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

Objekti automatizacije

Buotina sa buotinskim vodomKolektorski sistemSeparatoriSistem dehidracijeRezervoarski sistemNaftovod/gasovod sa pumpnom/kompresorskom stanicom Sistem za grejanje

Tehnoloke eme sabiranja i pripreme buotinskih fluida

1-Proizvodna buotina; 2-Buotina za utiskivanje vode; 3-Dozator deemulgatora;4-Separator; 5-Linija gasa; 6-Linija izdrenirane vode; 7-Ureaj za izdvajanje slobodnevode; 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; 16-Dodavanje aditiva za utiskivanje; 17-Cevovod za utiskivanje vode u sloj.

Nafta sa malim sadrajem vode

Nafta sa visokim sadrajem 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

Voenje 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 automatizacije

Postizanje 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 gasliftom

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 fluidaPovremeni gaslift - proces istiskivanja

Leite

Tubing

Kezing

Gaslift

ventil

Ulazgasa

Izlaznafte

Proizvodna dizna

Utisniventil

Eksploatacija gasliftom

Regulator pritiska za baklju Regulator pritiska u separatoru

Naftovod

Spremnik nafte

Buotina

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

ZATVARA

SEDITE

Regulator pritiska Gaslift ventil

Eksploatacija gasliftom

4 5

p t =

xi

p=xi

6

1

2

4

5

6

1

1

2

3

5

pt = xi

1

1pt = 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=xi

pk 1 2 4

3

3 41 pt = xi 2

Gaslift ventil koji reaguje na pritisak u tubingu

Eksploatacija gasliftom

Veliine koje se prate u akvizicionom sistemu:pritisak na tubingu buotinepritisak u meuprostorutemperatura na glavi uzlaznih cevikoliina gasa koji se utiskuje u buotinukoliina gasa koji se dobija iz buotinepritisak utisnutog gasa kod buotineproizvodnja nafte (i proizvodnja vode)usisni pritisak kompresorapotisni pritisak kompresoraulazne i izlazne temperature gasa iz kompresorapotronja elektroenergije kompresora

Mogua pojava pulsacije, nestabilan rad

eljena vrednost (Setpoint)

pritiska Ulaz gasa

Izlaz nafte

Tubing

Kezing

Anular

Proizvodna dizna

Gasliftventil

Utisni ventil

Leite

Eksploatacija sistemom dubinskog pumpanja

Transformacijom 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 kaaljkomDubinske 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 pumpanja

Veliine koje se mere i prikupljaju u procesu su:

optereenje glatke ipkehod glatke ipkepritisak 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 programu

Signal sa motora

Pumpa Nivo fluida

Leite

Izvo

r ak.

sign

ala Pritisak u

kezingu Mikrofon

Signal opter. i ubrzanj.

Senzor optereenja glatke ipke

Kaaljka

Transmiterpritiska

P&ID dijagram buotinskog voda jedne gasne buotine

PI 01 TI 01

TIT01D

XC1

TIR01D

PCV01C PI

02TI02

FE 01 TE01

TIT01E

PIT01C

UT 01

DPI01

PI 01 TI01

FIQ 01

XC 1

FIR 01

M

DS

DS

DS

DS

DS

XC1

TIR01E

XC1

DS

TIR01

PIR01C

Gasne buotine

Regulacioni ventil

Elektromotorni aktuator

Pozicioner

Buotinski vod

D

xi = T

12

3

FIC

101

TIC

101

YIC101

TY

101FT

101

TT

101

SP-F

SP-T

Pritisak na poetku, 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 slue za prikupljanje fluida (nafta, voda i gas) dobijenog iz buotina

SeparacijaMerenja proizvodnje pojedinanih buotina i zbirnoProcesi zagrevanja fluidaPprocesi dehidracije nafte i gasaProcesi skladitenja i otpreme nafte i gasaPriprema i odlaganje slojne vode

Integralni akviziciono-upravljaki sistem - SCADAAkvizicija 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.

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 vrste faze

Separatori

Separatori

Procesni sudovi koji ostvaruju razdvajanje nafte i gasa (dvofazniseparatori), 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 separatoruprotok tenog fluida kroz zbirni i merni separatorsadraj 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 tenosti 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 meupovrine

Regulacija sa komorom za naftu

Regulacija sa odvojenim stubom vode

Separatori

- izgradnja izolacionih sistema u separatoru

- mogu se izbei problemi sa provodljivou fluidaSenzori induktivnosti

- provodljivost fluida stvara probleme

- razliiti nivoi dodira se mogu detektovati

Kapacitivni senzori sa vie elektroda

- prisustvo radioaktivnog zraenja- mogue merenje vertikalne raspodele fluidaSenzor gama zraenja

- ima problema sa detektovanjem emulzije

- prisustvo mehuria u tenosti slabi ultrazvune talase

- moe se koristiti za kontinualna i diskretna merenja

- lako se montira na postojeim ili novim separatorima

- nema potrebe za kalibracijom

Ultrazvuni senzor

- ne detektuje emulziju- moguezaepljenje cevi - neophodna termika izolacija

- koristi razliitu gustinu fluida u proraunu

Senzor diferencijalnog hidrost. pririska

- ne detektuje emulziju- jednostavna primenaPlovak

NedostaciPrednostiSenzor za merenja nivoa

Separatori

Merenje proizvodnje

Redosled 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 dehidraciju

LCV

LSL

FSV

LCVPSV

LC

FSV

PSV

PCV

LC

LC

TC

TI

LSHTSE PSHL

TSH

Ulaz fluida na tretman

Osiguradimnjaka

DimnjakIzlaz

BDV

PI

PCV

PCV

PI

Pilot

FSVLCV

LSLTSH Osiguraplamena TSE

TCV

SDV

PSH

BSLIzlaz nafte

Izlaz vode

Gorivo

Izlaz gasa

Akviziciono-upravljaki sistemitipine 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 veliinama:

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 sistemitipine sabirno-merne stanice

Upravljake 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 igasovoda 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 gasa

Telemetrijski 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 obrnuto

Sl. VII 5.1.

Transport nafte i prirodnog gasa

U dispeerskom centru se formira raunarski model, koji simulira ponaanja cevovodnog sistema.

Sl. VII 5.2.

Dispeerska radna stanica

Akviziciono-upravljaka stanica

Mrea udaljenih telemetrijskih stanica

2xModem

TerminalKa Dispeerskim centrima istog ili vieg hijerarhiskog nivoa

AUS za upravljanje radom pumpne stanice na magistralnom naftovodu

Prema Glavnomdispeerskom centruDispeerski centar

Prema RTU

Merni rezer. i naf/vod monit.

tampaizvetaja i alarma

Ulazni naftovod

Reze-rvoari

Pomonepumpe

Glavne pumpe

Ulazni naftovod

Meraprotoka

Regul.ventil

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 regulacija

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

SISTEMI DISTRIBUCIJE PRIRODNOG GASA

Telemetrijski sisteme zasnovane na SCADA-i iji je osnovni zadatak praenje i nadzor rada sistemaUreaji lokalne automatike kojima se obezbeuju eljene vrednosti pritiska i protoka u sistemu.

SISTEMI DISTRIBUCIJE PRIRODNOG GASA

Sa 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 mree

--Zatvaranje PP ventilaDigitalni izlazi

eljena vrednost protoka-eljena vrednost protokaAnalogni izlazi

Kumulativni korigovani protokKumulativni nekorigovani protok-

Kumulativni korigovani protokKumulativni nekorigovani protokBrojaki ulazi

Status sigurn. ventilaIspad elektro mreeNizak napon AKU bat.

Status PP ventilaIspad elektro mreePoloaj ulaznih vrataNizak napon AKU bat.

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

kotlarnici)Rad goripnikaPoloaj ulaznih vrata

Digitalni ulazi

Ulazni pritisakRadni pritisakIzlazni pritisakSpoljna temperaturaIzlazna temperaturaZatitni potencijalZaprljanost filtraTrenutni protok

Radni pritisakRadna temperatura

Ulazni pritisakRadni pritisakIzlazni pritisakUlazna temperaturaIzlazna temperaturaZatitni potencijalZaprljanost filtraTrenutni protokSpoljna temperatura

Analogni ulazi

Merno-regulaciona stanicaGlavno razvodno voriteGlavna merno-regulaciona stanicaTip signala

Regulatori pritiska

Regulaciona staza

Pogon za upravljanje

Ureaj za podeavanje

zadate vrednostiIzvrni

elementxi = p

Povratni vod

Regulacija pritiska ispred ili iza regulatora

Regulatori pritiska za gas direktnog dejstva

Regulatori pritiska za gas indirektnog dejstva