بخشی از مقاله
چکیده:
استفاده از تکنولوژی سیستم های کنترل گسترده در سکوهای نفتی نه تنها باعث کاهش هزینه ها، بلکه عملکرد و اثر بخشی بیشتری دارد و در خصوص تولید نیز با گرفتن بازخورد های پی درپی محتوای تولید نرخ تولید فشار و دمای سیالات مخزن می تواند تصمیمات آنی را در سطح چاه اعمال کند و از طرفی باعث بازدهی بیشتر مخازن نفت و گاز و افزایش عمر چاه و نیز مخزن می شود.
در این مقاله ابتدا به تعریف و اهمیت سیستم های کنترل گسترده و چاه های هوشمند و سپس به سخت افزارها و نرم افزارهای مورد نیاز جهت راه اندازی این پروژه پرداخته می شود و در نهایت نشان داده می شود که چگونه با استفاده از فناوری های هوشمند و بهینه سازی شیرهای کنترلی درون چاهی و نرم افزارهای کاربردی می توان بهره برداری از میادین نفتی را نسبت به روش های سنتی برداشت از مخازن بهبود بخشید و در نتیجه روش های کنترل سنتی سکو های نفت و و سکو های هوشمند مورد ارزیابی قرار می گیرد.
در این پروژه از سیستم DCS جهت مدیریت یک سکو و همچنین از سیستم کنترل نظارتی و فراگیری اطلاعات اسکادا که تکنولوژیی برای جمع آوری اطلاعات از یک یا چند تجهیزات خیلی دور و برای فرستادن دستورات کنترلی محدودی برای آن تجهیزات می باشد، استفاده شده است. در سیستم اسکادا، لازم نیست که اپراتور در محل های دور بماند و یا به صورت تکراری به آنجا سر بزند در مواقعی که تجهیزات آن محل بطور عادی کار می کنند.
یک سیستم اسکادا امکان ایجاد تغییرات روی کنترل کننده های فرایند دور به منظور باز و بسته کردن شیرها، نشان دادن آلارم های خطر، و جمع کردن اطلاعات اندازه گیری از یک مکان مرکزی نسبت به یک فرایند توزیع شده و وسیع مانند میدان نفت توسط اپراتور را ممکن می سازد. در نهایت سعی شده است با توجه به معایب و محاسن روش های کنترل سکوهای نفتی، بهترین روش پیشنهاد گردد.
مقدمه
با توجه به پیشرفت تکنولوژی و بکارگیری کامپیوتر و مدارهای میکروپروسسور در صنایع و بکارگیری روشهای کنترلی جدید در صنعت، بخصوص صنعت، نفت، گاز، پتروشیمی لازمه آشنایی با سیستم کنترل جدید را فرآهم می آورد. استفاده از سیستم های فوق در صنعت و سکوهای نفتی و کارخانجات خشکی جهت فراورش نفت به فراوان مشاهده می شود در صورتیکه هنوز طراحی این سیستم های توسط شرکت های خارجی صورت می گیرد.
در راستای این استفاده فراگیری و نصب و راه اندازی و نگهداری این سیستم نیز مطرح می شود با توجه به اینکه هزینه های خرید خارجی چنین سیستم هایی بسیار گران بوده و استفاده کارشناس خارجی هزینه بر می باشد. پس شناخت چنین سیستم هایی کمک شایانی به صنعت و اقتصاد کشور می نماید . تکنولوژی و سخت افزاری چنین سیستم هایی در کشورمان موجودنمی باشد اما طراحی نرم افزار آن امکان پذیر می باشد. بنابراین بر آن شدیم علاوه بر شناخت اساس کار چنین سیستم هایی به طراحی نرم افزار شبیه ساز آن بپردازیم. همچنین نرم افزار طوری طراحی شده است که می توان معادلات یک Plant واقعی را در آن قرار داده و آن را شبیه سازی نمود بنابراین وابسته به یک سیستم خاص نمی باشد و دارای عمومیت می باشد. نتایج حاصله در واقع پاسخ های سیستم می باشد که همگی قابل مشاهده هستند.
سطوح مختلف هوشمند سازی سکوهای نفتی
ظرفیت های تکنولوژی هایی که بهینه کردن به هنگام در میدان هوشمند را ممکن می کنند به سرعت افزایش و همزمان هزینه های آنها نیز کاهش یافته اند. این تکنولوژی های گوناگون شامل جنبه های مختلف اند که برای روشن شدن و ساده کردن جنبه های مختلف تکنولوژی به صورت زیر طبقه بندی شده اند:
اندازه گیری - حسگرها -
تمام اندازه گیری های مستقیم و غیر مستقیم عوامل فیزیکی مانند، فشار، دما، جریان، و... به کمک حسگرهای دائمی در سطح میدان و درون چاه ها.
سنجش از راه دور
به ابزارهایی برای ارسال داده های اندازه گیری شده به نقاط دوردست، برقراری ارتباط میان تعداد زیادی حسگر و دریافت دستورها برای اعمال اطلاق می شود. این بخش شامل واحد پایانه از راه دور، سیستم کنترل، نظارت و جمع آوری داده، ارتباطات با سیم و بی سیم و پروتکل های ارتباطی مربوط است.
نگهداری داده ها و دسترسی به آنها
دریافت، فیلتر کردن، مدیریت، ارزیابی و ارسال داده هایی که به صورت به هنگام خودکار یا دستی جمع آوری شده اند.
تحلیل
نرم افزارهای تخصصی یا عمومی برای مدلسازی، محاسبات عددی، شبیه سازی و پیش بینی سناریو های مختلف رفتار مخزن.
تصویر سازی
در این قسمت داده های چند بعدی در محیط گرافیکی نمایش داده می شوند .کاربر می تواند این محیط را هدایت و مجموعه داده های مختلف را برای نمایش انتخاب کند که می تواند نمایش ساده داده ها، اطلاعات یا دانش در سه بعد و تصویر سازی متحرک داده های تحلیل شده باشد.
کنترل خودکار
هدف این بخش نگهداشتن خودکار ارزش فرآیند در سطحیمشخص است . کنترل معمولاً با عملکرد خودکار، به هنگام و راه دور یک شیر، یک سوئیچ و یا یک موتور مرتبط صورت می گیرد و این تا حد زیادی به ثابت زمانی فرآیندها مربوط است.
یکپارچه کردن و اتوماسیون
توانایی یکپارچه و خودکار کردن فرآیند جریان برای رسیدن به عملیات بهینه.
در هر کدام از دسته بندی ها می توان سه سطح را برای تکنولوژی در نظر گرفت : سطح : 1 عملکرد واحد - دستی با سیستم گسسته - ؛ سطح : 2 عملکرد چند گانه ؛ سطح : 3 یکپارچه ؛
فلسفه سکوهای هوشمند تنها منحصر به مقوله اتوماسیون نمی شود بلکه در واقع فراهم کردن سه عنصر کلیدی است که برای عملکرد مؤثر هر سیستم هوشمند نیاز است:
داد های قابل اعتماد، مجموعه ابزارهایی که بتوانند این داده ها را به اطلاعات مفید تبدیل کنند و نیروی انسانی با مهارت های لازم و مشاوران عملیاتی، که با استفاده از این اطلاعاات تصمیماتی درست بگیرند. لازم به ذکر است، آنچه که باعث هوشمند شدن چاه یا یک سکو می شود به خودی خود تکنولوژی جدیدی نیست بلکه تمرکز بر استفاده از روش های ابتکاری و یکپارچگی تکنولوژی های موجود برای بهینه کردن بهره برداری مدیریت یک مخزن یا یک میدان است. به طور مثال، در روش های معمول بهره برداری کردن عمده فعالیت ها با انجام آزمایش های مختلف، مانند آزمایش فشار استاتیک برای ادامه تولید برنامه ریزی می شوند ؛ یعنی همه تصمیم گیری ها بر اساس داده هایی است که از مخزن گرفته می شود اما این تصمیمات به خاطر این که فرایند اخذ داده بسیار کند است ممکن است بسیار دیر اتخاذ شوند و روش بهبودی که اکنون برای مخزن ارائه می شود
شاید دیگر کارایی نداشته باشد. اساس کار چاههای هوشمند نیز شبیه روشهای مرسوم است فقط نحوه انجام آن تغییر می کند و با داده گیری به هنگام از مخزن و تلفیق تکنولوژی های مختلف می توان تصمیم به موقع و مؤثرتری گرفت. امروزه میدان هوشمند با به کارگیری ارتباطات بی سیم درون چاهی، نرم افزارهای پیشرفته مدلسازی، حسگرها کنترل کننده های از راه دور و دورسنجی، حجم عظیم داده های جمع آوری شده را انتقال می دهد.
رویکرد کنترلی چاه/مخزن و سکوهای هوشمند کنترل واکنشی - Reactive -
در این روش دستگاه ها طوری تنظیم می شوند که در صورت بروز تغییرات در شرایط چاه واکنش های لازم را نشان می دهند فرق این روش با چاهای معمولی در این است که چاه پتانسیل رویارویی با تغییرات را دارد در حالی که در چاه های عادی احتمال توقف بهره برداری و یا حفاری هم ممکن است. اصولا روش کنترل واکنشی ساده تر از کنترل پیشگیرانه است. زیرا غالبا احتیاجی به مدل مخزن ندارد.
کنترل پیشگیرانه - - Defensive -
مخزن در سطح میدان است که انتظار میرود ارزش افزوده بیشتری ایجاد کند.در مقایسه با کنترل واکنشی، کنترل پیشگیرانه به کنترل بهینه فاصله جبهه گاز یا آب از دهانه چاه در طول زمان نیاز دارد به گونه ای که کسر بیشتری از نفت درجای مخزن از محدوده قابل استحصال از چاه تولید شود. به عبارتی دیگر کنترل واکنشی از نوع سامانه کنترلی غیر مبتنی بر مدل مخزن و کنترل پیشگیرانه مبتنی بر مدل مخزن است، در این صورت، علی رغم افزایش پیچیدگی سیستم کنترل پیشگیرانه، عملکرد کنترل کننده بهبود می یابد.
