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

Objekti automatizacijeBuotina sa buotinskim vodom Kolektorski sistem Separatori Sistem dehidracije Rezervoarski sistem Naftovod/gasovod sa pumpnom/kompresorskom stanicom Sistem za grejanje

Tehnoloke eme sabiranja i pripreme buotinskih fluida4 1 6 7 8 9 10 11

Nafta sa malim sadrajem vode Nafta sa visokim sadrajem vode i problemom emulzija4 12 5 7 13 8 9 10 11

3 3 1 3

10 2 17

16

15

14

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

Efekti automatizacijeVoenje optimalnog reima proizvodnje po buotinama sa stanovita reima eksploatacije leita; Ekonomino korienje energije leita, fluida i spoljne energije koja se koristi za dovoenje fluida iz buotine do skladinog prostora; Poveanje proizvodnog vremenskog fonda buotine, odnosno smanjenje broja zastoja; Laka identifikacija havarijskih stanja buotine ili opreme i bre utvrivanje uzroka radi eliminisanja ili smanjenja efekta tih uzroka u daljem radu buotine; Identifikacija i kvantifikacija zastoja koji su rezultat organizacione, tehnike ili subjektivne prirode;

Efekti automatizacijePostizanje utede elektrine energije kod dubinskog pumpanja, smanjenje trokova odravanja i poveanja veka opreme; Uteda trokova za deemulgaciju putem regulisanog troenja deemulgatora; Nadzor i praenje propustljivosti naftovoda i gasovoda; Regulisanje i praenje procesa zagrevanja nafte u naftovodu; Smanjenje operativnih trokova, smanjenje broja ljudi, smanjenje vremene zastoja sistema zbog mogunosti brih intervencija i efikasnija zatita celokupnog sistema.

Objekat automatizacije - BuotinaPodizanje tenosti i gasa sa dna buotine na povrinu pod uticajem prirodne energije (eruptivna proizvodnja) pod dejstvom pomone energije dovedene sa povrine (gaslift ili proizvodnja mehanikim metodama) Automatizacija praenje relevantnih parametara rada buotine i buotinskog voda (naftovoda odnosno gasovoda) na bazi kojih se dobija uvid u njihovo stanje. Analiza stanja buotine omoguuje odreivanje optimalnog reima eksploatacije, koji se potom postie i odrava automatski ili runo.

Eruptivni metod eksploatacijeNajpoeljniji metod proizvodnje jer obezbeuje znatno veu koliinu proizvedenog fluida u odnosu na druge metode, pri emu su trokovi proizvodnje minimalni Karakteristike proizvodnje zavise od prenika i dubine sputanja tubinga, odravanja konstantnog gasnog faktora, pritiska na dnu i ustima buotine Sprovoenje definisanog, optimalnog rada buotine u reimu eruptivne proizvodnjom se obavlja korienjem optimalnih otvora dizne i upravljanjem radom buotine. Upravljanje radom buotine podrazumeva praenje pritiska na glavi uzlaznih cevi-tubinga i u prstenastom prostoru (kezingu), kao i dnevnog trajanja proizvodnje i reagovanje odreenim postupcima na samoj buotini.

Eruptivni metod eksploatacijeAutomatizacija rada eruptivnih buotina se prvenstveno odnosi na automatsku akviziciju i praenja procesa. Mere se i sakupljaju sledee veliine: pritisak na tubingu buotine, pritisak u meuprostoru, temperatura na glavi uzlaznih cevi, Definiu se maksimalne, odnosno minimalne vrednosti pritiska na tubingu koje predstavljaju granina stanja i u sluaju njihovog prekoraenja neophodno je obezbediti pojavu signala alarma

Eksploatacija gasliftomProizvodna dizna Utisni ventil Ulaz gasa Izlaz nafte

Mehanika metoda podizanja nafte sa dna buotine na povrinu, kod koje se koristi energija komprimovanog gasa koji se utiskuje kroz prstenasti prostor preko tzv. gaslift ventila, postavljenog na tubingu na odreenoj dubini Kontinualni gaslift - gasifikacija, smanjenje gustine fluida Povremeni gaslift - proces istiskivanja

Kezing

Tubing

Gaslift ventil

Leite

Eksploatacija gasliftomRegulator pritiska za baklju Regulator pritiska u separatoru Separator Regulator pritiska za nadopunjavanje gaslift sistema Odvajac kapljica i necistoca Niskopritisna komora Spremnik nafte Regulator pritiska komprimovanja Kompresor Naftovod

Buotina Utisni gasovod Vremenski regulator dovoda gasa

Regulator pritiska za baklju

Visokopritisna komora

Eksploatacija gasliftom

MEMBRANA/ MEH OPRUGA VRETENO ZATVARA

SEDITE

Regulator pritiska

Gaslift ventil

Eksploatacija gasliftomGaslift ventil koji reaguje na pritisak u kezingu6 1 p=xi 2 1 4 3 4 5 5 2 4 5 3 1 6 1 2

pt = xi1

pk pt = xi

pk3

Ventil A

Ventil B6

pt = xi

Eksploatacija gasliftomGaslift ventil koji reaguje na pritisak u tubingu1 2

pk pt

4

p=xi

pt3

pt = xi

1

2

3

4

pt = xi

Sl. 4.6.

Eksploatacija gasliftomVeliine koje se prate u akvizicionom sistemu:pritisak na tubingu buotine pritisak u meuprostoru temperatura na glavi uzlaznih cevi koliina gasa koji se utiskuje u buotinu koliina gasa koji se dobija iz buotine pritisak utisnutog gasa kod buotine proizvodnja nafte (i proizvodnja vode) usisni pritisak kompresora potisni pritisak kompresora ulazne i izlazne temperature gasa iz kompresora potronja elektroenergije kompresoraLeite Gaslift ventil eljena vrednost (Setpoint) pritiska Ulaz gasa Utisni ventil Proizvodna dizna Izlaz nafte Anular Tubing Kezing

Mogua pojava pulsacije, nestabilan rad

Eksploatacija sistemom dubinskog pumpanjaTransformacijom mehanikog rada u potencijalnu energiju se podie pritisak fluida. Na osnovu naina na koji se ostvaruju prenos i transformacija kretanja motora, dubinske pumpe se mogu podeliti u dve osnovne grupe: Dubinske pumpe na klipnim ipkama sa kaaljkom Dubinske pumpe bez klipnih ipki (klipne i centrifugalne pumpe) Optimalni reim proizvodnje se ostvaruje putem odravanja odreenog reima rada dubinske pumpe neophodno praenje stanja buotine i stanja opreme sa dubinskom pumpom.

Eksploatacija sistemom dubinskog pumpanjaVeliine koje se mere i prikupljaju u procesu su:optereenje glatke ipke hod glatke ipke pritisak na tubingu buotine, pritisak u meuprostoru, temperatura na glavi uzlaznih cevi, jaina struje pogonskog elektromotora, mogunost povratnog delovanja uglavnom se odnosi na iskljuenje/ukljuenje pogonskog elektromotora zbog potrebe ili prema unapred zadatom programuSenzor optereenja glatke ipke Signal opter. i ubrzanj. Transmiter pritiska Izvor ak. signala Signal sa motora Kaaljka

Mikrofon

Pritisak u kezingu

Nivo fluida Pumpa Leite

Gasne buotinePIR 01C TIR 01 DSXC 1

FIR 01XC 1 DS

TIR 01D DS

XC 1

FIQ 01 DPI 01 PI 01

TIR 01E

TI 01

PI 01

TI 01

TIT 01D

DS

UT 01PCV 01C M DS

XC 1 DS

PI 02

TI 02

FE 01

TE 01

TIT 01E

PIT 01C

P&ID dijagram buotinskog voda jedne gasne buotine

Regulacioni ventil

Elektromotorni aktuator Pozicioner

Buotinski vodPritisak na poetku, tj. na glavi izlaznih cevi i pritisak na kraju tj. ispred kolektora su parametri koji se moraju pratiti.

SP-T FIC 101 SP-F TIC 101 xi = TYIC

YIC elementVazduh za instrumentaciju1

YIC

S

xx

TY 101 FT 101 D 2

101

TT 101

ZSH

xx

ZSL

xx

3

Objekat automatizacije - Sabirna stanicaSabirne stanice slue za prikupljanje fluida (nafta, voda i gas) dobijenog iz buotinaSeparacija Merenja proizvodnje pojedinanih buotina i zbirno Procesi zagrevanja fluida Pprocesi dehidracije nafte i gasa Procesi skladitenja i otpreme nafte i gasa Priprema i odlaganje slojne vode

Integralni akviziciono-upravljaki sistem - SCADA

Akvizicija i praenje reima odvijanja procesa, stanja procesnih sudova, arhiviranje prikupljenih podataka, obezbeenje mogunosti promene reima rada pojedinih procesa programski ili na zahtev, signalizacija alarmnih stanja i dr.

SeparatoriPSV PCV FSV

Izlaz gasaPSHL

TSE

PI Ulaz fluida na tretman

LSH

LC TILSV

LGLSL

Izlaz nafte

FSV

Odvod vrste faze

Vertikalni dvofazni separator

SeparatoriProcesni sudovi koji ostvaruju razdvajanje nafte i gasa (dvofazni separatori), odnosno vode, nafte i gasa (trofazni separatori). Neophodno obezbediti odreene vrednosti nivoa, pritiska, temperature i vremenskog zadravanja fluida da bi se proces razdvajanja ili bar vei deo razdvajanja faza mogao obaviti Parametri koji se prate u procesu separacije su:pritisak i temperatura u zbirnom i mernom separatoru protok tenog fluida kroz zbirni i merni separator sadraj vode u nafti protok gasa u mernom i zbirnom separatoru.

Alarmni signali:

prelaz pritiska izvan gornjeg ili donjeg praga prelaz temperature izvan gornjeg ili donjeg praga prelaz nivoa tenosti iznad gornjeg (maksimalnog) dozvoljenog nivoa

Separatori

P&ID dijagram vertikalnog separatora

SeparatoriLC LC LC

Nafta

LC

Nafta

LC

Nafta

LC

Voda Regulacija meupovrine

Voda Regulacija sa komorom za naftu

Voda Regulacija sa odvojenim stubom vode

P&I dijagrami za regulaciju nivoa u trofaznim separatorima

SeparatoriSenzor za merenja nivoa Plovak Senzor diferencijalnog hidrost. pririska Prednosti jednostavna primena koristi razliitu gustinu fluida u proraunu moe se koristiti za kontinualna i diskretna merenja lako se montira na postojeim ili novim separatorima nema potrebe za kalibracijom mogue merenje vertikalne raspodele fluida razliiti nivoi dodira se mogu detektovati mogu se izbei problemi sa provodljivou fluida Nedostaci ne detektuje emulziju ne detektuje emulziju moguezaepljenje cevi neophodna termika izolacija ima problema sa detektovanjem emulzije prisustvo mehuria u tenosti slabi ultrazvune talase prisustvo radioaktivnog zraenja provodljivost fluida stvara probleme izgradnja izolacionih sistema u separatoru

Ultrazvuni senzor Senzor gama zraenja Kapacitivni senzori sa vie elektroda Senzori induktivnosti -

-

Merenje proizvodnjeRedosled merenja Automatski ciklus merenja i usmeravanje tenosti sa buotine koju treba staviti na merenje obuhvata:

otvaranje odgovarajueg ventila buotine koju treba meriti, za usmeravanje fluida od zbirnog do mernog kolektora, zatvaranje ventila svih ostalih proizvodnih buotina prema mernom kolektoru, odnosno omoguavaju njihov tok, samo prema zbirnom kolektrou, na kraju ispitivanja buotine, zatvaranje ventila, koji je prikljuio buotinu na merni kolektor, registrovanje i arhiviranje ukupno dobijene koliine fluida u toku ispitivanja, buotine koja je bila na merenju, kraj ciklusa i poetak merenja na drugoj buotini.

Sistemi za dehidracijuIzlaz gasa Osigura dimnjakaFSV PSV PCV

Ulaz fluida na tretman Dimnjak

Izlaz

TSE

LSH

PSHL TSH BDV

LCV

PI

LSL

LC

TI

PCV

FSV LC LC

TC

Pilot

Izlaz nafteTSH LSL

BSL

TCV PCV

Osigura plamena

TSE

PI

LCV

PSV

LCV

FSV

SDV

Izlaz vode

PSH

Gorivo

Akviziciono-upravljaki sistemi tipine sabirno-merne stanicePrikupljaja, arhivira i prema potrebi prezentuju podatke o veliinama: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 protok nafte kroz zbirni separator protok nafte kroz merni separator protok nafte kroz zbirni kolektor protok nafte kroz merni kolektor sadraj vode u nafti - zbirno sadraj vode u nafti - merno protok nafte prema sabirno otpremnoj stanici potronja energije za grejanje

Akviziciono-upravljaki sistemi tipine sabirno-merne staniceUpravljake aktivnosti jednog takvog AUS-a se odnose na: iskljuivanje/iskljuivanje grejaa zbog potrebe ili programski, automatsko usmeravanje toka tenosti od zbirnog do mernog separatora, automatsko ukljuenje sistema za hlaenje separatora i rezervoara, vreme stavljanja odreene buotine 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, sadraju vode u nafti, protoku isputene vode iz rezervoara, potronji gasa u polju, temperaturi rezervoara, potronji 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 potroaa. Obuhvataju i pumpne i kompresorske sisteme koji obezbeuju energiju potrebnu za transport Automatizacija i upravljanje procesima transporta nafte i prirodnog gasa se uglavnom vezuje za upravljanje radom magistralnih naftovoda i gasovoda putem odgovarajuih AUS Automatizovan rad transportnog sistema podrazumeva:upravljanje radom kompresora, upravljanje radom pumpi i pumpnih stanica, regulisanje rada upravljakih ventila, automatsko usmeravanje i promene reima rada, merenja u rezervoarima, merenja pritiska, protoka i temperature u mrei, automatsko ienje deonica, ukljuivanje/iskljuivanje sistema, detekciju nekontrolisanog isticanja, energetski optimalno voenje procesa.

Transport nafte i prirodnog gasaTelemetrijski sistemi zasnovani na SCADA-i Udaljene telemetrijske stanice (RTU) - mikroprocesorska stanica ija je primarna uloga skupljanje merenih signala sa senzora i generisanje pobude izvrnih elemenata, odnosno konverzija procesnih veliina u digitalni oblik i obrnutoSl. VII 5.1.

Transport nafte i prirodnog gasaU dispeerskom centru se formira raunarski model, koji simulira ponaanja cevovodnog sistema.Mrea udaljenih telemetrijskih stanica

2xModem Ka Dispeerskim centrima istog ili vieg hijerarhiskog nivoa Dispeerska radna stanicaSl. VII 5.2.

Terminal

Akviziciono-upravljaka stanica

AUS za upravljanje radom pumpne stanice na magistralnom naftovoduDispeerski centartampa izvetaja i alarma Prema Glavnom dispeerskom centru

Prema RTU

Merni rezer. i naf/vod monit.

Ulazni naftovod

Rezervoari

Pomone pumpe

Mera protoka

Glavne pumpe

Regul. ventil

Ulazni naftovod

Frekventna regulacijaTradicionalno se pritisak i protok nafte reguliu priguivanjem, podeavanjem lopatica predkola pumpi i prestrujnim vodovima Elektronski frekventni regulatori omoguuju kontinualnu promenu broja obrtaja motora naizmenine struje. Konverzija naizmenine struje od 50 Hz u jednosmernu struju, a zatim proteruje ovu struju kroz seriju elektronskih prekidaa koji kontrolisanim naizmeninim ukljuivanjem i iskljuivanjem generiu naizmeninu struju promenljivog napona i frekvencije od 0 pa ak do 100 Hz. Ova promenljiva frekvencija dozvoljava promenu broja obrtaja motora, jer je broj obrtaja asinhronih (indukcionih) i sinhronih motora na naizmeninu struju direktno zavisan od frekvencije napajanja.

Frekventna regulacijaUlazni napon u motor se podeava proporcionalno frekvenciji tako da se obezbedi konstantan odnos napona i frekvencije.

SISTEMI DISTRIBUCIJE PRIRODNOG GASATelemetrijski sisteme zasnovane na SCADA-i iji je osnovni zadatak praenje i nadzor rada sistema Ureaji lokalne automatike kojima se obezbeuju eljene vrednosti pritiska i protoka u sistemu.

SISTEMI DISTRIBUCIJE PRIRODNOG GASASa gasnih polja, iz sabirno-otpremnih stanica preieni gas se magistralnim gasovodima pod visokim pritiskom (16-100 bar-a) transportuje do gradova, odnosno potroaa gasa. Magistralni gasovodi (transport gasa) se zavravaju glavnim merno regulacionim stanicama (GMRS). GMRS su objekti koji povezuju na nivou grada magistralni gasovod sa gradskom distributivnom gasnom mreom i u kojima se vri filtriranje, dogrevanje, redukcija pritiska, regulacija i merenje protoka prirodnog gasa. GMRS obezbedjuje automatizovanu sinhronizaciju tehnolokog reima u magistralnom gasovodu i gradskoj mrei. Gradske (primarne) distributivne mree predstavljaju sistem gasovoda kojima se gas transportuje od GMRS do merno regulacionih i regulacionih stanica potroaa (MRS i RS). Primarne mree se projektuju i dimenzioniu u naim uslovima za radni pritisak od 6 do 12 bara. Iz primarne mree treba da se napajaju svi potroai snage vee od 1 MW i merno regulacione stanica (MRS) koje smanjuju pritisak gasa ispod 4 bara koji se rasporeuje sekundarnom distributivnom mreom svim potroaima snage ispod 1 MW.

AUS distributivne gasne mreeTip signala Glavna merno-regulaciona stanica Ulazni pritisak Radni pritisak Izlazni pritisak Ulazna temperatura Izlazna temperatura Zatitni potencijal Zaprljanost filtra Trenutni protok Spoljna temperatura Status sigurn. ventila Ispad elektro mree Nizak napon AKU bat. Rad cirkulacione pumpe kotlarnici) Rad goripnika Poloaj ulaznih vrata Kumulativni korigovani protok Kumulativni nekorigovani protok eljena vrednost protoka Zatvaranje PP ventila Glavno razvodno vorite Radni pritisak Radna temperatura Merno-regulaciona stanica Ulazni pritisak Radni pritisak Izlazni pritisak Spoljna temperatura Izlazna temperatura Zatitni potencijal Zaprljanost filtra Trenutni protok Status sigurn. ventila Ispad elektro mree Nizak napon AKU bat.

Analogni ulazi

Digitalni ulazi

(u

Status PP ventila Ispad elektro mree Poloaj ulaznih vrata Nizak napon AKU bat.

Brojaki ulazi Analogni izlazi Digitalni izlazi

-

Kumulativni korigovani protok Kumulativni nekorigovani protok eljena vrednost protoka -

Regulatori pritiska

Ureaj za podeavanje zadate vrednosti

Pogon za upravljanje

Izvrni element Povratni vod

Regulaciona staza

xi = p

Regulacija pritiska ispred ili iza regulatora

Regulatori pritiska za gas direktnog dejstva

Regulatori pritiska za gas indirektnog dejstva