2835.Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных и

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

Список литературы

1.Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ 03-553–03). Серия 03. Вып. 33 / ГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнад-

зора России». – М., 2003. – 200 с.

2.Николаев А.В., Постникова М.Ю., Мохирев Н.Н. Сравнительный анализ потребления тепло- и энергоресурсов шахтными калориферными установками // Вестник ПГТУ. Геология, геоинформационные системы, горно-нефтяное дело. –

Пермь, 2010. – № 5. – С. 95–102.

3.Николаев А.В. Потребление электроэнергии поверхностной системой кондиционирования воздуха парокомпрессорного типа на проектируемом руднике Усольского калийного комбината // Научные исследования и инновации. – Пермь,

2011. – Т. 5, № 1. – С. 146–149.

4.СНиП 23-01–99. Строительная климатология.

5.Шахтная калориферная установка: пат. 142085 / Николаев А.В., Алыменко Н.И., Седунин А.М., Лялькина Г.Б., Николаев В.А. – № 2013150970/03; заявл.

15.11.2013; опубл. 20.05.2014.

6. Инфракрасные стеклянные обогреватели Пион Thermo Glass [Электронный ресурс] // «Вам тепло» – интернет-магазин климатической техники. – URL:

http://vamteplo.ru/catalog.18.html (дата обращения: 10.11.2013).

571

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

И.Н. Сафин

Научный руководитель – Е.С. Анохина Альметьевский государственный нефтяной институт

Рассматривается понятие измерения и основные виды измерений. Приводится пример расчета и обработки косвенных измерений.

Ключевые слова: метрология, косвенные измерения, совокупные измерения, прямые измерения, функциональная зависимость.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. В практической жизни человек всюду имеет дело с ними. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и др. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Все отрасли техники не могут существовать без развернутой системы измерений, определяющих как технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукции.

Велико значение измерений в современном обществе. Они служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствования технологии, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности [1].

Особенно возросла роль измерений в век широкого внедрения новой техники, развития электроники, автоматизации, атомной энергетики, космических полетов. Высокая точность управления полетами космических аппаратов достигнута благодаря современным совершенным средствам измерений, устанавливаемым как на самих космических аппаратах, так и в измерительно-управляющих центрах.

Большое разнообразие явлений, с которыми приходится сталкиваться, определяет широкий круг величин, подлежащих измерению. Во всех случаях проведения измерений, независимо от измеряемой величины, метода и средства измерений, есть общее, что составляет основу измерений – это сравнение опытным путем данной величины с другой, подобной ей, принятой за единицу. При всяком измерении с помощью эксперимента оценивается физическая величина в виде некоторого числа принятых для нее единиц, т.е. находится ее значение.

В настоящее время, установлено следующее определение измерения: измерение есть нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Отраслью науки, изучающей измерения, является метрология.

Существует несколько видов измерений. При их классификации обычно исходят из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений, и способов выражения этих результатов.

572

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

По способу получения результатов измерений их разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные [2].

В данной работе речь пойдет о косвенных измерениях. Косвенными называют измерения, при которых искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, т.е. измеряют не собственно определяемую величину, а другие, функционально сней связанные. Значение измеряемой величины находят путем вычисления по формуле Q = F (x1, x2, …, xn), где Q – искомое значение косвенно измеряемой величины; F – функциональная зависимость, которая заранее известна, x1, x2, …, xn – значения величин, измеренных прямым способом [2].

Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивленияпроводника по его сопротивлению, длинеи площадипоперечного сечения.

Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Роль их особенно велика при измерении величин, недоступных непосредственному экспериментальному сравнению, например размеров астрономического или внутриатомного порядка.

Косвенные измерения широко применяются во всех областях науки, и не только. Изучая химию, физику и множество других наук, каждый школьник решал задачу о том, как по известной величине найти другую величину по зависимости между ними. Простейшим наглядным примером может служить нахождение силы тока по закону Ома.

Измерение силы тока I в активной нагрузке сопротивлением R = (80 ± 5) Ом определяется с помощью вольтметра класса точности γ = 1,5 с пределом измерения Ur = 250 В. Необходимо оценить измеренную силу тока и погрешность, если прибор показал Un = 200 В.

1.Предел абсолютной погрешности вольтметра

∆U = Ur · γ = 250 · 1,5 · 10–2 = 3,75 В.

2.Относительная погрешность U и R:

3. Из уравнения косвенного измерения I = U находим:

R

573

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Метрология – наука об измерениях, а измерения – один из важнейших путей познания. Они играют огромную роль в современном обществе. Наука, промышленность, экономика и коммуникации не могут существовать без измерений. Практически нет ни одной сферы человеческой деятельности человека, где бы интенсивно не использовались результаты косвенных измерений, испытаний и контроля. Диапазоны измеряемых величин постоянно растут. С ростом диапазона измеряемых величин возрастает и сложность измерения. Измерения по сути своей перестают быть одноактным действием, превращаются в сложную процедуру подготовки эксперимента, интерпретации измеренной информации. В этом случае следует говорить об измерительных технологиях, понимающихся как последовательность действий, направленных на получение информации об измерениях. Другой фактор измерений – их значимость. Основой любой формы управления, анализа, планирования, контроля и регулирования является достоверная исходная информация, которая может быть получена путем измерения физических величин, параметров и показателей. Только высокая и гарантированная точность результатов измерений может обеспечить правильность применяемых решений. Метрология не стоит на месте. С развитием науки и техники появляются новые измерительные приборы, для которых нужны новейшие методы обработки измерений. Человечество имеет нескончаемую потребность в измерениях, и это значит, что метрология будет востребована всегда.

Список литературы

1.Сергеев А.Г., Латышев М.В., Терегеря В.В. Метрология, стандартизация, сертификация: учеб. пособие. – М.: Логос, 2008. – 536 с.

2.Димов Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация. – 2-е изд. –

СПб.: Питер, 2003. – 432 с.

574

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОДАЧИ ВОЗДУХА В БУРОВЫХ ГАЛЕРЕЯХ НЕФТЕШАХТ ЯРЕГСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Д.Ю. Седнев, А.А. Клейменова

Научный руководитель – канд. техн. наук, доцент А.М. Седунин Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Ярегское месторождение аномально вязких нефтей разрабатывается подземным способом с применением паротеплового воздействия. В работе рассмотрен секционный способ проветривания участков месторождения. Предложен принцип регулирования подачи воздуха в динамике при применении кондиционирования воздуха и поступлении воздуха в рабочую зону посредством вентиляционного короба.

Ключевые слова: нефтешахта, буровая галерея, уклонный блок, кондиционирование, вспомогательная вентиляторная установка, Ярегское месторождение.

Внастоящее время промышленная подземная разработка нефтетитанового пласта ведется на Ярегском нефтетитановом месторождении, расположенном

вРеспублике Коми в 18 км от г. Ухты [1]. По совокупности геологических факторов месторождение относится к категории трудноизвлекаемых, с высокой вязкостью нефти и низкой энергией пласта. Месторождение залегает на глубине порядка 150 м. Нефтешахта – самостоятельное производственно-хозяйственное подразделение (единица) нефтедобывающего объединения, осуществляющее шахтную разработку нефтяной залежи, добывающее высоковязкую нефть и другие полезные ископаемые из горных выработок. Основные (полевые) выработки нефтешахт расположены в вышележащем туффитовом горизонте на глубине порядка 130 м.

Втечение истории развития систем разработок Ярегского месторождения применялись следующие подземные системы разработок: ухтинская, уклонноскважинная, панельная, двухъярусная. Также отметим, что первоначально добыча нефти велась с поверхности с невысоким коэффициентом извлечения по причине высокой вязкости нефти и низкой энергии пласта.

На Ярегском месторождении в настоящее время применяются различные системы разработки – подземно-поверхностная и одногоризонтная. При этом предпочтение в промышленной эксплуатации нашла подземно-поверхностная система по причине более мощной и эффективной нагнетательной системы разработки в совокупности с уменьшенным влиянием теплового поля на горные выработки, расположенные в нефтяном пласте. Одногоризонтная система применяется

вслучае невозможности строительства поверхностной паронагнетательной подсистемы системы разработки на разрабатываемом участке месторождения.

Согласно системам разработки в буровых галереях уклонных блоков, непосредственно в нефтяном пласту, находится обслуживающий персонал. Для возможности выполнения работ необходимо проветривать выработки согласно [2]. Минимальная допустимая температура подачи воздуха в горные выработки составляет +2 ºС в соответствии с [2] и [3]. Расчет воздуха в нефтешахтах соглас-

575

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

но [3], по Инструкции по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания действующих угольных шахт.

Расчет необходимого количества воздуха выполняется исходя из многочисленных факторов, рассчитываемых индивидуально по минимальному количеству воздуха. После расчетов, исходя из наибольшего минимального допустимого количества воздуха, выбирается наибольшее значение с запасом. Примеры расчетов вентиляционных сетей по количеству воздуха приведены в [4]. При расчете количества воздуха для текущих систем разработок наиболее значимым фактором является тепловой фактор по причине значительного тепловыделения в горные выработки: от паропроводов при одногоризонтной системе, от породного массива продуктивного пласта, от трубопроводов и насосных агрегатов [5]. Также отметим, что для нефтешахт в части проветривания уклонных блоков расчеты выполняются индивидуально по каждому уклонному блоку.

В настоящее время добыча тяжелых высоковязких нефтей стновится все более актуальной. Добыча подземным способом нефти имеет преимущество вследствие высокого коэффициента извлечения нефти в совокупности с меньшими удельными показателями на каждую добытую тонну. В связи с этим планируется развитие нефтешахт с повышением объемов добываемой нефти и увеличением числа разрабатываемых площадей уклонными блоками. Введение новых мощностей потребует увеличения протяженности инженерных сетей, а также объемов подаваемого воздуха. Для повышения энергоэффективности проветривания в Горном институте УрО РАН разработан секционный способ проветривания с применением систем кондиционирования и вспомогательной вентиляторной установки для каждого последующего вводимого блока по причине загруженности вентилятора главного проветривания. Подача воздуха осуществляется посредством теплоизолированного короба. Данное решение позволя-

ботки и другие уклонные блоки. Система кондиционирования с калорифером позволит подавать воздух с оптимальными параметрами. На рисунке представлена схема горных выработок уклонного блока 3Т-9 с запроектированным вентиляционным коробом.

Применение вентиляционного короба позволяет повысить энергоэффективность проветривания за счет недопущения прогрева тепловыделениями воздуха,

576

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

предназначенного для снабжения воздухом других участков горных выработок. Настройка вентиляционных окон выполняется в процессе строительно-монтаж- ных работ и в процессе эксплуатации практически не регулируется. Кондиционирование и подогрев воздуха направлены на подготовку воздуха с параметрами, обеспечивающими минимальное требуемое количество воздуха.

Расчет воздуха на каждый участок буровой галереи выполняется в соответствии с [3]. При этом значение требуемого количества воздуха является однозначным. Текущие системы разработки подразумевают цикличную работу добывающих скважин с возможностью прорывов пара в горные выработки, и следовательно, значение требуемого объема воздуха должно находиться в широких пределах.

В качестве модернизации данной системы предлагается выполнить электроприводы вентиляционных окон с внедрением в систему автоматизации проветривания для оперативного регулирования.

Применение регулирования подачи воздуха в буровых галереях позволит повысить точность регулирования, подавать необходимое количество воздуха в соответствии с режимом работы добывающих скважин и в случае прорывов пара оперативно выйти на максимальную производительность вспомогательного вентилятора.

Список литературы

1.Тюнькин Б.А., Коноплев Ю.П. Опыт подземной разработки нефтяных месторождений и основные направления развития термошахтного способа добычи нефти. – Ухта, 1996. – 158 с.

2.Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ 03-553–03). Сер. 03, вып. 33 / ГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзор России». – М., 2003. – 200 с.

3.Правила безопасности при разработке нефтяных месторождений шахтных способом.

4.Мохирев Н.Н., Радько В.В. Инженерные расчеты вентиляции шахт. Строительство. Реконструкция. Эксплуатация/ ООО«Недра-Бизнесцентр». – М., 2007. – 324 с.

5.Термошахтная разработка нефтяных месторождений / Ю.П. Коноплев, В.Ф. Буслаев, З.Х. Ягубов, Н.Д. Цхадая. – М., 2006. – 288 с.

577

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ СОВОКУПНЫХ И СОВМЕСТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Д.Н. Селиверстов

Научный руководитель – Е.С. Анохина Альметьевский государственный нефтяной институт

Рассмотрена обработка результатов совокупных и совместных измерений, а также несколько вариантов обработки результатов, полученных этими двумя методами.

Ключевые слова: обработка результатов измерений, совокупные и совместные измерения.

Большое разнообразие явлений, с которыми приходится сталкиваться человеку, определяет широкий круг величин, подлежащих измерению. Во всех случаях проведения измерений, независимо от измеряемой величины, метода и средства измерений, есть общее, что составляет основу измерений, сравнение опытным путем данной величины с другой, подобной ей, принятой за единицу. При всяком измерении мы с помощью эксперимента оцениваем физическую величину в виде некоторого числа принятых для нее единиц, т.е. находим ее значение. Измерение является важнейшим понятием в метрологии. Это организованное действие человека, выполняемое для количественного познания свойств физического объекта с помощью определения опытным путем значения какойлибо физической величины. Существует несколько видов измерений. При их классификации обычно исходят из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений и способов выражения результатов. По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются на статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени; динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени. По способу получения результатов измерений их разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Совместными называются проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними (например, измерение температуры и плотности вещества). Совместные измерения широко используются в нефтяной промышленности. Например, информаци- онно-измерительная система контроля дебита нефтяных скважин с использованием вибрационных массовых расходомеров. К двум известным (измеренным) зависимостям добавляется третья зависимость, и задача определения трех неизвестных параметров дебита нефтяной скважины (расходы нефти, воды, газа) становится разрешимой. При этом предполагаются известными плотности всех компонентов смеси, рабочее давление и параметры аналитического задания кривой разгазирования, т.е. коэффициенты полинома, аппроксимирующего зависимость действующего в точке замера газового фактора от рабочего давления. Изложенное по-

578

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

зволяет осуществить разработку структурной схемы измерительных информационных систем – вибрационных массовых расходомеров, и предложить подход к определению метрологических характеристик этой системы. Сложность здесь заключается в том, что если по каналу измерения массового расхода газожидкостной смеси метрологические характеристики расходомера (следовательно, и измерительные информационные системы в целом) определяются традиционными методами (поверка на расходомерном стенде), то определение метрологических характеристик канала измерения средней плотности двухфазной смеси принципиально невозможно из-за отсутствия образцовых значений этой физической величины. Вследствие этого предлагается не рассматривать вибрационный массовый расходомер как прибор для измерения расхода и средней плотности газожидкостной смеси, а рассматривать единую информационную систему вибрационных массовых расходомеров в целом (комплект, состоящий из расходомера или расходомеров и терминального устройства с заложенной в него программой, реализующей алгоритм вычисления покомпонентных расходов двухфазной смеси), как измерительную систему для определения расходов двухфазной смеси и составляющих ее компонентов. В этом случае поверка измерительных информационных систем вибрационных массовых расходомеров может осуществляться на двухфазном расходомерном стенде, где расход компонентов смеси контролируется образцовыми средствами до их смешивания в смесителе. Результаты этих измерений сравниваются с результатами расчетов в терминальном устройстве, и определяются соответствующие погрешности.

Также этим методом обрабатывают результаты для вычисления плотности нефти и нефтепродуктов, которая определяется следующим образом. Плотность жидких продуктов ρt, кг/м3, вычисляют по формуле (1), если температура измерения соответствует температуре калибровки пикнометра (tc = tt). При температуре измерения, отличной от температуры калибровки, плотность вычисляют по формуле (2):

где ρc – плотность воды при температуре калибровки пикнометра (определение водного числа по (2)), кг/м3; tс – температура калибровки пикнометра, °C; tt – температура, при которой проводится измерение, °C; m0 – масса пустого пикнометра на воздухе, г; тс – масса пикнометра с водой на воздухе при температуре калибровки, г; mt – масса пикнометра с пробой на воздухе при температуре измерения, г; C – поправка на взвешивание воздуха; α – коэффициент объемного расширения стекла, из которого изготовлен пикнометр, °C–1.

579

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Расчет относительной плотности производится следующим образом: относительную плотность получают в результате деления найденного значения плотности образца на значение плотности воды при той же температуре измерения.

Совокупные измерения получают проведением ряда измерений (чаще всего прямых, но, вообще-то, измерения из ряда могут быть любыми – вспомните, как получаются сложные функции в математике) нескольких величин одинаковой размерности в различных сочетаниях, после чего искомые значения величин находятся решением системы уравнений. Число уравнений при этом должно быть равно числу измерений. Этот вид обработки измерений также часто встречается

внефтегазовой промышленности. Примером может быть полнодиапазонный поточный влагомер сырой нефти. Принцип работы его состоит в следующем: техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано

внефтяной промышленности при оперативном контроле параметров качества сырой нефти, а именно для определения обводненности нефти при содержания воды

впродукции нефтяных скважин в диапазоне от 0 до 100 %. Этот метод применяют также при измерении сопротивления резисторов, соединенных треугольником. При этом измеряется значение сопротивления между вершинами, если необходи-

мо измерить сопротивления Rab , Rbc , Rca , включенные по схеме треугольника (рисунок). Прямым методом измеряют сопротивление Rвх1 , Rвх2 , Rвх3 , составляют систему уравнений с тремя неизвестными:

Рис. Пример совокупного метода измерения

580