, связанного с ориентацией системы на определенный способ добычи, а именно с помощью погружных насосов с электроприводом, причем использование совмещенного канала связи телеметрической системы отрицательно влияет на достоверность получаемой информации и надежность связи.1. The limited practical application associated with the orientation of the system to a specific production method, namely with the help of electric submersible pumps, the use of a combined communication channel of the telemetry system negatively affects the reliability of the information received and the reliability of communication.

2. Существенная ограниченность скважинной измерительной информации не позволяет корректно и оперативно изменять управляющие воздействия, а отсутствие скважинных средств управления ограничивает их набор.2. The significant limitations of the downhole measurement information does not allow correct and efficient change of control actions, and the absence of downhole control means limits their set.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества системы управления добычей УВС за счет оптимизации выработки и реализации управляющих воздействий на основе оперативного мониторинга за состоянием продуктивного пласта (пластов) и скважин, расширение функциональных возможностей за счет инвариантности к используемому способу разработки.The aim of the invention is to improve the quality of the hydrocarbon production control system by optimizing the production and implementation of control actions based on operational monitoring of the state of the productive formation (s) and wells, expanding functionality due to invariance to the development method used.

Поставленная задача решается системой управления добычей углеводородного сырья на месторождении, включающей несколько групп скважин, каждая из которых содержит скважинные подсистемы, объединенные локальной информационно-вычислительной сетью, которая посредством блока связи через гетерогенную информационную сеть связана с устройством управления добычей, причем каждая скважинная подсистема содержит модуль контроля параметров, который через первый канал связи соединен с наземным устройством управления технологическими режимами, которое соединено с локальной информационно-вычислительной сетью. Отличие предлагаемой системы в том, что в скважинной подсистеме дополнительно содержится второй канал связи и информационно-регулирующее устройство, которое соединено с модулем контроля параметров и через второй канал связи - с устройством управления технологическими режимами и к которому подключено устройство электропитания. В предложенной системе каждая скважинная подсистема может быть реализована в виде распределенной структуры, состоящей из первого, второго и третьего уровней. Первый уровень в призабойной зоне включает в себя несколько скважинных зондов, каждый из которых содержит первый контроллер, входы которого соединены с первым блоком датчиков термодинамических параметров и первым блоком исполнительных устройств и который соединен через первый блок связи со вторым уровнем скважинной подсистемы, расположенным в районе башмака подъемной колонны. Второй уровень скважинной подсистемы включает в себя второй контроллер, соединенный через второй блок связи с первым уровнем подсистемы, а также со вторым блоком датчиков термодинамических параметров, вторым блоком исполнительных устройств, модулем контроля параметров и приемопередающим устройством, причем модуль контроля параметров соединен через первый канал связи с устройством управления технологическим оборудованием, входящим в третий уровень подсистемы, расположенный в наземной части, а приемопередающее устройство соединено через второй канал связи с третьим блоком связи и третьим контроллером, также входящим в третий уровень подсистемы, причем третий контроллер соединен через интерфейсный блок с локальной информационно-вычислительной сетью.The problem is solved by the hydrocarbon production control system at the field, which includes several groups of wells, each of which contains borehole subsystems connected by a local information and computer network, which is connected via a communication block through a heterogeneous information network to a production control device, and each borehole subsystem contains a module control parameters, which through the first communication channel is connected to a ground control device for technological modes, to Thoroe connected to a local area network information. The difference of the proposed system is that the well subsystem additionally contains a second communication channel and an information-regulating device, which is connected to the parameter monitoring module and, through the second communication channel, to the technological mode control device and to which the power supply device is connected. In the proposed system, each borehole subsystem can be implemented in the form of a distributed structure consisting of the first, second and third levels. The first level in the bottom-hole zone includes several downhole probes, each of which contains a first controller, the inputs of which are connected to the first block of sensors of thermodynamic parameters and the first block of actuators and which is connected through the first block to the second level of the borehole subsystem located in the shoe area lifting columns. The second level of the downhole subsystem includes a second controller connected via a second communication unit to the first level of the subsystem, as well as to the second block of thermodynamic parameter sensors, the second block of actuators, the parameter control module and the transceiver, and the parameter control module is connected through the first communication channel with a control device for technological equipment included in the third level of the subsystem located in the ground part, and the transceiver is connected Erez second communication channel to the third communication unit and the third controller are also included in the third level subsystem, wherein the third controller is connected through the interface unit with a local information network.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема предлагаемой системы управления добычей УВС (в дальнейшем - система), на фиг.2 показан вариант реализации скважинной подсистемы, на фиг.3 показано расположение газожидкостных зон месторождения, на фиг.4 показана схема добычи УВС из продуктивного пласта при наличии газовой шапки и подстилающей воды.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 is a structural diagram of a proposed hydrocarbon production control system (hereinafter referred to as a system), Fig. 2 shows an embodiment of a well subsystem, Fig. 3 shows the location of gas-liquid zones of a field, Fig. 4 shows the scheme of hydrocarbon production from the reservoir in the presence of a gas cap and underlying water.

Система (фиг.1) включает в себя совокупность программно-аппаратных средств, относящихся к группам (кустам) скважин 1 и 2 и подключенных к гетерогенной информационной сети 3, к которой также подсоединены устройство управления добычей 4 и внешние объекты 5. На уровне каждой группы скважин, в свою очередь, имеется совокупность скважинных подсистем 6…7, объединенных локальной информационно-вычислительной сетью 8, которая посредством блока связи 9 подключается к гетерогенной информационной сети 3. В свою очередь, каждая скважинная подсистема имеет соединенное с сетью 8 наземное устройство управления технологическими режимами 10, которое соединено первым каналом связи 11 с модулем контроля параметров 12 и вторым каналом связи 13 с устройством информационно-регулирующим 14, работу которого обеспечивает устройство электропитания 15.The system (figure 1) includes a set of software and hardware related to groups (clusters) of wells 1 and 2 and connected to a heterogeneous information network 3, to which a production control device 4 and external objects 5 are also connected. At the level of each group wells, in turn, there is a set of borehole subsystems 6 ... 7, united by a local information-computer network 8, which is connected via a communication unit 9 to a heterogeneous information network 3. In turn, each borehole subsystem has connected to the network 8, the ground control device for technological conditions 10, which is connected by the first communication channel 11 with the parameter monitoring module 12 and the second communication channel 13 with the information regulatory device 14, the operation of which is provided by the power supply device 15.

Система в установившемся режиме выполняет следующие функции:The system in the steady state performs the following functions:

- контроль текущего состояния разработки месторождений и добычи;- monitoring the current state of field development and production;

- анализ потенциала скважин и объектов разработки;- analysis of the potential of wells and development facilities;

- сбор и хранение геолого-промысловых данных;- collection and storage of geological and field data;

- выработка оптимальных управляющих воздействий для каждого объекта системы и их синхронная реализация.- development of optimal control actions for each system object and their synchronous implementation.

Скважинная подсистема содержит, в отличие от прототипа, устройство информационно-регулирующее 14, которое содержит средства измерения параметров в скважине и исполнительные устройства, обеспечивающие процесс управления в скважинной зоне. Канал связи 13 передает измерительную информацию на поверхность в устройство 10, а также команды и уставки из блока 10 в блок 14. Устройство 15 обеспечивает электропитанием аппаратные средства блока 14. Аналогично прототипу модуль контроля параметров 12 обеспечивает через канал связи 11 контроль параметров агрегатов устройством 10.The borehole subsystem contains, in contrast to the prototype, an information-regulating device 14, which contains means for measuring parameters in the well and actuators providing the control process in the borehole zone. The communication channel 13 transmits the measurement information to the surface of the device 10, as well as the commands and settings from block 10 to block 14. The device 15 provides power to the hardware of block 14. Like the prototype, the parameter control module 12 provides, through the communication channel 11, control of the parameters of the units by device 10.

Устройство управления добычей 4 на данном месторождении, расположение которого регламентируется лишь досягаемостью гетерогенной информационной сети 3, благодаря этой сети, блоку 9 и локальной информационно-вычислительной сети 8 может оперативно получать необходимую информацию с каждой скважины и передавать управляющие команды, инструкции, уставки на каждую скважину.The production control device 4 at a given field, the location of which is regulated only by the reach of a heterogeneous information network 3, thanks to this network, block 9, and a local information computer network 8, can quickly obtain the necessary information from each well and transmit control commands, instructions, settings to each well .

Наличие в скважине дополнительного телеметрического канала, во-первых, обеспечивает универсальность применения, а во-вторых, повышает достоверность и надежность передачи измерительной информации и команд.The presence of an additional telemetry channel in the well, firstly, provides universality of application, and secondly, increases the reliability and reliability of the transmission of measurement information and commands.

Необходимость универсальности обуславливается:The need for universality is determined by:

1) Различием применяемого для добычи оборудования - помимо погружных насосов с электроприводом используются штанговые глубинные насосы, более того, существует фонтанный способ добычи.1) The difference used in mining equipment - in addition to electric submersible pumps, sucker rod pumps are used, moreover, there is a fountain method of extraction.

В этом случае отсутствуют блоки 11 и 12.In this case, there are no blocks 11 and 12.

2) Разными функциями скважин - добыча или нагнетание (отсутствие погружного насоса).2) Different functions of wells - production or injection (lack of submersible pump).

Подсистема 6 (фиг.2) имеет распределенную трехуровневую структуру. Функции и назначения блоков 11, 12 и 13 - аналогично фиг.1. Первый уровень подсистемы, в призабойной зоне, включает в себя несколько скважинных зондов 16…17. В состав каждого скважинного зонда входят первый блок датчиков термодинамических параметров 18, первый контроллер 19, первый блок связи 20, блок питания 21, первый блок исполнительных устройств 22. Второй уровень скважинной подсистемы локализуется в районе башмака подъемной колонны и включает в себя модуль контроля параметров 12, второй контроллер 23, второй блок датчиков термодинамических параметров 24, второй блок исполнительных устройств 25, приемопередающее устройство 26, второй блок связи 27 и блок питания 28. Третий уровень подсистемы, расположенный в наземной части, образован третьим контроллером 29, третьим блоком связи 30, устройством управления технологическим оборудованием 31, интерфейсным блоком 32. Третий уровень подсистемы связан, с одной стороны, со вторым уровнем первым каналом связи 11 и вторым каналом связи 12, с другой, посредством блока 32 - с локальной информационно-вычислительной сетью (ЛИВС).Subsystem 6 (figure 2) has a distributed three-level structure. Functions and purposes of blocks 11, 12 and 13 - similarly to figure 1. The first level of the subsystem, in the bottomhole zone, includes several downhole probes 16 ... 17. The composition of each downhole probe includes a first block of thermodynamic parameters sensors 18, a first controller 19, a first communication unit 20, a power supply 21, a first block of actuating devices 22. The second level of the downhole subsystem is localized in the area of the shoe of the lifting string and includes a parameter monitoring module 12 , the second controller 23, the second block of sensors of thermodynamic parameters 24, the second block of actuators 25, the transceiver 26, the second communication unit 27 and the power supply 28. The third level of the subsystem, location wife in the ground part, is formed by a third controller 29, a third communication unit 30, a process equipment control device 31, an interface unit 32. The third level of the subsystem is connected, on the one hand, with the second level with the first communication channel 11 and the second communication channel 12, on the other, through block 32 - with a local computer network (LIVS).

Скважинный зонд 16 работает следующим образом. Контроллер 19 реализует заданную программу измерений с помощью датчиков 18. Осуществление управляющих воздействий контроллер 19 выполняет на данном уровне с помощью исполнительных устройств 22, причем в состав исполнительных устройств, помимо механических (клапаны, задвижки), включаются источники эмиссии химреагентов (ингибиторы солеотложения, коррозии и т.д.). Основное назначение блока связи 20 - обмен информацией между скважинными зондами и контроллером второго уровня скважинной подсистемы. Блок питания 21 обеспечивает электропитанием аппаратные средства скважинного зонда и может быть автономным или только преобразователем электрической энергии (в случае проводной связи между скважинными зондами и вторым уровнем подсистемы).Downhole probe 16 operates as follows. The controller 19 implements a predetermined measurement program with the help of sensors 18. The controller 19 performs control actions at this level using actuators 22, and the actuators, in addition to mechanical ones (valves, gate valves), include emission sources of chemicals (scale inhibitors, corrosion and etc.). The main purpose of the communication unit 20 is the exchange of information between downhole probes and the controller of the second level of the downhole subsystem. The power supply 21 provides power to the hardware of the downhole probe and can be autonomous or only a converter of electrical energy (in the case of a wire connection between the downhole probes and the second level of the subsystem).

Основное назначение второго уровня подсистемы - сбор и предварительная обработка измерительной информации скважинных зондов, передача управляющих команд к ним, а также обмен информацией посредством блока 26 через канал связи 13 с третьим уровнем подсистемы. На втором уровне скважинной подсистемы также решается задача сбора измерительной информации и осуществления управления аналогично первому уровню, кроме того, блок 12 обеспечивает контроль параметров насосного агрегата и передачу их через совмещенный с токоведущими цепями первый канал связи 11 в наземную часть. Наличие связи между блоками 12 и 23 позволяет организовать резервирование передачи информации в случае отказа канала 11 или 13. Канал связи 13 может быть проводным, беспроводным или комбинированным (их сочетание). Кроме того, наличие двух независимых каналов связи обеспечивает максимальную универсальность применения оборудования (взаимная независимость). Блок 28 обеспечивает электропитанием аппаратные средства данного уровня подсистемы. Его реализация аналогична блоку 21, кроме того, имеется возможность отбора небольшой части электрической мощности от привода погружного насосного агрегата.The main purpose of the second level of the subsystem is to collect and pre-process the measurement information of downhole probes, transmit control commands to them, and also exchange information through block 26 through the communication channel 13 with the third level of the subsystem. At the second level of the borehole subsystem, the task of collecting measurement information and performing control similarly to the first level is also solved, in addition, block 12 provides control of the parameters of the pumping unit and their transmission through the first communication channel 11 combined with current-carrying circuits to the ground part. The presence of communication between blocks 12 and 23 allows you to organize a reservation of information transfer in the event of a failure of channel 11 or 13. Communication channel 13 can be wired, wireless or combined (a combination thereof). In addition, the presence of two independent communication channels provides maximum versatility in the use of equipment (mutual independence). Block 28 provides power to the hardware at this subsystem level. Its implementation is similar to block 21, in addition, it is possible to select a small part of the electric power from the drive of a submersible pump unit.

На третьем уровне подсистемы посредством третьего контроллера 29 осуществляется сбор, обработка и хранение информации. Посредством блока 32 осуществляется обмен данными с локальной информационно-вычислительной сетью (ЛИВС). Третий блок связи 30 обеспечивает подключение через канал связи 13 контроллера 29 к скважинной части. Управление технологическими режимами оборудования в функции измерительной информации и программы (команд) управления осуществляет устройство 31, которое также контролирует параметры погружного насосного оборудования, получаемые от блока 12, и пересылает эти данные в третий контроллер 29, который в случае выхода этих параметров за допустимые пределы регулирует или отключает электропривод насоса.At the third level of the subsystem through the third controller 29 is the collection, processing and storage of information. Through block 32, data is exchanged with a local information computer network (LIVS). The third communication unit 30 provides a connection through the communication channel 13 of the controller 29 to the downhole part. The technological modes of the equipment as a function of the measurement information and the control program (commands) are controlled by a device 31, which also controls the parameters of the submersible pumping equipment received from unit 12, and sends this data to the third controller 29, which, if these parameters go beyond the permissible limits, regulates or turns off the pump electric drive.

На основании вышеизложенного следует в соответствии со схемами фиг.1 и фиг.2:Based on the foregoing, in accordance with the schemes of figure 1 and figure 2:

- наземное устройство управления технологическими режимами 10 включает в себя блоки 29…32;- ground control device for technological conditions 10 includes blocks 29 ... 32;

- устройство информационно-регулирующее 14 состоит из скважинных зондов 16…17, а также блоков 23…27;- the device information and control 14 consists of downhole probes 16 ... 17, as well as blocks 23 ... 27;

- устройство электропитания 15 включает блок 28 и блоки 21 из состава скважинных зондов.- the power supply device 15 includes a block 28 and blocks 21 from the composition of downhole probes.

Используя конкретные примеры, проиллюстрируем работу системы. Как уже упоминалось, для повышения эффективности добычи УВС производят различные воздействия на пласт и скважины (геолого-технические мероприятия - ГТМ). Выбор параметров ГТМ является этапом, оказывающим существенное воздействие на конечный результат, и должен осуществляться на основе учета динамики всего процесса добычи УВС. Доминирующими управляющими на пласт воздействиями считаются: регулирование потока откачки и закачки; на скважину: регулирование, прежде всего, забойного давления, а также дебита скважины, фазовых превращений газожидкостных смесей, количества мехпримесей, формы и скорости продвижения водогазонефтяных контактов. Поскольку реальный процесс добычи являет собой весьма сложное многосвязанное явление, поэтому используют математические модели, описывающие различные процессы с определенным уровнем адекватности.Using specific examples, we illustrate the operation of the system. As already mentioned, to increase the efficiency of hydrocarbon production, various impacts on the formation and wells are performed (geological and technical measures - geological and technical measures). The selection of parameters for the geological and technical measures is a stage that has a significant impact on the final result, and should be based on the dynamics of the entire hydrocarbon production process. The dominant effects on the formation are: regulation of the flow of pumping and injection; per well: regulation, first of all, of bottomhole pressure, as well as flow rate of the well, phase transformations of gas-liquid mixtures, the amount of impurities, the shape and speed of advancement of water-gas-oil contacts. Since the real production process is a very complex multi-connected phenomenon, therefore, mathematical models are used that describe various processes with a certain level of adequacy.

Математическая модель управления может быть представлена, например [Емалетдинов А.К., Байков И.В. К проблеме проектирования автоматизированного управления и моделирования подсистемы поддержания пластового давления АСУТП нефтедобычи // Вестник ОГУ, 2004 г., №12, с.160-163.], как:A mathematical control model can be represented, for example [Emaletdinov A.K., Baykov I.V. On the problem of designing automated control and modeling of the subsystem for maintaining the reservoir pressure of an automated process control system for oil production // Vestnik OGU, 2004, No. 12, p.160-163.], As:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
- вектор состояния объекта (коэффициент обводненности, пластовые давления и потоки);Where
Figure 00000002
- the state vector of the object (water cut coefficient, reservoir pressure and flows);

Figure 00000003
- вектор управляющих воздействий (давления и дебиты скважин);
Figure 00000003
- vector of control actions (pressure and flow rates of wells);

А - матрица параметров объекта (гидродинамических связей скважин).A - matrix of object parameters (hydrodynamic connections of wells).

Для случая управления процессом посредством откачки - закачки жидкости для поддержания пластового давления должно выполняться условие [Емалетдинов А.К., Байков И.В. К проблеме проектирования автоматизированного управления и моделирования подсистемы поддержания пластового давления АСУТП нефтедобычи // Вестник ОГУ, 2004 г., №12, с.160-163.]:For the case of process control by pumping - pumping fluid to maintain reservoir pressure, the condition [Emaletdinov AK, Baykov IV. On the problem of designing automated control and modeling of the subsystem for maintaining the reservoir pressure of an automated process control system for oil production // Vestnik OGU, 2004, No. 12, p.160-163.]:

Figure 00000004
Figure 00000004

где qDi, (i=1…k) - дебит k добывающих скважин,where q Di , (i = 1 ... k) is the production rate k of the producing wells,

qNj, (j=1…m) - дебит m нагнетательных скважин.q Nj , (j = 1 ... m) is the flow rate of m injection wells.

Причем скорость закачки вытесняющей жидкости должна быть оптимальной - q0, причем

Figure 00000005
.Moreover, the rate of injection of the displacing fluid should be optimal - q 0 , and
Figure 00000005
.

При этом необходимо точно определять, в режиме реального времени, параметры закачки жидкости в нагнетательных скважинах и откачки в добывающих скважинах с учетом взаимовлияния всей совокупности скважин.In this case, it is necessary to accurately determine, in real time, the parameters of fluid injection in injection wells and pumping in production wells, taking into account the mutual influence of the entire population of wells.

Как видно из фиг.3, нефтенасыщенная зона окружена обводненной областью. Здесь объекты управления:As can be seen from figure 3, the oil-saturated zone is surrounded by a flooded area. Here are the management objects:

- продуктивный пласт;- productive layer;

- группа добывающих скважин (д1…д6);- group of producing wells (d1 ... d6);

- группа нагнетательных скважин (н1…н6).- group of injection wells (n1 ... n6).

Управляющие воздействия:Control actions:

- регулирование добычи из каждой добывающей скважины;- regulation of production from each producing well;

- регулирование закачки в каждую нагнетательную скважину.- regulation of injection into each injection well.

В процессе внешнего заводнения текущий контур водонефтяного контакта (ВНК) вследствие неоднородной гидропроводности продуктивного пласта продвинулся неравномерно по отношению к добывающим скважинам. Эта информация получена в оперативном режиме посредством замеров датчиками термодинамических параметров первого уровня системы в призабойных зонах добывающих и нагнетательных скважин, предварительной обработки и передачи измерительной информации в наземную часть и далее по гетерогенной информационной сети к устройству управления добычей.In the process of external waterflooding, the current contour of the oil-water contact (WOC) due to the heterogeneous hydraulic conductivity of the reservoir has progressed unevenly with respect to the producing wells. This information was obtained in the on-line mode by measuring the thermodynamic parameters of the first level of the system in the bottom-hole zones of production and injection wells, preliminary processing and transmission of measurement information to the ground part and then through a heterogeneous information network to the production control device.

Устройство управления добычей анализирует текущее положение ВНК и подает на устройства управления технологическими режимами каждой скважины команды и уставки в соответствии, например, с задачей выравнивания ВНК, а именно:The production control device analyzes the current position of the oil well and sends commands and settings to the process control devices of each well in accordance with, for example, the task of leveling the oil well, namely:

- скважина н1 - прекращение нагнетания, скважина д1 - уменьшение объема добычи;- well n1 - cessation of injection, well d1 - decrease in production volume;

- скважина н2 - уменьшение объема нагнетания, скважина д2 - увеличение объема добычи;- well n2 - decrease in injection volume, well d2 - increase in production volume;

- скважина н3 - стабилизация объема нагнетания, а скважина д3 - стабилизация объема добычи;- well n3 - stabilization of the injection volume, and well d3 - stabilization of the production volume;

- скважина н4 - уменьшение объема нагнетания, скважина д4 - увеличение объема добычи;- well n4 - decrease in injection volume, well d4 - increase in production volume;

- скважина н5 - стабилизация объема нагнетания, а скважина д5 - стабилизация объема добычи;- well n5 - stabilization of the injection volume, and well d5 - stabilization of the production volume;

- скважина н6 - уменьшение объема нагнетания, скважина д6 - увеличение объема добычи.- well 6 - decrease in injection volume, well 6 - increase in production.

В случае расположения нефтяного пласта между газовой шапкой и водоносным слоем (фиг.4) в процессе эксплуатации забои добывающих скважин занимают различные положения относительно текущих ВНК и газонефтяного контакта (ГНК). Более того, в призабойной зоне скважины д3 имеется конус воды. Информация о состоянии объекта получена аналогично вышеизложенному. В данном случае объекты управления:In the case of the location of the oil reservoir between the gas cap and the aquifer (Fig. 4) during operation, the faces of the production wells occupy different positions relative to the current oil-gas contact and gas-oil contact (GOC). Moreover, in the bottom-hole zone of well d3 there is a water cone. Information about the state of the object is obtained similarly to the above. In this case, the management objects:

- продуктивный пласт;- productive layer;

- группа добывающих скважин (д1, д2, д3).- group of producing wells (d1, d2, d3).

Управляющие воздействия:Control actions:

- регулирование добычи из добывающих скважин;- regulation of production from producing wells;

- выбор ГТМ в добывающих скважинах.- selection of geological and technical measures in production wells.

Устройство управления добычей аналогично формирует команды и уставки для того, чтобы:The production control device similarly generates commands and settings in order to:

- на скважине д1 увеличить объем добычи;- increase the production volume at well d1;

- на скважине д2 обеспечить стабилизацию добычи;- at well 2, to ensure stabilization of production;

- на скважине д3 уменьшить объем добычи с последующим переносом интервала перфорации вверх и изоляции существующего интервала перфорации.- at well D3, reduce production volume with subsequent transfer of the perforation interval up and isolation of the existing perforation interval.

Следует отметить, что изменение расходов жидкости происходит в соответствии с ранее указанными ограничениями по закону:It should be noted that the change in fluid flow occurs in accordance with the previously indicated restrictions by law:

qi=f[A(t)X(t)]q i = f [A (t) X (t)]

где q - расход жидкости i - скважины;where q - fluid flow i - wells;

А - матрица параметров объекта (гидродинамических связей скважин);A - matrix of object parameters (hydrodynamic connections of wells);

X(t) - текущее состояние объекта.X (t) is the current state of the object.

Необходимо отдельно остановиться на проблеме добычи УВС из нефтяных скважин, эксплуатирующих совместно несколько пластов. Как показано в [Белоус В.Б., Мажар А.А., Гуляев Д.Н., Ипатов А.И., Кременецкий М.И. Новая технология мониторинга нефтяных скважин, эксплуатирующих совместно нескольких пластов. // Нефтяное хозяйство, 2006 г., №12, с.62-67], возможность данного способа может быть обеспечена на основе многодатчиковой автономной измерительной системы, устанавливаемой в кровле каждого продуктивного пласта. Однако наличие только автономных измерителей и отсутствие необходимых регуляторов не позволяет в полной мере решить задачу оптимизации добычи УВС из многопластовых месторождений. Поэтому наличие распределенной измерительной скважинной подсистемы вкупе с исполнительными устройствами, например, для регулирования отдельных потоков газожидкостных скважинных смесей в предлагаемом техническом решении обеспечивает эффективную эксплуатацию многопластовых месторождений.It is necessary to dwell separately on the problem of hydrocarbon production from oil wells operating several formations together. As shown in [Belous VB, Mazhar A.A., Gulyaev D.N., Ipatov A.I., Kremenetsky M.I. A new technology for monitoring oil wells operating together in several reservoirs. // Oil industry, 2006, No. 12, pp. 62-67], the possibility of this method can be provided on the basis of a multi-sensor autonomous measuring system installed in the roof of each reservoir. However, the presence of only autonomous meters and the absence of the necessary regulators does not allow us to fully solve the problem of optimizing the production of hydrocarbons from multilayer fields. Therefore, the presence of a distributed measuring borehole subsystem, coupled with actuators, for example, for regulating individual flows of gas-liquid borehole mixtures in the proposed technical solution, ensures the efficient operation of multilayer fields.

Таким образом, преимуществом предлагаемой системы являются.Thus, the advantage of the proposed system are.

1. Оперативная оптимизация выработки и реализации управляющих воздействий на основе оперативного мониторинга за состоянием продуктивного пласта (пластов) и скважин.1. Operational optimization of the development and implementation of control actions based on operational monitoring of the state of the productive formation (s) and wells.

2. Инвариантность системы к используемому способу разработки месторождения.2. The invariance of the system to the used method of field development.

3. Расширение перечня управляющих воздействий за счет применения скважинных исполнительных устройств, что особенно важно при разработке многопластовых месторождений.3. Expanding the list of control actions through the use of downhole actuators, which is especially important when developing multi-layer deposits.

Claims (2)

1. Система управления добычей углеводородного сырья на месторождении, включающем несколько групп скважин, каждая из которых содержит скважинные подсистемы, объединенные локальной информационно-вычислительной сетью, которая посредством блока связи через гетерогенную информационную сеть связана с устройством управления добычей, причем каждая скважинная подсистема содержит модуль контроля параметров, который через первый канал связи соединен с наземным устройством управления технологическими режимами, которое соединено с локальной информационно-вычислительной сетью, отличающаяся тем, что в скважинной подсистеме дополнительно содержится второй канал связи и информационно-регулирующее устройство, которое соединено с модулем контроля параметров и через второй канал связи - с устройством управления технологическими режимами, и к которому подключено устройство электропитания.1. A hydrocarbon production control system for a field comprising several groups of wells, each of which contains borehole subsystems connected by a local information computer network, which is connected via a communication block through a heterogeneous information network to a production control device, each borehole subsystem containing a monitoring module parameters, which through the first communication channel is connected to a ground control device for technological modes, which is connected to a local nformatsionno computing network, characterized in that the downhole subsystem further comprises a second communication channel, information and a control device which is connected to the control module and parameters through the second communication channel - to the technological mode control device and that is connected to power supply device. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждая скважинная подсистема представляет собой распределенную структуру, состоящую из первого, второго и третьего уровней, причем первый уровень в призабойной зоне включает в себя несколько скважинных зондов, каждый из которых содержит первый контроллер, входы которого соединены с первым блоком датчиков термодинамических параметров и первым блоком исполнительных устройств и который соединен через первый блок связи со вторым уровнем скважинной подсистемы, расположенным в районе башмака подъемной колонны, который включает в себя второй контроллер, соединенный через второй блок связи с первым уровнем подсистемы, а также со вторым блоком датчиков термодинамических параметров, вторым блоком исполнительных устройств, модулем контроля параметров и приемопередающим устройством, причем модуль контроля параметров соединен через первый канал связи с устройством управления технологическим оборудованием, входящим в третий уровень подсистемы, расположенный в наземной части, а приемопередающее устройство соединено через второй канал связи с третьим блоком связи и третьим контроллером, также входящим в третий уровень подсистемы, причем третий контроллер соединен через интерфейсный блок с локальной информационно-вычислительной сетью. 2. The system according to claim 1, characterized in that each borehole subsystem is a distributed structure consisting of first, second and third levels, and the first level in the bottomhole zone includes several downhole probes, each of which contains a first controller, inputs which is connected to the first block of sensors of thermodynamic parameters and the first block of actuators and which is connected through the first block of communication with the second level of the borehole subsystem located in the area of the shoe columns, which includes a second controller connected through the second communication unit to the first level of the subsystem, as well as to the second block of sensors of thermodynamic parameters, the second block of actuators, the parameter control module and the transceiver, and the parameter control module is connected through the first communication channel with a control device for technological equipment included in the third level of the subsystem located in the ground part, and the transceiver is connected through the second channel to ides with the third communication unit and the third controller are also included in the third level subsystem, wherein the third controller is connected through the interface unit with a local information network.
RU2007126493/03A 2007-07-11 2007-07-11 Hydrocarbon material extraction control system RU2346156C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007126493/03A RU2346156C1 (en) 2007-07-11 2007-07-11 Hydrocarbon material extraction control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007126493/03A RU2346156C1 (en) 2007-07-11 2007-07-11 Hydrocarbon material extraction control system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2346156C1 true RU2346156C1 (en) 2009-02-10

Family

ID=40546768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007126493/03A RU2346156C1 (en) 2007-07-11 2007-07-11 Hydrocarbon material extraction control system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2346156C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489570C1 (en) * 2012-02-29 2013-08-10 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" Data transfer system for monitoring of hydrocarbon production process
RU2608138C1 (en) * 2015-11-09 2017-01-16 Общество с ограниченной ответственностью "ТатАСУ" System for determining well interference coefficients
RU2608838C2 (en) * 2015-06-09 2017-01-25 Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" Method of determining moment of assigning well repair
RU2634754C1 (en) * 2016-08-16 2017-11-07 Публичное акционерное общество "Акционерная нефтяная Компания "Башнефть" Method of automatic distribution of total gas flow through pressure wells in water-gas method effect on formation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛЕПЕХИН В.И. и др. Разработка и опыт эксплуатации комплекса оборудования для автоматизации добычи нефти. Нефтяное хозяйство, 2004, № 5, c.11-112. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489570C1 (en) * 2012-02-29 2013-08-10 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" Data transfer system for monitoring of hydrocarbon production process
RU2608838C2 (en) * 2015-06-09 2017-01-25 Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" Method of determining moment of assigning well repair
RU2608138C1 (en) * 2015-11-09 2017-01-16 Общество с ограниченной ответственностью "ТатАСУ" System for determining well interference coefficients
RU2634754C1 (en) * 2016-08-16 2017-11-07 Публичное акционерное общество "Акционерная нефтяная Компания "Башнефть" Method of automatic distribution of total gas flow through pressure wells in water-gas method effect on formation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11373058B2 (en) System and method for treatment optimization
AU2008270950B2 (en) System and method for monitoring and controlling production from wells
RU2553751C2 (en) Automatic pressure control in discharge line during drilling
US10443358B2 (en) Oilfield-wide production optimization
US20080262737A1 (en) System and Method for Monitoring and Controlling Production from Wells
RU2468191C2 (en) System and method, which are used for monitoring physical state of operational equipment of well and controlling well flow rate
CN106121621A (en) A kind of intelligent drilling specialist system
US8682589B2 (en) Apparatus and method for managing supply of additive at wellsites
US10408021B2 (en) Managing a wellsite operation with a proxy model
WO2012112978A2 (en) Method, system, apparatus and computer readable medium forfield lift optimization using distributed intelligence and single-variable slope control
US11441404B2 (en) Recurrent neural network model for bottomhole pressure and temperature in stepdown analysis
EP3097483B1 (en) Simplified compositional models for calculating properties of mixed fluids in a common surface network
EP3339565B1 (en) Systems and methods for assessing production and/or injection system startup
RU2346156C1 (en) Hydrocarbon material extraction control system
US20180189702A1 (en) Power distribution system optimization for well stimulation and servicing environments
CA3169655A1 (en) Drilling mode sequence control
WO2022266180A1 (en) Drilling control
RU2700358C1 (en) Method and system for optimizing the addition of a viscosity reducer to an oil well comprising a downhole pump
WO2020180295A1 (en) Multi-objective completion parameters optimization for a wellbore using bayesian optimization
RU89604U1 (en) DEVICE FOR SIMULTANEOUSLY SEPARATE OPERATION OF MULTI-PLASTIC WELLS
US20220170353A1 (en) Event driven control schemas for artificial lift
EP3090337B1 (en) Simulating fluid production in a common surface network using eos models with black oil models
RU2397322C1 (en) System of cotrol over extracting hydro-carbon raw materials from multi-pay fields
CN115717522A (en) Shale gas well layered strengthening parameter drilling method and drilling device
US20240003242A1 (en) Field pump equipment system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090712