ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ МОДЕЛЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ

Abstract

Ссылка для цитирования: Фарунцев  С.Д. Опыт применения методов математического моделирования для построения комплексных моделей управления объектами промысловой подготовки нефти  // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2021. – Т. 332. – № 12. – С. 7-21. Актуальность исследования обусловлена существенно возросшими требованиями, предъявляемыми к системам управления наземными объектами нефтегазовых месторождений. Системы управления и регулирования должны обеспечивать безопасное ведение процессов при поддержании заданного качества товарной нефти в условиях действия интенсивного фона возмущений, способность длительного автономного функционирования при минимальном воздействии со стороны оперативного персонала, минимизацию рисков отрицательного воздействия производственных факторов на окружающую среду и др. Обязательным условием выполнения перечисленных требований и способом повышения уровня интеллектуализации систем управления объектов подготовки нефти и газа является разработка систем усовершенствованного управления с применением методов математического моделирования, теории автоматического управления и информационных технологий. Цель: разработка комплексной математической модели для построения системы интеллектуального управления процессами, протекающими в одном из основных аппаратов установки подготовки нефти – трехфазном сепараторе. Объектом исследования является трехфазный сепаратор, включающий секции дегазирования, обезвоживания и выгрузки нефтяной эмульсии. Методы: методика Каца расчета компонентного состава газовой и жидкостной фаз разделяющейся эмульсии нефти, материальный и молярный балансы, методы численного решения систем нелинейных уравнений, конфигурирование и обучение искусственных нейронных сетей MATLAB (NFTool, NNTool), принципы ячеечного моделирования, блочное моделирование программными средствами MATLAB Simulink. Результаты. Разработана комплексная математическая модель управления, описывающая статику и динамику процессов, протекающих в каждой секции трехфазного сепаратора. Для целей идентификации реального процесса обезвоживания эмульсии предложена функция интенсивности, являющаяся аналогом лабораторной кривой отстаивания. Структура ячеечной модели сепаратора параметрически связана с функцией интенсивности. Для решения в едином цикле общей задачи динамики, включающей несколько систем нелинейных уравнений, из цикла исключены локальные итерационные процедуры. Добавлены блоки искусственных нейронных сетей, обученных безитерационному решению локальных нелинейных систем. Произведена конфигурация модели программными средствами MATLAB Simulink. Получено решение, проиллюстрированное графиками статических зависимостей и переходных характеристик трехфазного сепаратора по его основным входным параметрам. Вывод. Полученные итоги математического моделирования трехфазного сепаратора, так же как и ранее опубликованные автором результаты моделирования подогревателя эмульсии нефти, позволяют рассматривать разработанные модели в качестве основы для построения усовершенствованной системы управления объектами установки подготовки нефти в составе интеллектуального нефтегазового месторождения.