Матрица критических состояний телемеханизированных нефтепромысловых объектов

Матрица критических состояний телемеханизированных нефтепромысловых объектов предназначена для автоматизированного анализа и, на основе агрегирования и обработки потоков данных с систем телеметрии, синтеза систематизированной информации пригодной для решения задач регулирования технологических процессов, сопровождающих разработку нефтегазовых площадей, а также оперативного контроля и предупреждения возникновения предаварийных и аварийных ситуаций на объектах нефтедобычи. Система состоит из блоков-подсистем, позволяющих на основе оперативных и накопленных данных с систем телеметрии, вести непрерывный контроль технологических процессов на вовлеченной в наблюдение нефтепромысловой площади, получать автоматически генерируемые сообщения о критическом состоянии функционирования объектов и подсистем, формировать сводные эксплуатационные отчеты.

Матрица критических состояний телемеханизированных нефтепромысловых объектов (МКС ТМ НПО) предназначена для анализа и обработки данных, поступающих с систем телеметрии нефтепромысловых объектов, выдачи на основе этих данных различных информационных сообщении, агрегирования и комплексирования поступающей информации, с целью представления ее в удобном для проведения аналитической работы виде.

На данный момент одной из основных проблем использования телеметрической информации является практически полное отсутствие автоматизированных систем способных проводить комплексный анализ поступающих данных на предмет обнаружения нестандартных ситуаций, агрегировано представлять информацию, собираемую наблюдаемых объектов, выводить различные вспомогательные сообщения и сообщения о критическом уровне функционирования системы в целом и с каждого объекта в отдельности.

Полезная модель относится к вычислительной, информационно-измерительной технике, используемой, в частности, в системах телеметрии нефтепромысловых объектов.

В качестве прототипа выбрана «Система поддержки принятия решений для оперативно-диспетчерского и эксплуатационного персонала автоматизированной сортировочной горки (СППР КДК СУ)» (патент РФ на полезную модель 98387). Система, содержащая блок источников данных, блок обработки и очистки данных, базу данных телеметрии, блок многомерной базы данных, блок контроля параметров устройств, блок формирования отчетов, блок интеллектуального анализа параметров устройств, блок автоматизированного рабочего места оператора, блок трансляции данных в систему технического диагностирования и мониторинга и относящаяся к системам автоматики и телемеханики, направлена на мониторинг, статистический и интеллектуальный анализ работы автоматизированной железнодорожной сортировочной горки. К недостаткам прототипа можно отнести отсутствие возможностей автоматического запуска процедур получения, анализа и обработки данных, проведения статистического и аналитического анализа динамограмм на предмет предупреждения возникновения критических состояний в работе устройств, построения динамических карт векторных полей (карты изменения градиента поля) по любому из интересующих телеметрических параметров.

Задача, предлагаемой полезной модели заключается в том, что используя оперативные данные, получаемые с датчиков телеметрии, вести постоянный контроль над технологическим процессом, на основе этих данных выдавать различные информационные сообщения в удобном виде для проведения аналитической работы.

Матрица критических состояний телемеханизированных нефтепромысловых объектов, включающая блок сбора данных систем телеметрии, единое хранилище данных телеметрии, подсистему сбора и вычисления статистик, подсистему корреляционного анализа, подсистему диспетчерского управления и отображения информации, блок формирования и вывода агрегированных отчетов отличающаяся тем, что дополнительно включает подсистему анализа динамограмм, блок автоматического запуска отработки процедур, подсистема построения градиентных карт, блок экрана критических состояний, блок вывода градиентных карт причем выход блока сбора данных систем телеметрии соединен с входом единого хранилища данных телеметрии, первый выход единого хранилища данных телеметрии соединен с первым входом подсистемы сбора и вычисления статистик, с первым входом подсистемы корреляционного анализа и с первым входом подсистемы анализа динамограмм, второй выход единого хранилища данных телеметрии соединен с первым входом блока автоматического запуска отработки процедур, первый выход подсистемы сбора и вычисления статистик соединен со вторым входом блока автоматического запуска отработки процедур, второй выход подсистемы сбора и вычисления статистик соединен с входом подсистемы диспетчерского управления и отображения информации, выход подсистемы корреляционного анализа соединен с входом подсистемы диспетчерского управления и отображения информации, выход подсистемы анализа динамограмм соединен с входом подсистемы диспетчерского управления и отображения информации, выход блока автоматического запуска отработки процедур соединен со вторым входом подсистемы сбора и вычисления статистик, с вторым входом подсистемы анализа динамограмм, с вторым входом подсистемы корреляционного анализа, подсистема корреляционного анализа двухсторонней связью соединена с подсистемой построения градиентных карт, первый выход подсистемы диспетчерского управления и отображения информации соединен с третьим входом подсистемы сбора и вычисления статистик и с третьим входом подсистемы корреляционного анализа, подсистема диспетчерского управления и отображения информации двухсторонней связью соединена с подсистемой построения градиентных карт, второй выход подсистемы диспетчерского управления и отображения информации соединен с входом блок формирования и вывода агрегированных отчетов, выход подсистемы построения градиентных карт соединен с входом блока вывода градиентных карт, второй выход блока автоматического запуска отработки процедур соединен с входом блок экрана критических состояний.

Данная задача решена путем автоматизации анализа и обработки данных, поступающих с систем телеметрии нефтепромысловых объектов, выдачи на основе этих данных различных информационных сообщений, агрегирования и комплексирования поступающей информации, с целью представления ее в удобном виде для проведения аналитической работы.

В матрице критических состояний телемеханизированных объектов сбор и накопление данных с систем телеметрии производится в едином хранилище данных (ЕХД), которое организовано по принципу - хранения всей исходящей информации без какой-либо предварительной ее подготовки.

МСК ТМ НПО принципиально состоит из следующих блоков-подсистем (Фиг.1.):

- 1. Блок сбора данных телеметрии,

- 2. Единое хранилище данных телеметрии,

- 3. Подсистема сбора и вычисления статистик,

- 4. Подсистема корреляционного анализа,

- 5. Подсистема анализа динамограмм,

- 6. Блок автоматического запуска отработки процедур,

- 7. Подсистема построения градиентных карт,

- 8. Подсистема диспетчерского управления и отображения информации,

- 9. блок экрана критических состояний,

- 10. блок вывода градиентных карт,

- 11. блок формирования и вывода агрегированных отчетов.

Значения параметров датчиков телеметрии через блок сбора данных телеметрии 1 поступают в единое хранилище данных телеметрии 2, представляющую собой базу данных, в которой хранятся все без исключения данные, приходящие с систем телеметрии и которая постоянно пополнятся и находится в актуальном состоянии.

Подсистема сбора и вычисления статистик 3 является подсистемой, позволяющей собирать и вычислять оценки статистических моментов (среднее, среднеквадратичное отклонение и т.д.) значений измеряемого параметра и временных интервалов его прихода. На основании работы данной процедуры и эмпирических знаний о статистических законах поступления данных по конкретным параметрам формируется динамическая таблица критериев, содержащая в себе допустимые граничные значения на вычисленные статистики. При несоответствии вычисленных статистических моментов динамической таблице критериев формируется сообщение о критическом состоянии объекта.

Функционально подсистема сбора и вычисления статистик 3 связана с:

- блоком автоматического запуска процедур 6, который инициирует запуск подсистемы сбора и вычисления статистик 3 по расписанию. Полученная статистическая информация используется для формирования сообщений о критическом состоянии системы;

- подсистемой диспетчерского управления и отображения информации 8. Связь используется при формировании сводных статистических отчетов о поступлении замеров с систем телеметрии в единое хранилище данных телеметрии 2..

Подсистема корреляционного анализа 4 выполняет функции выявления степени взаимного влияния заданных параметров, вычисления коэффициентов корреляции и, на основании соответствия вычисленных коэффициентов динамической таблице критериев, выдачи предупреждающих сообщений. Кроме того, подсистема корреляционного анализа 4 активно используется как внешняя процедура в подсистеме построения градиентных карт 7.

Функционально подсистема корреляционного анализа 4 связана с:

- блоком автоматического запуска процедур 6, который производит вызов процедуры корреляционного анализа 4, на основании ее работы производится формирование сообщений о критическом состоянии работы систем телеметрии в соответствии с проверками условий динамических таблиц критериев;

- подсистемой диспетчерского управления и отображения информации 8. Через подсистему диспетчерского управления и отображения информации 8 оператор может производить вызов процедуры корреляционного анализа для получения расчетных коэффициентов корреляции совместных параметров, которые необходимы для анализа согласованности работы системы;

- подсистемой построения градиентных карт 7, который осуществляет вызов подсистемы корреляционного анализа 4 для выявления взаимного влияния работающих объектов.

Подсистема анализа динамограмм 5 производит статистический и аналитический анализ поступающих с телемеханизированных скважин с установкой штангового насоса динамограмм на предмет предупреждения возникновения критических состояний в работе штангового насоса.

Функционально подсистема анализа динамограмм 5 связана с подсистемой диспетчерского управления и отображения информации 8, посредством которой происходит настройка и отображение подсистемы анализа динамограмм 5.

Блок автоматического запуска процедур 6 представляет собой программный модуль, содержащий в себе планировщик задач по автоматическому запуску программных процедур получения, анализа, обработки данных. Расписание запусков модифицируется, как автоматически, так и на основании ручного редактирования расписания оператором. Кроме того данный блок формирует сообщения по результатам отработки процедур и выполняет их отображение через подсистему диспетчерского управления и отображения информации 8. Функционально блок автоматического запуска процедур 6 связан с: подсистемой сбора и вычисления статистик 3, подсистемой корреляционного анализа 4, подсистемой анализа динамограмм 5, экраном критических состояний 9.

Подсистема построения градиентных карт 7. Система на основе известных взаимных координат расположения нефтепромысловых объектов, позволяет: строить динамические карты векторных полей (карты изменения градиента поля) по любому из интересующих параметров (актуализация ее зависит от частоты поступления параметра), производить наложение (аддитивное, мультипликативное, AND, OR, XOR- наложения) нескольких градиентных карт по любому из параметров (включая градиентные карты, построенные на комплексных параметрах, основанных на конструкции нефтепромысловых объектов и их взаимном расположении). Подсистема построения градиентных карт 7 представляет собой наиболее расширенный графический интерфейс для отображения наглядной информации. Важной здесь является привязка системы телеметрии к реальному местоположению объекта, его конструкции и замеренному значению физического параметра.

Функционально подсистема построения градиентных карт 7 связана с:

- подсистемой диспетчерского управления и отображения информации 8;

- подсистемой корреляционного анализа 4.

Подсистема диспетчерского управления и отображения информации 8 является набором программных процедур. Клиентская часть данной подсистемы представляет собой визуальный интерфейс (автоматизированное рабочее место), позволяющее конечному пользователю системы (диспетчеру, оператору, технологу, промысловому геологу) производить взаимодействие с системой: получение табличной информации замеров с систем телеметрии нефтепромысловых объектов, выводить накопленную информацию в виде совместного отображения графиков, проводить коррекцию граничных значений в динамических таблицах критериев, в ручном режиме запускать процедуры статистического анализа (типа подсистемы сбора и вычисления статистик 3, подсистемы корреляционного анализа 4, подсистема анализа динамограмм 5 и т.п.), просматривать накопленную информацию по автоматически формируемым предупреждающим и критическим состояниям системы (блок экрана критических состояний 9), формировать различные формы отчетов о работе, как систем телеметрии, так и о состоянии наблюдаемых нефтепромысловых объектов. Подсистема диспетчерского управления и отображения информации 8 содержит: визуальные интерфейсы отображения текущего состояния системы в виде таблиц и возможным представлением в виде совместных графиков, визуальный интерфейс редактирования динамических таблиц критериев), визуальный интерфейс - экран критических состояний, визуальный интерфейс запроса формирования различных форм отчетов, визуальный интерфейс ручного запуска аналитико-статистических процедур, визуальный интерфейс настройки параметров работы блока автоматического запуска процедур.

Блок экрана критических состояний 9 служит для конечного формирования сообщений о критическом функционировании систем телеметрии и наблюдаемых нефтепромысловых объектов. Данный блок непосредственно связан с блоком автоматического запуска процедур 6.

Блок вывода градиентных карт 10 - визуальный интерфейс представления рассчитанных в подсистеме построения градиентных карт 7 образов наблюдаемой нефтепромысловой площади. Отображения карт и их преобразований в заданном масштабе.

Блок формирования и вывода агрегированных отчетов 11 - в данном блоке происходит формирование агрегированных отчетов по данным с систем телеметрии за отчетные периоды (суточные, месячные и т.п.), включая отчеты по критическим состояниям вовлеченных в наблюдение систем.

Алгоритм работы МКС ТМ НПО может быть отображен следующим образом. Оператор посредством обращения к подсистеме диспетчерского управления и отображения информации 8 настраивает и задает ручные уровни динамических таблиц критериев по наблюдаемым в системе параметрам, расписания запуска процедур в блоке автоматического запуска процедур 6. который инициирует запуск по расписанию подсистемы сбора и вычисления статистик 3, подсистемы корреляционного анализа 4 и подсистемы анализа динамограмм 5. В процессе отработки указанных процедур, вычисленные статистики проходят сравнение на предмет соответствия динамическим таблицам критериев. При обнаружении несоответствия инициируется вывод соответствующих сообщений на экране посредством блока экрана критических сообщений 9 с привязкой к конкретным нефтепромысловым объектам и параметрам. Кроме того, в подсистеме анализа динамограмм 5 производится их статистическая и аналитическая обработка и на основании ее работы формируются сообщения о нестандартной работе оборудования на скважинах с установкой штангового насоса.

Все критические сообщения организуются в подсистеме диспетчерского управления и отображения информации 8 и отображаются по мере поступления в блоке экрана критических сообщений 9. Так же в процессе работы блока автоматического запуска процедур 6 происходит коррекция динамических таблиц критериев, на основании заложенных в алгоритм правил.

При обращении оператора к подсистеме построения градиентных карт 7 на основании заложенных оператором критериев происходит построение и визуализация растровых изображений карт с отображением на них в относительных координатах нефтепромысловых объектов. Карта включает в себя тоновое отображение распределения поля градиентов изменения указанного оператором комплексного параметра, отображение изолиний в вычисленном поле. Кроме того, оператору предоставляется возможность построения нескольких различных карт по разным параметром с наложением их по соответствующим правилам (AND, OR, XOR и т.п. наложения).

Задачи, решаемые МКС ТМ НПО:

1. Представление данных с систем телеметрии в удобочитаемом виде: таблицы, графики, градиентные карты.

2. Организация автоматической системы выдачи сообщений о критических состояниях, на основании критериев заложенных в динамические таблицы критериев подсистем сбора и вычисления статистик, корреляционного анализа, анализа динамограмм.

3. Формирование агрегированных отчетов о работе телемеханизированных нефтепромысловых объектов и систем телеметрии, отчетов о критических состояниях работы объектов, отчетов об эффективности разработки наблюдаемой нефтепромысловой площади, основанных на знаниях, доступных из телеметрических данных выводах.

4. Подсистема построения градиентных карт реализует инструмент, позволяющий оптимизировать работу промыслового геолога в части принятия решений по эксплуатации заданной площади, на основе динамически поступающих и агрегированных системой данных телеметрии.

Матрица критических состояний телемеханизированных нефтепромысловых объектов, включающая блок сбора данных систем телеметрии, единое хранилище данных телеметрии, подсистему сбора и вычисления статистик, подсистему корреляционного анализа, подсистему диспетчерского управления и отображения информации, блок формирования и вывода агрегированных отчетов, отличающаяся тем, что дополнительно включает подсистему анализа динамограмм, блок автоматического запуска отработки процедур, подсистему построения градиентных карт, блок экрана критических состояний, блок вывода градиентных карт, причем выход блока сбора данных систем телеметрии соединен с входом единого хранилища данных телеметрии, первый выход единого хранилища данных телеметрии соединен с первым входом подсистемы сбора и вычисления статистик, с первым входом подсистемы корреляционного анализа и с первым входом подсистемы анализа динамограмм, второй выход единого хранилища данных телеметрии соединен с первым входом блока автоматического запуска отработки процедур, первый выход подсистемы сбора и вычисления статистик соединен со вторым входом блока автоматического запуска обработки процедур, второй выход подсистемы сбора и вычисления статистик соединен с входом подсистемы диспетчерского управления и отображения информации, выход подсистемы корреляционного анализа соединен с входом подсистемы диспетчерского управления и отображения информации, выход подсистемы анализа динамограмм соединен с входом подсистемы диспетчерского управления и отображения информации, выход блока автоматического запуска отработки процедур соединен со вторым входом подсистемы сбора и вычисления статистик, с вторым входом подсистемы анализа динамограмм, с вторым входом подсистемы корреляционного анализа, подсистема корреляционного анализа двухсторонней связью соединена с подсистемой построения градиентных карт, первый выход подсистемы диспетчерского управления и отображения информации соединен с третьим входом подсистемы сбора и вычисления статистик и с третьим входом подсистемы корреляционного анализа, подсистема диспетчерского управления и отображения информации двухсторонней связью соединена с подсистемой построения градиентных карт, второй выход подсистемы диспетчерского управления и отображения информации соединен с входом блока формирования и вывода агрегированных отчетов, выход подсистемы построения градиентных карт соединен с входом блок вывода градиентных карт, второй выход блока автоматического запуска отработки процедур соединен с входом блока экрана критических состояний.