Введение к работе
Актуальность проблемы. Нефтегазодобывающие комплексы (НГДК) являются одними из наиболее крупных и ответственных потребителей эдектроэнерпш России. Заявлеішая ими мощность в часы максимума нагрузки энергосистемы превышает в ряде случаев 500 -г- 1000 МВт. В состав НГДК входят 10 и более нефтегазодобывающих предприяттш (НГДП). Энергетический комплекс НГДК объединен единством технолопш и финансово-экономической деятельности, связан одновременно с несколькими питающими энергосистемами или офіщиальньїм поставщиком электроэнерпш, имеющими различные фігаансо-вые и нормативные положения.
НГДП, входящие в состав НГДК, рассредоточены на территории, превышающей сотни и тысячи км2. Недостаточный объем ішформащюішо-управляющего взаимодействия между установками для извлечения продукции скважгш, подготовки и транспортировки нефти внутри НГДК, комплексами сооруже-ішй хранения и внешней перекачки товарной нефти, подготовки и утилизации пластовых вод и поддержания пластового давления препятствует энергетической оптимизащш показателей технологического процесса добычи нефти. Энергетическая составляющая затрат достигает 50% и более от общего объема затрат на добычу нефти, в ряде случаев может являться ограничивающим фактором с точки зрения "жизни" месторождения. Поэтому особую актуальность приобретает создание автоматизированной системы электроснабжения (АСУЭ), обеспечивающей физико-информационное объединение всех участвующих в технологическом процессе установок в единый экономичный знергетическіш комплекс. Внедрение АСУЭ позволяет решить проблему организации безлюдной технолопш эксплуатации объектов энергетического хозяйства НГДК, а также:
повысить качество эдектроэнерпш и обеспечить оперативную локализацию и ликвидацию аварий;
уменьшить удельный расход электроэнергии на добычу нефти;
- уменьшить плату за потребление эдектроэнерпш за счет реализации оптимальных графиков нагрузки;
уменьшить затраты на сооружение дополнительных объектов СЭС и средств связи;
повысить электробезопасность и улучшить условия труда.
При практической реализации АСУЭ НГДК возникла не-
обходимость разработать оборудование, обеспечивающие соответствие параметров добычных установок периоду эксплуатации нефтяных скважин и физико-информациогаюе объединение электроустановок нефтегазодобывающих предприятий в единый экономичный энергетический комплекс, и концепцию управления электроснабжением НГДК в нормальных и экстремальных ситуациях.
Работа выполнена в АО'Татнефть" и на кафедре электротехники и электроснабжения горных предприятий Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) им.Г.В.Плеханова в соответствии с планами научно-исследовательских работ Миннефтепрома СССР, ГП"Роснефть", АО"Татнефгь" и Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованшо.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлась разработка автоматизированной системы управления электроснабжением нефтегазодобывающих комплексов. Для практической реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработка концепции управления электропотребленн-
ем с 4-го уровня иерархии АСУЭ (уровня НГДК) при отсутствии
ограничений со стороны энергосистемы;
- разработка методики рационального распределения
ограничений отпуска электроэнергии при ее лимитировашш
между НГДП, входящими в состав НГДК;
обоснование выбора схемно-технических решений электрооборудования добычных установок с учетом периода эксплуатации нефтяных скважин;
разработка системы телеуправления нефтяными скважинами по промысловым распределительным линиям 6(10) кВ;
- разработка унифицированной системы инженерных
электрических коммуникащш для обустройства скважин.
Идея работы. Заключается в выявлении закономерностей приближения режима к энергетически оптимальному и разработке на их основе концепции управления электроснабжением и требований к параметрам электрооборудования, обеспечивающего физико-информационное объединение электроустановок нефтедобычи в единый экономичный энергетическш! комплекс.
Методы проведения исследовании. Использованы: методы теоріш электрических цепей, методы теоріш электромагнитных процессов в системах электроснабжения, методы теоріш оптимизации, численные методы решения алгебраических и дифференциальных уравнений, физическое моделирование затухания
сигнала тональных частот в линии электропередачи, методы теоретического и экспериментального определения параметров и характеристик электромеханических комплексов.
Научная новизна работы представлена следующими положениями:
разработана концепция управления режимами электропотребления НГДК с 4-го уровня иерархии АСУЭ, позволяющие осуществить для принятой системы разработки месторождения и комплексов технолопгаеского оборудования приближение режима электропотребления к энергетически оптимальному;
разработана методика спределеїшя удельных затрат электроэнергии на добычу нефти, предусматривающая декомпозицию технологического процесса и упорядоченную обработку информации, включающей для каждого НГДП 41 независимую переменную, характеризующую геолого-технологические параметры;
установлены зависимости между объемами снижения нефтедобычи и объемами лимитирования электропотреблешш;
разработана методика рационального распределения ограничений отпуска электроэнерпш при ее лимитировании между НГДП;
установлены параметры каналообразующей аппаратуры связи по промысловым линиям 6(10) кВ, обеспечивающей информационную іштеграцию добычных установок в состав потребителей электроэнерпш НГДК управляемых техническими средствами АСУЭ;
Достоверность научных положений и выводов подтверждается достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, близкой сходимостью расчетных и экспериментальных данных.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
- разработан комплекс мероприятий, обеспечивающий,
при стабилизации горно-техническнх параметров, снижение
удельных энергозатрат на добычу нефти на 20-25%;
- разработано информационное обеспечение для реализа
ции оптимального управления электропотреблением при лими
тировании параметров электропотреблешш;
- обоснованы схемно-техническне решения при выборе
электрооборудования насосных установок для извлечения про-
дукцгаї скважіш на дневную поверхность;
- обоснованы технические параметры электрооборудова
ния станков-качалок в малодебнтный период эксплуатации
скважіш;
разработана система телеуправления работой добычных установок с использованием в качестве линий связи ЛЭП 6(10) кВ, охватываемых подстанцией 35/6( 10) кВ.
разработаны на уровне изобретший схемно-техннческне решения установок продольной и поперечной емкостной компенсации позволяющие реализовать рациональные режимы напряжения и реактивной мощности в промысловых распределительных сетях;
разработана универсальная система инженерных электрических коммуникаций (УСИЭК), позволяющая многоразово использовать электрические ліпиш и средства регулирования производительности насосных установок, компенсации реактивной мощности, потерь напряжения и телеуправления.
Реализация. Внедрено в промышленную эксплуатацию в АО"Татнефть" электрооборудование, обеспечивающее практическую реализацию АСУЭ НГДК, обеспечивающее эксплуатацию месторождешш без проведения дополнительных строительных и монтажных, работ в течение всего периода "жизни" месторождения.
Фактический экономический эффект от внедрения результатов работы составил 33219,5 млн.руб.
1. Концепция управления режимами электропотребления НГДК с 4-го уровня иерархии АСУЭ, предусматривающие приближение режима потребления электроэнергии к энергетически оптимальному.
Концепция предполагает минимизацию, с использованием средств АСУЭ, целевой функщш, содержащей разность массивов фактических и оптимальных удельных затрат электроэнергии на составляющие декомпозшпш технологического процесса добычи нефти за расчетный период.
Методика определения удельных затрат электроэнергии на компоненты технологического процесса добычи нефти, уста-новливающая зависимости удельных показателей электропо-треблення для каждого НГДП от независимых перемешгых, характеризующих горно-технолопгаеские параметры, в том числе обводненность, газовый фактор, глубина динамического уровня, режим напряжения в промысловой сети и др.
2.Методика распределения долей снижешія электропотребления и мощности между НГДП, в зависимости от }ровня лимитирования. Зависимости недобора нефти от снижения
ского процесса и параметров электромеханического комплекса добычного оборудования. Целевые функции и алгоритмы их реализации по критерию минимума недобора нефти.
З.Схемно-техническне решения и параметры электрооборудования для извлечения продукции скважин на дневную поверхность. Закономерности компоновки добычного электрооборудования в зависимости от периода "жизни" месторожде-ния.Зависимости показателей электропотребления добычного электрооборудования от режима напряжения в промысловой распределительной сети.
4.3ависимости характеристик каналообразующей аппаратуры связи по линиям 6(10) кВ от параметров промыслового электрооборудования и диапазона частот, используемого для передачи информации в условиях нефтедобычи.
Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на конференциях и семинарах ученых кафедры электротехники и электроснабжения горных предприятігії СПбГГИ(ТУ) в 1990-1993 г., на совещаниях энергетических служб Миннефтепрома СССР и ГП"Роснефть" в 1989-1992 г., на 1 и 2 международных симпозиумах "Автоматическое управление знергообъектами ограниченной мощности", Л., 1991, Санкт-Петербург, 1992, на научно-техническом семинаре "Реализация энергоснабжения в условиях полного хозрасчета и самофинансирования", Л., 19-20 июня 1990 г., на научно-техническом совете АО'Татнефть", Российско-Финляндском семинаре " Автоматизированные системы управления электроснабжением", С-Петербург.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 5 авторских свидетельствах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из вве
дения, шести глав и заключения, изложенных на страницах.
Содержит рисунка, таблиц, список литературы из наи
менований и приложений. Общий объем работы страниц.
