У навчальному посібнику викладений матеріал систем моніторингу за об'єктами буріння свердловин; видобування і підготовки нафти, газу і газового конденсату; транспортування, зберігання і розподілу нафти і газу та екологічного моніторингу цих об'єктів. Враховуючи складність створення єдиної системи моніторингу за цими об'єктами нафтогазової галузі, у посібнику подані результати її декомпозиції на ряд задач меншої розмірності і наведені математичні моделі для них. Запропоновані моделі для прийняття рішень стосовно організації моніторингу за різними методами з врахуванням вимог нових стандартів та нормативно технічних документів. Приведені приклади реалізації автоматизованих систем моніторингу об'єктів нафтогазової галузі. ЗМІСТ Стор. ВСТУП 13 1 СИСТЕМНИЙ ПІДХІД ДО РІШЕННЯ ЗАДАЧ АВТОМАТИЗАЦІЇ І МОНІТОРИНГУ 19 2 МЕТОДИ ІДЕНТИФІКАЦІЇ МАТЕМАТИЧ- НИХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ДЛЯ СИСТЕМ МОНІТОРИНГУ ТА АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ 30 2.1 Методи ідентифікації динамічних моделей 31 2.2 Визначення динамічних характеристик об'єкта за кривою розгону 32 2.3 Визначення динамічних характеристик об'єкта статистичними методами 33 2.4 Визначення динамічних характеристик об'єкта аналітичними методами 46 2.5 Нечітке моделювання динамічних нелінійних процесів 47 2.6 Застосування штучних нейронних мереж 53 3 СТАЦІОНАРНІ ВИПАДКОВІ ПРОЦЕСИ. ЕРГОДИЧНА ГІПОТЕЗА 58 3.1 Стаціонарні випадкові процеси 58 3.2 Ергодичні випадкові процеси 61 3.3 Спектральна густина ергодичного випадкового процесу 65 3.4 Властивості кореляційних функцій і спектральних густин ергодичних випадкових процесів 68 3.5 Статистичні характеристики білого шуму 73 3.6 Експериментальне визначення кореляційних функцій, спектральних густин і дисперсій випадкових процесів 73 3.7 Приклади розрахунків 79 4 ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ МАТЕМАТИЧ-НИХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ БУРІННЯ НАФТОВИХ І ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИН 100 4.1 Порівняльний аналіз різних способів буріння нафтових і газових свердловин 100 4.2 Відомості про сучасні бурові установки 117 4.3 Аналіз нових типів бурових доліт 123 4.4 Аналіз сучасного стану робіт в області моделювання технологічного процесу буріння нафтових і газових свердловин 127 4.5 Аналіз залежності механічної швидкості буріння від глибини свердловини 133 4.6 Аналіз впливу осьової сили на долото і глибини буріння на механічну швидкість буріння 136 4.7 Аналіз математичних моделей технологічного процесу буріння свердловини 138 5 АНАЛІЗ МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ БУРОВИХ ДОЛІТ І КОЛОНИ БУРИЛЬНИХ ТРУБ 153 5.1 Механічні характеристики бурових доліт 153 5.2 Математична модель бурового долота як ланки системи автоматичного керування 159 5.3 Динамічні властивості колони бурильних труб і привідного двигуна 167 5.4 Аналіз статичної характеристики колони бурильних труб 177 5.5 Аналіз зв'язків осьової сили на долото зі швидкістю його обертання. Характеристика існуючих гіпотез, взаємозв'язків 179 5.6 Встановлення звязків швидкості обертання долота з осьовою силою, прикладеною до долота 182 5.7 Сумісні механічні характеристики приводу роторного стола бурової установки 210 5.8 Математична модель питомих витрат енергії 212 6 МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ ДЛЯ ON-LINE- МОНІТОРИНГУ ПРОЦЕСУ БУРІННЯ НАФТОВИХ І ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИН РОТОРНИМ СПОСОБОМ 228 6.1 Математична модель процесу поглиблення свердловин 228 6.2 Автоматизація задачі виявлення меж пластів в процесі буріння свердловин 236 6.3 Нечітка логіка в системі моніторингу та автоматичного управління технологічним процесом буріння нафтових і газових свердловин 239 6.4 Комбінована модель спостереження за собівартістю метра проходки свердловини на нафту і газ 246 6.5 Дизель 256 6.6 Ресивер 262 7 ОСНОВИ МОНІТОРИНГУ ТЕХНОЛОГІЧ НИХ ОБ'ЄКТІВ ВИДОБУТКУ НАФТИ І ГАЗУ, ПІДГОТОВКИ ТА ПРОМИСЛОВОГО ТРАНС- ПОРТУ 269 7.1 Технологічна схема видобутку, збору, транспорту і підготовки нафти і попутного газу 269 7.1.1 Склад об'єктів видобутку і підготовки нафти і об'єми їх автоматизації 269 7.1.2 Склад об'єктів видобутку і підготовки газу та об'єми їх автоматизації 274 7.1.3 Об'єкти транспорту газу 279 7.2 Дослідження статистичних характеристик об'єктів видобутку 284 7.3 Апаратура і методика дослідження динамічних характеристик об'єктів 289 7.4 Дослідження динамічних характеристик нафтових свердловин 294 7.5 Визначення частоти дискретного опитування вимірювальної інформації 307 7.6 Аналіз впливу інформаційних характеристик об'єктів на алгоритм функціонування ІВС 312 7.7 Функціональні особливості ІВС для об'єктів нафтовидобутку 316 7.8 Класифікація систем контролю 320 7.9 Алгоритм функціонування ІВС ТП, адаптивної до джерела інформації і структури системи передачі даних 324 7.10 Локальні інформаційно-вимірювальні системи для розосереджених об'єктів 326 7.11 Локальні ІВС для зосереджених об'єктів з проміжною обробкою результатів вимірювань 334 7.12 Адаптивна ІВС масового обслуговування об'єктів нафтовидобутку 336 7.13 Система інформаційного забезпечення оперативного управління 342 7.14 Організація масивів інформації для вирішення завдань АСУ 346 7.15 Організація системи передачі даних НГВУ- КІОЦ 353 7.16 Узагальнена структура ієрархічної АСУ ТП видобутку, підготовки і транспортування нафти і газу (SCADA) 356 7.17 Приклади інтегрованих АСУ ТП з розширеними функціями моніторингу 359 7.17.1 Автоматизація та моніторинг установки комплексної підготовки газу 359 7.17.2 Автоматизація та моніторинг газо- розподільних станцій 363 7.17.3 Узагальнена структура ієрархічної АСК ТП транспорту нафти магістральними нафтопроводами 366 7.17.4 Узагальнена структура АСК ТП НПС 370 8 ОСНОВИ МОНІТОРИНГУ ТРУБОПРОВІДНОГО ТРАНСПОРТУ ГАЗУ І НАФТИ 375 8.1 Модель неусталених режимів газотранспортної системи 375 8.2 Нелінійна математична модель магістрального газопроводу при нестаціонарному режимі роботи 383 8.3 Математична модель при стаціонарному режимі роботи 386 8.4 Математичні моделі елементів магістрального газопроводу 386 8.5 Елементи магістрального газопроводу 389 8.6 Типові підсистеми магістрального газопроводу 400 8.7 Розрахунок газопровідних систем з використанням методу структурного підходу. 404 9 АНАЛІТИЧНІ МЕТОДИ МАТЕМАТИЧНОГО ОПИСУ ОБ'ЄКТІВ 421 9.1 Моделі хімічних процесів 421 9.2 Моделі гідродинамічних процесів 424 9.3 Моделі процесів тепло переносу 426 9.4 Моделі процесів масо передачі 428 9.5 Методика отримання математичного опису об'єктів 430 9.6 Математичний опис основних процесів нафтопереробки і нафтохімії 434 9.6.1 Математичний опис теплообмінного процесу 434 9.6.2 Математичний опис процесу ректифікації. 437 9.6.3 Математичний опис нафтохімічного процесу 447 10 ГЕОІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ В НАФТОГАЗОВИДОБУВНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ 453 10.1 Основні складові геоінформаційної системи 454 10.2 Мета і задачі географічної інформаційної системи в нафтогазовидобувній промисловості 457 10.3 Опис процесу створення інформаційного банку на прикладі нафтогазовидобувного управління 461 10.4 Проектування 463 10.5 Інформаційна підсистема транспорту вуглеводнів 466 10.6 Інформаційна підсистема розробки родовищ і видобутку 474 11 МОНІТОРИНГ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ЗБЕРІГАННЯ ТА РОЗПОДІЛУ НАФТИ І НАФТОПРОДУКТІВ 492 11.1 3 історії розвитку технологій зберігання та розподілу нафти і нафтопродуктів 492 11.2 Фізико-хімічні і технічні властивості нафти і нафтопродуктів, що впливають на технологію їх зберігання і розподілу. Методи і прилади їх розподілу 503 11.2.1 Природа нафти та нафтопродуктів 504 11.2.2 Фізико-хімічні і технічні властивості нафти та нафтопродуктів 506 11.3 Технологія зберігання нафти і нафтопродуктів 546 11.3.1 Призначення і класифікація складів нафти і нафтопродуктів 546 11.3.2 Резервуарні парки СНН 554 11.3.2.1 Розміщення резервуарів у резервуарному парку 555 11.3.3 Морські СНН і термінали 558 11.3.4 Підводне зберігання нафти і нафтопродукт- тів 558 11.3.5 Підземне зберігання нафти і нафтопродуктів 563 11.3.6 Резервуарні парки водних СНН 566 11.3.7 Резервуарні парки перевальних і розподільних СНН 566 11.3.8 Зберігання нафтопродуктів в тарі 568 11.4 Резервуари для зберігання нафти і нафто- продуктів 570 11.4.1 Класифікація і характеристика резервуарів 570 11.4.2 Металеві резервуари 571 11.4.2.1 Особливості розміщення та експлуатації резервуарів 571 11.4.3 Резервуари вертикальні сталеві 575 11.4.4 Сферичні резервуари 577 11.4.6 Резервуари горизонтальні сталеві 579 11.4.7 Краплеподібні резервуари 581 11.4.8 Залізобетонні резервуари 582 11.4.9 Траншейні резервуари 584 11.4.10 Підземні сховища нафтопродуктів 585 11.4.11 Резервуари з синтетичних матеріалів 587 11.4.12 Прилади контролю і сигналізації для моніторингу об'єктів зберігання нафти 590 11.5 Технологія розподілу нафти і нафто- продуктів 592 11.5.1 Відомості про залізничний транспорт нафти і нафтопродуктів 694 11.5.2 Залізничні зливо-наливні операції 600 11.5.3 Відомості про автомобільний транспорт нафти і нафтопродуктів 600 11.5.3.1 Відпуск нафти і нафтопродуктів з автомобільних естакад 602 11.5.3.2 Системи наливу в автомобільні цистерни 602 11.5.4 Відомості про водний транспорт нафти і нафтопродуктів 610 11.5.4.1 Зливо-наливні операції з нафтоналивними судами 613 11.5.5 Відпуск нафтопродуктів через автозаправні станції 614 11.5.5.1 Система контролю, автоматизації і моніторингу 1 автозаправного комплексу 622 11.6 Облік нафти і нафтопродуктів при прийманні, зберіганні і розподілі 624 11.6.1 Облік при прийманні нафти і нафто- продуктів 625 11.6.1.1 Приймання нафти і нафтопродуктів, що надійшли залізничним транспортом 625 11.6.1.2 Приймання нафтопродуктів, що надійшли автомобільним транспортом 627 11.6.1.3 Приймання нафти і нафтопродуктів, які надійшли водним транспортом 627 11.6.2 Відбір проб нафти і нафтопродуктів . 628 11.6.3 Проведення вимірювань при об'ємному та масовому методах обліку нафти і нафтопродуктів 631 11.6.4 Об'ємний метод обліку нафти і нафто- продуктів 639 11.6.5 Масовий метод обліку нафтопродуктів 642 11.6.6 Облік при зберіганні нафти й нафтопродуктів 643 11.6.7 Облік при розподілі нафти і нафтопродуктів 666 11.6.7.1 Відвантаження нафти і нафтопродуктів залізничним транспортом 666 11.6.7.2 Відвантаження нафтопродуктів автомобільним транспортом 667 11.6.7.3 Відпуск нафтопродуктів споживачам у дрібну тару 667 11.6.7.4 Відвантаження нафти і нафтопродуктів водним транспортом 674 11.6.8 Лабораторії 675 12 ІНТЕГРОВАНІ АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ ЕКОЛОГІЧНОГО МОНІТОРИНГУ ОБ'ЄКТІВ ЗБЕРІГАННЯ І РОЗПОДІЛУ НАФТИ І НАФТОПРОДУКТІВ 681 12.1 Охорона навколишнього середовища в процесі зберігання і розподілу нафти і нафтопродуктів 681 12.1.1 Вплив нафти і нафтопродуктів на навколишнє середовище та контроль і моніторинг наявності шкідливих речовин 687 12.1.2 Вплив експлуатаційної надійності резервуарів на екологічну ситуацію прилеглих регіонів 695 12.1.3 Способи скорочення втрат нафти і нафтопродуктів при їх зберіганні 701 12.1.4 Збір і очищення стічних вод на СНН 715 12.1.5 Технологія захисту від корозії резервуарів з нафтою та нафтопродуктами 720 12.1.6 Заходи забезпечення охорони акваторій при транспорті і зберіганні нафти та нафтопродуктів 724 12.1.7 Боротьба з розрядами статичної електрики при зливо-наливних операціях 732 12.1.8 Забезпечення технічної та екологічної надійності зберігання нафти і нафтопродуктів у сталевих резервуарах 735 12.2 Інтегровані автоматизовані системи екологічного моніторингу 743 12.2.1 Автоматизована система моніторингу стану атмосферного повітря 744 12.2.1.1 Архітектура системи 745 12.2.1.2 Автоматичні станції моніторингу атмосферного повітря 746 12.2.1.3 Програмне забезпечення станції моніторингу 749 12.2.1.4 Інформаційні технології центру моніто- рингу 750 12.2.2 Автоматизована система моніторингу та керування очищенням стічних вод 754 12.2.2.1 Об'єкт автоматизації та моніторингу. 755 12.2.2.2 Призначення і функції системи 756 12.2.2.3 Архітектура системи і реалізація її компонентів 758 12.2.2.4 Функціонування системи 761 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 769 ДОДАТКИ. 784