У навчальному посібнику комплексно викладено питання автоматизації технологічних процесів буріння, видобування, транспортування, зберігання, нафти, газу і нафтопродуктів. Розглядаються принципи, технологічні основи, сучасні технології, технічні засоби та системи автоматизації технологічних процесів і об'єктів нафтогазового комплексу. Навчальний посібник призначений для студентів технічних вузів нафтогазового профілю, що навчаються за спеціальністю - "Автоматизоване управління технологічними процесами". Він також може бути використаний інженерно-технічними працівниками, які займаються експлуатацією систем автоматизації технологічних процесів у нафтогазовидобувній галузі промисловості. ЗМІСТ Вступ ……………………………………………………………………………………… 6 1 Задачі автоматизації технологічних процесів на підприємствах нафтової і газової промисловості ………………………………………………………………………… 8 1.1 Зміст задач автоматизації ……………………………………………………………. 8 1.2 Системний підхід до вирішення задач автоматизації …………………………….. 10 1.3 Типова схема автоматизованого нафтогазовидобувного підприємства ………… 11 2 Автоматизація технологічних процесів буріння пошуково- розвідувальних і експлуатаційних свердловин на суходолі і шельфі ……………13 2.1 Способи буріння свердловин ………………………………………………………..13 2.1.1 Гірські породи і пластові флюїди …………………………………………………17 2.2 Задачі автоматизації буріння ……………………………………………………….. 19 2.2.1 Особливості процесу буріння як об'єкта керування ……………………………. 19 2.2.2 Способи керування процесом буріння глибоких свердловин на нафту і газ ….. 25 2.2.3 Огляд робіт в сфері формалізації процесу буріння свердловин ……………….. 34 2.3 Моделювання процесу буріння нафтових і газових свердловин ………………… 44 2.3.1 Постановка задачі моделювання …………………………………………………. 44 2.3.2 Узагальнююча математична модель процесу поглиблення свердловин ……… 45 2.3.3 Прямі і непрямі методи вимірювання зносу озброєння долота …………………49 2.3.3.1 Метод непрямого визначення зносу озброєння долота ……………………….53 2.3.3.2 Закономірності зношення озброєння шарошкових доліт …………………….. 55 2.3.3.3 Моделювання процесу поглиблення свердловин на основі аналізу розмірностей …………………………………………………………………………………… 70 2.4 Автоматизований контроль процесу буріння .………………………………………73 2.4.1 Системи наземного контролю процесу буріння нафтових і газових свердловин БУР-САК …………………………………………………………………..............73 2.4.2 Комплекс засобів наземного контролю і керування процесом буріння нафтових і газових свердловин СКУБ-М2 …………………………………………………….74 2.4.3 Аналіз системи контролю і управління процесом буріння ГЕОТЕСТ-5 .……….82 2.4.4 Сучасні інтелектуальні інструменти для забезпечення якісного буріння похило-направлених свердловин ……………..………………………………………………. 84 2.5 Автоматизоване керування технологічними процесами на бурових установка (АСК ТП) ……………………………………………………………………………. 89 2.5.1 Теоретичні основи автоматичного управління процесом буріння ………………. 89 2.5.2 Фрикційні пристрої подачі долота ………………………………………………….96 2.5.3 Гідравлічні пристрої подачі долота ……………………………………………….. 98 2.5.4 Електромашинні пристрої подачі долота …..…………………………………….. 101 2.5.5 Вибійні пристрої подачі долота .………………………………………………….. 109 2.5.6 Автоматизовані системи управління режимом буріння свердловин вибійними двигунами ………………………………………………………………………….. 113 2.5.7 Принципи оптимального автоматичного управління процесом буріння …..…... 119 3 Автоматизація процесів видобування нафти, газу і газового конденсату, промислового збору і підготовки нафти …………………………………………………… 122 3.1 Способи видобування нафти, газу і газового конденсату …………………………. 122 3.1.1 Розробка та експлуатація нафтових родовищ …………………………………….. 122 3.1.2 Основні поняття і визначення процесу видобування ……………………………..122 3.1.3 Фонтанна експлуатація свердловин …………………………………….….………123 3.1.4 Газліфтна експлуатація свердловин ………………………………………….…….125 3.1.5 Насосна експлуатація свердловин …………………………………………….……127 3.2 Моделювання процесів видобування нафти і газу …………………………….……130 3.2.1 Регулювання витрати ………………………………………………………….……130 3.2.2 Регулювання рівня ………………………………………………………….….…….133 3.2.3 Регулювання тиску ………………………………………………………….……….136 3.2.4 Регулювання температури …………………………………………………….…….137 3.2.5 Регулювання за якісними показниками ……………………………………..…..….141 3.3 Задачі автоматизації видобування нафти і газу ………………………………….…..141 3.3.1 Характерні особливості нафтовидобувних підприємств і основні принципи їх автоматизації …………………………………………………….……….….141 3.3.2 Типова технологічна схема автоматизованого нафтовидобувного підприємства …………………………………………………………………………….…….…144 3.3.3 Автоматизація нафтових свердловин …………………………………….….……..145 3.3.3.1 Автоматизація фонтанної свердловини …………………………………….……146 3.3.3.2 Автоматизація свердловини з електрозанурювальним насосом ……….………147 3.3.3.3 Автоматизація свердловини з штанговими глибинними насосами ……..……..148 3.3.3.4 Автоматизація газліфтних свердловин ………………………………….….……152 3.4 Автоматизовані групові вимірювальні установки …………………………..………153 3.4.1 Групова автоматизована вимірювальна установка "Супутник А" ………….…..153 3.4.2 Автоматизована групова вимірювальна установка "Супутник Б" ………..……..157 3.4.3 Автоматизовані сепараційні установки ……………………………………..……..161 3.4.4 Автоматизовані блочні дотискуючі насосні станції ………………………….…...165 3.4.5 Автоматизовані блочні установки підготовки нафти ……………………..………166 3.4.6 Автоматичне вимірювання маси і якості товарної нафти ………………..……….169 3.4.7 Характеристика системи підтримування пластового тиску ……………..……….172 3.4.8 Автоматизовані блочні установки для очищення стічних вод і автоматизація водозабірних свердловин ……………………………………………………………………….175 4 Автоматизація видобування і промислової підготовки газу ……………..………178 4.1 Характеристика газових і газоконденсатних промислів як об'єктів автоматизації ……………………………………………………………………………..……..178 4.2 Автоматичне управління продуктивністю промислу ……………………..………..179 4.3 Автоматичне управління процесом низькотемпературної сепарації газу …..…….184 4.4 Автоматизація процесу абсорбційного осушення газу ……………………….……192 5 Автоматизація технологічних процесів транспортування нафти ………..……..196 5.1 Способи транспортування нафти ……………………………………………………196 5.2 Схеми насосних станцій перекачувальних систем ……………………………..…..201 5.3 Автоматизація магістральних нафтопроводів ………………………………….…...205 5.3.1 Характеристика магістрального нафтопроводу як об'єкта автоматизації …..…..205 5.3.2 Автоматизація процесів перекачування нафти ………………………………..…..209 5.3.3 Автоматичний захист нафтопроводів від перевантажень ………………………..216 6 Автоматизація технологічний процесів транспортування природного газу ….221 6.1 Способи транспортування природного газу ………………………………………...221 6.2 Структура газотранспортної системи України ……………………………………...222 6.3 Режими функціонування газотранспортної системи ……………………………….226 6.4 Математичні моделі елементів газотранспортної системи як об'єктів керування ……………………………………………………………………………………..….231 6.5 Автоматизоване керування газотранспортною системою ……………………….…237 6.5.1 Вибір вихідної інформації для побудови моделей ………………………………..238 6.5.2 Оптимальне планування режимів роботи газотранспортних систем в умовах багатокритеріальності ………………………………………………….241 6.5.3 Розробка системи оперативного керування режимами роботи газопроводу …………………………………………………………………………..…….242 6.6 Зберігання газу …………………………………………………………………………247 6.6.1 Основні елементи, які характеризують підземні сховища, та вимоги до них як до об'єктів автоматизації ………………………………..……………….……….247 6.6.2 Загальні та спеціальні вимоги до свердловин підземного сховища газу ………...248 6.6.3 Система розміщення свердловин на структурі ……………………………………250 6.6.4 Режим роботи газових покладів під час експлуатації підземних сховищ газу ….250 6.6.5 Особливості розрахунку технологічних параметрів циклічної експлуатації підземних сховищ газу………………………………………………………………….………251 7 Автоматизація об'єктів зберігання нафти і нафтопродуктів …………………….255 7.1 Класифікація нафтобаз ………………………………………………………………..255 7.2 Технологічні схеми резервуарних парків як об'єктів контролю …………………..256 7.3 Контроль і вимірювання рівня рідини в резервуарах …………………………..…..260 7.3.1 Об'ємно-ваговий метод визначення кількості рідини у резервуарі ……………..260 7.3.2 Ультразвукові вимірювальні пристрої …………………………………….……….266 7.3.3 Радіоізотопні вимірювальні пристрої …………………………………….……..…269 7.3.4 Ємнісні вимірювальні пристрої ………………………………………………....….271 7.3.5 Тензометричні прилади для вимірювання кількості рідини ……………….….…272 7.3.6 Гравіметричний метод вимірювання ………………………………………………273 7.3.7 П'єзометричний метод вимірювання кількості рідини …………………….…….273 7.4 Обліково-розрахункові операції в резервуарних парках ………………………..….274 7.4.1 Система "Ранок-2" …………………………………………………………………. 275 7.4.2 Система "КОР-ВОЛ"……………………………………………………………….. 280 7.4.3 Вимірювально-інформаційний комплекс "КВАНТ" ………………………….…..284 7.4.4 Комплекс телемеханіки ТМ-700 …………………………………………………...284 7.5 Система управління резервуарними парками переробки і зберігання нафтопродуктів …………………………………………………………………………..….…..286 7.5.1 Характеристика об'єкта автоматизації ……………………………………………..286 7.5.2 Система обліку нафтопродуктів у резервуарному парку …………………….…..287 7.5.3 Система аварійної сигналізації ……………………………………………….……289 7.5.4 Система керування технологічними процесами ПСТ-2 …………………….……289 7.5.4.1 Структура системи ………………………………………………………….…….290 7.5.4.2 Програмне забезпечення системи ……………………………………….….……293 7.5.4.3 Функціонування системи ………………………………………………….….…..293 Перелік використаних джерел ……………………………………………….….…..…295 Додатки …………………………………………………………………………….…...…301