М2М в нефтегазе: телематика при добыче и транспортировке нефти и газа

Нефтегазовая отрасль для России является одной из основных сфер развития экономики и обеспечивает стабильность страны. Нефтепродукты – важнейший компонент не только транспортной отрасли, но и многих других производств. Из природного газа изготавливают полимеры, он используется в производстве медикаментов и даже детских игрушек, поэтому нефтегазовая промышленность связана со многими другими отраслями производства и экономики. И даже несмотря на то, что в последние годы Россия «слезает с нефтегазовой иглы» (доля нефтегазовых доходов в бюджете государства снизилась с 51% в 1 квартале 2014 года до 34% в 1 квартале 2016 года по данным Sberbank Investment Research), по сообщению замглавы Минэнерго Кирилла Молодцова, добыча нефти с начала текущего года и до 15 ноября увеличилась на 2,3% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года и составила 454,116 млн тонн. Крупнейшими игроками на рынке углеводородов России являются «Газпром», «НОВАТЭК», «ЛУКойл», «Роснефть», «Сургутнефтегаз», «Транснефть», «Газпром Нефть» «Татнефть, «Башнефть» и другие. Компании «Газпром», «Роснефть» и «ЛУКойл» вошли в десятку крупнейших нефтегазовых компаний мира, опубликованном в журнале «Forbes» в этом году. Крупнейший регион России, в котором сосредоточена добыча углеводородов – это Западная Сибирь (здесь добывается 60% нефти и 87,3% газа от общего объема добычи в стране). В других регионах добыча углеводородов распределяется таким образом: Поволжье и Урал (22% нефти и 3,5% газа), Восточная Сибирь и Якутия (12% нефти и 2,8% газа), Дальний Восток (4,3% добычи газа), северные территории (5% нефтяных месторождений) и Северный Кавказ (1% добычи нефти и 2,1% добычи природного газа).

Транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов происходит через магистральные трубопроводы. Сеть трубопроводов в России тянется примерно на 260 тысяч км (на 2014 г.) По протяженности она занимает второе место в мире, уступая лишь Соединенным Штатам. Трубопроводы доставляют углеводороды на нефте- и газоперерабатывающие заводы (ГПЗ и НПЗ). Большинство НПЗ находятся в европейской части России рядом с речными портами, так как трубопроводы для нефтепродуктов обходятся гораздо дороже, чем трубопроводы для сырой нефти, а транспортировка нефтепродуктов водными путями является самой дешевой.

Для улучшения эффективности и экономической рентабельности добычи и транспортировки углеводородов используется телематика.

Прежде всего, телематика применяется для управления и контроля за буровыми установками, для обслуживания скважин и трубопроводов. А поскольку месторождения обычно находятся в труднодоступных и удаленных районах, беспроводная связь остается единственным решением для передачи М2М-данных и обеспечения процесса управления добычей газа и нефти.

Рассмотрим один из вариантов применения телематики на малодебитных скважинах, объем добычи нефти на которых не превышает 10 баррелей в сутки. Автоматизация таких скважин позволяет снизить расходы по их обслуживанию и, соответственно, увеличить экономическую выгоду. Интеллектуальная система, построенная на основе технологии SALT (Sensor less Artificial Lift Technology), разработанной в США, может управлять скважиной без непосредственного участия человека и самостоятельно выбирать режим работы скважин, то есть она способна заменить работу целой бригады на объекте. Система совершает вычисления значения нагрузки на валу электродвигателя, которое соответствует 100% заполняемости насоса, а и на основании этих данных устанавливает скорость его работы, выравнивает объем жидкости с притоком, поддерживая минимальный динамический уровень. Специальный промышленный роутер считывает данные с преобразователя частоты, который управляет насосом, и обрабатывает информацию в соответствии с заложенными алгоритмами. Затем эти данные поступают в диспетчерский пункт, откуда осуществляется мониторинг, управление и настройка работы скважины. Роутер выполняет роль центрального узла системы и устанавливается в шкаф автоматизации. К преобразователю частоты роутер подключается по интерфейсу RS-485, а в диспетчерский центр данные передаются по беспроводному соединению (GPRS/ GSM). Необходимые условия для работы системы – это подключение к шкафу автоматизации источника питания (380В), кабеля от электродвигателя насоса и одного дискретного датчика. Остальные датчики расположены на клеммной коробке на боковой стенке. Параметры электродвигателя первоначально заносятся с панели управления, а состояние системы отображается на дисплее. Для более детальной настройки может потребоваться настройка с ноутбука с использованием бесплатного ПО.

Дистанционное управление и мониторинг механизированной добычи нефти. Источник: euromobile.ru/m2m-resheniya/distantsionnoe-upravlenie-i-monitoring-mehanizirovannoj-dobychi-nefti-na-baze-routerov-robustel

На более крупных объектах требуются системы контроля многих технологических процессов и параметров: нагрузка на буровой инструмент, нагрузка на крюке подъемной установки, крутящий момент на роторе и др. Параметры датчиков постоянно сохраняются в памяти промышленных интеллектуальных контроллеров, а затем с определенной периодичностью по беспроводному соединению передаются в диспетчерский центр. Крупные нефтедобывающие комплексы кроме локальных контроллеров могут содержать еще концентраторы, которые осуществляют сбор данных с контроллеров, а затем уже передают информацию в диспетчерский центр. Здесь данные обрабатываются специальными программами, визуализируются на графиках и таблицах, затем формируются отчеты, производится онлайн-мониторинг и т.д. В диспетчерском центре располагается сервер базы данных. Беспроводная передача происходит с помощью GSM или радиомодемов, которые подключаются к контроллерам. Подобные модемы используются также в системах мониторинга транспортных систем и распределительных сетей в нефтегазовой отрасли, могут осуществлять сбор данных с контрольно-измерительных приборов, датчиков, охранных систем и пожарной сигнализации. Важным компонентом программного обеспечения нефтедобывающих комплексов является SCADA – программно-аппаратный комплекс сбора данных и диспетчерского контроля. SCADA помогает решить задачи оперативного управления, отображения хода технологических операций, взаимодействия между диспетчером и системой управления, а также взаимодействия с внешним миром (интеграция с бизнес-приложениями).

Транспортировка нефти и газа тоже не обходится без телематики, которая входит в состав систем измерения количества и качества продукта, систем телемеханики трубопроводного транспорта, систем управления режимом работы трубопровода, систем пожаротушения и пожарной сигнализации и т.д. Простыми словами систему телемеханики можно описать так. Транспортировка нефти – это перекачка продукта из одной емкости в другую. Происходит она за счет размещения в нефтепроводе задвижек и насосов. Одни задвижки перекрывают трубопровод в случае аварии, другие регулируют напор потока. Насосы, наоборот, увеличивают давление жидкости. Давление – параметр, который постоянно отслеживается по всей длине трубопровода с помощью датчиков. Показания датчиков поступают в автоматизированную систему, которая производит расчеты допустимых значений и сравнивает с ними текущие значения. В случае превышения допустимых значений, АСУ оповещает об этом оператора насосной станции и выдает рекомендации по регулированию работы трубопровода. Все изменения параметров, нештатные и аварийные ситуации автоматически фиксируются в журнале событий.

Внедрение надежных М2М-техологий – это гарантированное сокращение операционных расходов и  повышение конкурентоспособности предприятия. Чем быстрее уменьшаются запасы нефти и газа, тем качественнее и эффективнее становится процесс их добычи. Компании ищут новые методы оптимизации. Так, в рамках Петербургского международного экономического форума, который проходил в июне 2016 года, компании «Газпром нефть» и IBM подписали меморандум о взаимодействии в области применения информационных технологий для разведки и добычи нефти. Компании намерены оптимизировать процессы нефтедобычи с использованием технологий когнитивного анализа данных, машинного обучения, высокопроизводительных вычислений для увеличения коэффициента извлечения нефти и снижения затрат.