Automatizacija i upravljanje procesima u proizvodnji i pripremi nafte i prirodnog gasa

Objekti automatizacije

Bušotina sa bušotinskim vodomKolektorski sistemSeparatoriSistem dehidracijeRezervoarski sistemNaftovod/gasovod sa pumpnom/kompresorskom stanicom Sistem za grejanje

Tehnološke šeme sabiranja i pripreme bušotinskih fluida

1-Proizvodna bušotina; 2-Bušotina za utiskivanje vode; 3-Dozator deemulgatora;4-Separator; 5-Linija gasa; 6-Linija izdrenirane vode; 7-Uređaj za izdvajanje slobodnevode; 8-Rezervoar skladišne nafte; 9-Pufer rezervoar; 10-Pumpa; 11-Vod za otpremu nafte;12-Vod za razbijanje emulzije; 13-Triteri; 14-Hvatač preostale nafte u vodi; 15-Filteri; 16-Dodavanje aditiva za utiskivanje; 17-Cevovod za utiskivanje vode u sloj.

Nafta sa malim sadržajem vode

Nafta sa visokim sadržajem vode i problemom emulzija

1

2

1

3

3 3

4

4

5

6

8 9

10 11

7

78 9

10 1112

13

14151610

17

Efekti automatizacije

Vođenje optimalnog režima proizvodnje po bušotinama sa stanovišta režima eksploatacije ležišta;

Ekonomično korišćenje energije ležišta, fluida i spoljne energije koja se koristi za dovođenje fluida iz bušotine do skladišnog prostora;

Povećanje proizvodnog vremenskog fonda bušotine, odnosno smanjenje broja zastoja;

Lakša identifikacija havarijskih stanja bušotine ili opreme i brže utvrđivanje uzroka radi eliminisanja ili smanjenja efekta tih uzroka u daljem radu bušotine;

Identifikacija i kvantifikacija zastoja koji su rezultat organizacione, tehničke ili subjektivne prirode;

Efekti automatizacije

Postizanje uštede električne energije kod dubinskog pumpanja, smanjenje troškova održavanja i povećanja veka opreme;

Ušteda troškova za deemulgaciju putem regulisanog trošenja deemulgatora;

Nadzor i praćenje propustljivosti naftovoda i gasovoda;

Regulisanje i praćenje procesa zagrevanja nafte u naftovodu;

Smanjenje operativnih troškova, smanjenje broja ljudi, smanjenje vremene zastoja sistema zbog mogućnosti bržih intervencija i efikasnija zaštita celokupnog sistema.

Objekat automatizacije - BušotinaPodizanje tečnosti i gasa sa dna bušotine na površinu

pod uticajem prirodne energije (eruptivna proizvodnja) pod dejstvom pomoćne energije dovedene sa površine (gaslift ili proizvodnja mehaničkim metodama)

Automatizacija – praćenje relevantnih parametara rada bušotine i bušotinskog voda (naftovoda odnosno gasovoda) na bazi kojih se dobija uvid u njihovo stanje. Analiza stanja bušotine omogućuje određivanje optimalnog režima eksploatacije, koji se potom postiže i održava automatski ili ručno.

Eruptivni metod eksploatacijeNajpoželjniji metod proizvodnje jer obezbeđuje znatno veću količinu proizvedenog fluida u odnosu na druge metode, pri čemu su troškovi proizvodnje minimalni

Karakteristike proizvodnje zavise od prečnika i dubine spuštanja tubinga,održavanja konstantnog gasnog faktora, pritiska na dnu i ustima bušotine

Sprovođenje definisanog, optimalnog rada bušotine u režimu eruptivne proizvodnjom se obavlja korišćenjem optimalnih otvora dizne i upravljanjem radom bušotine.

Upravljanje radom bušotine podrazumeva praćenje pritiska na glavi uzlaznih cevi-tubinga i u prstenastom prostoru (kezingu), kao i dnevnog trajanja proizvodnje i reagovanje određenim postupcima na samoj bušotini.

Eruptivni metod eksploatacijeAutomatizacija rada eruptivnih bušotina se prvenstveno odnosi na automatsku akviziciju i praćenja procesa. Mere se i sakupljaju sledeće veličine:

pritisak na tubingu bušotine,pritisak u međuprostoru,temperatura na glavi uzlaznih cevi,

Definišu se maksimalne, odnosno minimalne vrednosti pritiska na tubingu koje predstavljaju granična stanja i u slučaju njihovog prekoračenja neophodno je obezbediti pojavu signala alarma

Eksploatacija gasliftom

Mehanička metoda podizanja nafte sa dna bušotine na površinu, kod koje se koristi energija komprimovanog gasa koji se utiskuje kroz prstenasti prostor preko tzv. gaslift ventila, postavljenog na tubingu na određenoj dubini

Kontinualni gaslift - gasifikacija, smanjenje gustine fluidaPovremeni gaslift - proces istiskivanja

Ležište

Tubing

Kezing

Gaslift

ventil

Ulazgasa

Izlaznafte

Proizvodna dizna

Utisniventil

Eksploatacija gasliftom

Regulator pritiska za baklju Regulator pritiska u separatoru

Naftovod

Spremnik nafte

Bušotina

Vremenski regulator dovoda gasa

Utis

ni g

asov

od

Visokopritisna komora

Kompresor

Regulator pritiska komprimovanja

Regulator pritiska z a baklju

Odvajac kapljica i necistoca

Regulator pritiska z a nadopunjavanje gaslift sistema

Separator

Niskopritisna komora

Eksploatacija gasliftom

MEMBRANA/MEH

OPRUGA

VRETENO

ZATVARAČ

SEDIŠTE

Regulator pritiska Gaslift ventil

Eksploatacija gasliftom

4 5

p t =

xi

p=xiž

6

1’

2

4

5

6

1’

1’’

2

3

5

pt = xi

1’

1’’pt = xi

3

2

Ventil A Ventil B

pk

pk

4

6

3

Gaslift ventil koji reaguje na pritisak u kezingu

Eksploatacija gasliftom

Sl. 4.6.

pt = xi

pt

pt

p=xiž

pk 1 2

4

3

3 41 pt = xi 2

Gaslift ventil koji reaguje na pritisak u tubingu

Eksploatacija gasliftom

Veličine koje se prate u akvizicionom sistemu:pritisak na tubingu bušotinepritisak u međuprostorutemperatura na glavi uzlaznih cevikoličina gasa koji se utiskuje u bušotinukoličina gasa koji se dobija iz bušotinepritisak utisnutog gasa kod bušotineproizvodnja nafte (i proizvodnja vode)usisni pritisak kompresorapotisni pritisak kompresoraulazne i izlazne temperature gasa iz kompresorapotrošnja elektroenergije kompresora

Moguća pojava pulsacije, nestabilan rad

Željena vrednost (Setpoint)

pritiska Ulaz gasa

Izlaz nafte

Tubing

Kezing

Anular

Proizvodna dizna

Gasliftventil

Utisni ventil

Ležište

Eksploatacija sistemom dubinskog pumpanja

Transformacijom mehaničkog rada u potencijalnu energiju se podiže pritisak fluida.

Na osnovu načina na koji se ostvaruju prenos i transformacija kretanja motora, dubinske pumpe se mogu podeliti u dve osnovne grupe:

Dubinske pumpe na klipnim šipkama sa kačaljkomDubinske pumpe bez klipnih šipki (klipne i centrifugalne pumpe)

Optimalni režim proizvodnje se ostvaruje putem održavanja određenog režima rada dubinske pumpe – neophodno praćenje stanja bušotine i stanja opreme sa dubinskom pumpom.

Eksploatacija sistemom dubinskog pumpanja

Veličine koje se mere i prikupljaju u procesu su:

opterećenje glatke šipkehod glatke šipkepritisak na tubingu bušotine,pritisak u međuprostoru,temperatura na glavi uzlaznih cevi,jačina struje pogonskog elektromotora,mogućnost povratnog delovanja uglavnom se odnosi na isključenje/uključenje pogonskog elektromotora zbog potrebe ili prema unapred zadatom programu

Signal sa motora

Pumpa Nivo fluida

Ležište

Izvo

r ak.

sign

ala Pritisak u

kezingu Mikrofon

Signal opter. i ubrzanj.

Senzor opterećenja glatke šipke

Kačaljka

Transmiterpritiska

P&ID dijagram bušotinskog voda jedne gasne bušotine

PI 01 TI

01 TIT01D

XC1

TIR01D

PCV01C PI

02TI02

FE 01 TE

01TIT01E

PIT01C

UT 01

DPI01

PI 01 TI

01

FIQ 01

XC 1

FIR 01

M

DS

DS

DS

DS

DS

XC1

TIR01E

XC1

DS

TIR01

PIR01C

Gasne bušotine

Regulacioni ventil

Elektromotorni aktuator

Pozicioner

Bušotinski vod

D

xi = T

12

3

FIC

101

TIC

101

YIC101

TY

101FT

101

TT

101

SP-F

SP-T

Pritisak na početku, tj. na glavi izlaznih cevi i pritisak na kraju tj. ispred kolektora su parametri koji se moraju pratiti.

Vazduh za instrumentaciju

YIC element

ZSHxx

ZSLxx

YICxxS

Objekat automatizacije - Sabirna stanica

Sabirne stanice služe za prikupljanje fluida (nafta, voda i gas) dobijenog iz bušotina

SeparacijaMerenja proizvodnje pojedinačnih bušotina i zbirnoProcesi zagrevanja fluidaPprocesi dehidracije nafte i gasaProcesi skladištenja i otpreme nafte i gasaPriprema i odlaganje slojne vode

Integralni akviziciono-upravljački sistem - SCADAAkvizicija i praćenje režima odvijanja procesa, stanja procesnih sudova, arhiviranje prikupljenih podataka, obezbeđenje mogućnosti promene režima rada pojedinih procesa programski ili na zahtev, signalizacija alarmnih stanja i dr.

Vertikalni dvofazni separator

LG

LSH

LSL

TI

LC

LSV

FSV

PI

TSE

PSV PCV FSV

PSHL

Ulaz fluida na tretman

Izlaz gasa

Izlaz nafte

Odvod čvrste faze

Separatori

Separatori

Procesni sudovi koji ostvaruju razdvajanje nafte i gasa (dvofazniseparatori), odnosno vode, nafte i gasa (trofazni separatori).

Neophodno obezbediti određene vrednosti nivoa, pritiska, temperature i vremenskog zadržavanja fluida da bi se proces razdvajanja ili bar veći deo razdvajanja faza mogao obaviti

Parametri koji se prate u procesu separacije su: pritisak i temperatura u zbirnom i mernom separatoruprotok tečnog fluida kroz zbirni i merni separatorsadržaj vode u naftiprotok gasa u mernom i zbirnom separatoru.

Alarmni signali: prelaz pritiska izvan gornjeg ili donjeg pragaprelaz temperature izvan gornjeg ili donjeg pragaprelaz nivoa tečnosti iznad gornjeg (maksimalnog) dozvoljenog nivoa

P&ID dijagram vertikalnog separatora

Separatori

P&I dijagrami za regulaciju nivoa u trofaznim separatorima

LC

LC

LC

LC

LC

LC Nafta

Voda

Nafta

Voda

Nafta

Voda

Regulacija međupovršine

Regulacija sa komorom za naftu

Regulacija sa odvojenim stubom vode

Separatori

- izgradnja izolacionih sistema u separatoru

- mogu se izbeći problemi sa provodljivošću fluidaSenzori induktivnosti

- provodljivost fluida stvara probleme

- različiti nivoi dodira se mogu detektovati

Kapacitivni senzori sa više elektroda

- prisustvo radioaktivnog zračenja- moguće merenje vertikalne raspodele fluidaSenzor gama zračenja

- ima problema sa detektovanjem emulzije

- prisustvo mehurića u tečnosti slabi ultrazvučne talase

- može se koristiti za kontinualna i diskretna merenja

- lako se montira na postojećim ili novim separatorima

- nema potrebe za kalibracijom

Ultrazvučni senzor

- ne detektuje emulziju- mogućezačepljenje cevi - neophodna termička izolacija

- koristi različitu gustinu fluida u proračunu

Senzor diferencijalnog hidrost. pririska

- ne detektuje emulziju- jednostavna primenaPlovak

NedostaciPrednostiSenzor za merenja nivoa

Separatori

Merenje proizvodnje

Redosled merenja

Automatski ciklus merenja i usmeravanje tečnosti sa bušotine koju treba staviti na merenje obuhvata:

otvaranje odgovarajućeg ventila bušotine koju treba meriti, za usmeravanje fluida od zbirnog do mernog kolektora,zatvaranje ventila svih ostalih proizvodnih bušotina prema mernom kolektoru, odnosno omogućavaju njihov tok, samo prema zbirnom kolektrou,na kraju ispitivanja bušotine, zatvaranje ventila, koji je priključio bušotinu na merni kolektor,registrovanje i arhiviranje ukupno dobijene količine fluida u toku ispitivanja, bušotine koja je bila na merenju,kraj ciklusa i početak merenja na drugoj bušotini.

Sistemi za dehidraciju

LCV

LSL

FSV

LCVPSV

LC

FSV

PSV

PCV

LC

LC

TC

TI

LSHTSE PSHL

TSH

Ulaz fluida na tretman

Osiguračdimnjaka

DimnjakIzlaz

BDV

PI

PCV

PCV

PI

Pilot

FSVLCV

LSLTSH Osiguračplamena TSE

TCV

SDV

PSH

BSLIzlaz nafte

Izlaz vode

Gorivo

Izlaz gasa

Akviziciono-upravljački sistemitipične sabirno-merne stanice

pritisak zbirnog kolektora

pritisak mernog kolektora

pritisak zbirnog separatora

pritisak mernog separatora

pritisak pare za grejanje

temperatura zbirnog kolektora

temperatura mernog kolektora

temperatura mernog separatora

temperatura pare za grejanje

Prikupljaja, arhivira i prema potrebi prezentuju podatke o veličinama:

protok nafte kroz zbirni separator

protok nafte kroz merni separator

protok nafte kroz zbirni kolektor

protok nafte kroz merni kolektor

sadržaj vode u nafti - zbirno

sadržaj vode u nafti - merno

protok nafte prema sabirno otpremnoj stanici

potrošnja energije za grejanje

Akviziciono-upravljački sistemitipične sabirno-merne stanice

Upravljačke aktivnosti jednog takvog AUS-a se odnose na:isključivanje/isključivanje grejača zbog potrebe ili programski,automatsko usmeravanje toka tečnosti od zbirnog do mernog separatora,automatsko uključenje sistema za hlađenje separatora i rezervoara,vreme stavljanja određene bušotine na merenje.

AUS sabirno-otpremne stanice dodatno meri, prikuplja i arhivira podatke o:nivou nafte u rezervoarima,protoku nafte u rezervoare,protoku nafte iz rezervoara,sadržaju vode u nafti,protoku ispuštene vode iz rezervoara,potrošnji gasa u polju,temperaturi rezervoara,potrošnji elektro energije za pogon pumpi.

Automatizacija i upravljanje procesima pri transportu nafte i prirodnog gasa

Transport nafte i prirodnog gasaSistemi cevovodnog transporta ovih fluida na naftno-gasnim poljima i sa polja do rafinerija i potrošača. Obuhvataju i pumpne i kompresorske sisteme koji obezbeđuju energiju potrebnu za transport

Automatizacija i upravljanje procesima transporta nafte i prirodnog gasa se uglavnom vezuje za upravljanje radom magistralnih naftovoda igasovoda putem odgovarajućih AUS

Automatizovan rad transportnog sistema podrazumeva:upravljanje radom kompresora,upravljanje radom pumpi i pumpnih stanica,regulisanje rada upravljačkih ventila,automatsko usmeravanje i promene režima rada,merenja u rezervoarima,merenja pritiska, protoka i temperature u mreži,automatsko čišćenje deonica,uključivanje/isključivanje sistema,detekciju nekontrolisanog isticanja,energetski optimalno vođenje procesa.

Transport nafte i prirodnog gasa

Telemetrijski sistemi zasnovani na SCADA-i Udaljene telemetrijske stanice (RTU) - mikroprocesorska stanica čija je primarna uloga skupljanje merenih signala sa senzora i generisanje pobude izvršnih elemenata, odnosno konverzija procesnih veličina u digitalni oblik i obrnuto

Sl. VII 5.1.

Transport nafte i prirodnog gasa

U dispečerskom centru se formira računarski model, koji simulira ponašanja cevovodnog sistema.

Sl. VII 5.2.

Dispečerska radna stanica

Akviziciono-upravljačka stanica

Mreža udaljenih telemetrijskih stanica

2xModem

TerminalKa Dispečerskim centrima istog ili višeg hijerarhiskog nivoa

AUS za upravljanje radom pumpne stanice na magistralnom naftovodu

Prema Glavnomdispečerskom centruDispečerski centar

Prema RTU

Merni rezer. i naf/vod monit.

Štampačizveštaja i alarma

Ulazni naftovod

Reze-rvoari

Pomoćnepumpe

Glavne pumpe

Ulazni naftovod

Meračprotoka

Regul.ventil

Frekventna regulacijaTradicionalno se pritisak i protok nafte regulišu prigušivanjem, podešavanjem lopatica predkola pumpi i prestrujnim vodovima

Elektronski frekventni regulatori omogućuju kontinualnu promenu broja obrtaja motora naizmenične struje.

Konverzija naizmenične struje od 50 Hz u jednosmernu struju, a zatim “proteruje” ovu struju kroz seriju elektronskih prekidača koji kontrolisanim naizmeničnim uključivanjem i isključivanjem generišu naizmeničnu struju promenljivog napona i frekvencije od 0 pa čak do 100 Hz. Ova promenljiva frekvencija dozvoljava promenu broja obrtaja motora, jer je broj obrtaja asinhronih (indukcionih) i sinhronih motora na naizmeničnu struju direktno zavisan od frekvencije napajanja.

Frekventna regulacija

Ulazni napon u motor se podešava proporcionalno frekvenciji tako da se obezbedi konstantan odnos napona i frekvencije.

SISTEMI DISTRIBUCIJE PRIRODNOG GASA

Telemetrijski sisteme zasnovane na SCADA-i čiji je osnovni zadatak praćenje i nadzor rada sistemaUređaji lokalne automatike kojima se obezbeđuju željene vrednosti pritiska i protoka u sistemu.

SISTEMI DISTRIBUCIJE PRIRODNOG GASA

Sa gasnih polja, iz sabirno-otpremnih stanica prečišćeni gas se magistralnim gasovodima pod visokim pritiskom (16-100 bar-a) transportuje do gradova, odnosno potrošača gasa. Magistralni gasovodi (transport gasa) se završavaju glavnim merno regulacionim stanicama (GMRS).

GMRS su objekti koji povezuju na nivou grada magistralni gasovod sa gradskom distributivnom gasnom mrežom i u kojima se vrši filtriranje, dogrevanje, redukcija pritiska, regulacija i merenje protoka prirodnog gasa. GMRS obezbedjuje automatizovanu sinhronizaciju tehnološkog režima u magistralnom gasovodu i gradskoj mreži.

Gradske (primarne) distributivne mreže predstavljaju sistem gasovoda kojima se gas transportuje od GMRS do merno regulacionih i regulacionih stanica potrošača (MRS i RS). Primarne mreže se projektuju i dimenzionišu u našim uslovima za radni pritisak od 6 do 12 bara. Iz primarne mreže treba da se napajaju svi potrošači snage veće od 1 MW i merno regulacione stanica (MRS) koje smanjuju pritisak gasa ispod 4 bara koji se raspoređuje sekundarnom distributivnom mrežom svim potrošačima snage ispod 1 MW.

AUS distributivne gasne mreže

--Zatvaranje PP ventilaDigitalni izlazi

Željena vrednost protoka-Željena vrednost protokaAnalogni izlazi

Kumulativni korigovani protokKumulativni nekorigovani protok-Kumulativni korigovani protok

Kumulativni nekorigovani protokBrojački ulazi

Status sigurn. ventilaIspad elektro mrežeNizak napon AKU bat.

Status PP ventilaIspad elektro mrežePoložaj ulaznih vrataNizak napon AKU bat.

Status sigurn. ventilaIspad elektro mrežeNizak napon AKU bat.Rad cirkulacione pumpe (u

kotlarnici)Rad goripnikaPoložaj ulaznih vrata

Digitalni ulazi

Ulazni pritisakRadni pritisakIzlazni pritisakSpoljna temperaturaIzlazna temperaturaZaštitni potencijalZaprljanost filtraTrenutni protok

Radni pritisakRadna temperatura

Ulazni pritisakRadni pritisakIzlazni pritisakUlazna temperaturaIzlazna temperaturaZaštitni potencijalZaprljanost filtraTrenutni protokSpoljna temperatura

Analogni ulazi

Merno-regulaciona stanicaGlavno razvodno čvorišteGlavna merno-regulaciona stanicaTip signala

Regulatori pritiska

Regulaciona staza

Pogon za upravljanje

Uređaj za podešavanje

zadate vrednostiIzvršni

elementxi = p

Povratni vod

Regulacija pritiska ispred ili iza regulatora

Regulatori pritiska za gas direktnog dejstva

Regulatori pritiska za gas indirektnog dejstva