probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2021-23-6-16-28probener-2052Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGАлгоритм расчета показателей энергоэффективности оборудования нефтегазодобывающего предприятияThe calculation algorithm of oil and gas production enterprise energy efficiency indicatorshttps://orcid.org/0000-0002-6486-4858АрестоваА. Ю.ArestovaA. Yu.

 старший преподаватель кафедры Автоматизированных электроэнергетических систем 

Новосибирск

Novosibirsk

arestova@corp.nstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5748-4216УльяновВ. Н.UlyanovV. N.

 канд. техн. наук, доцент кафедры Геофизики; генеральный директор 

Новосибирск

Novosibirsk

vulyanov@nntc.prohttps://orcid.org/0000-0003-4408-0316ФроловМ. Ю.FrolovM. Yu.

 канд. техн. наук, доцент кафедры Автоматизированных электроэнергетических систем 

Новосибирск

Novosibirsk

m.frolov@corp.nstu.ruНовосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian FederationOOO «Новосибирский научно-технический центр»; Новосибирский национальный исследовательский государственный университетРоссияNovosibirsk Research and Development Center; Novosibirsk State UniversityRussian FederationНовосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversitRussian Federation2021290320222361628Copyright © Арестова А.Ю., Ульянов В.Н., Фролов М.Ю., 20222022Арестова А.Ю., Ульянов В.Н., Фролов М.Ю.Arestova A.Y., Ulyanov V.N., Frolov M.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/2052ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Рассмотреть особенности системы электроснабжения нефтегазодобывающего комплекса. Разработать алгоритм формирования баланса электроэнергии для расчета доли потребления каждым из технологических процессов, анализа потерь мощности и определения причин небаланса. Адаптировать метод параметрической идентификации вращающихся электрических машин вэксплуатационных режимах для дальнейшей оценки показателей энергоэффективности. Встроить принцип адресности в алгоритм расчета удельного расхода электроэнергии оборудования. Разработать визуализацию прототипа программного обеспечения для мониторинга и контроля показателей энергоэффективности нефтегазодобывающего предприятия.

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ. Задача формирования математической модели решается методами идентификации параметров оборудования по замерам режимных параметров. Для расчета установившегося режима применяется метод узловых напряжений с формированием системы уравнений и матрицы адресности для трассировки потоков мощности.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье предложен алгоритм расчета показателей энергоэффективности оборудования нефтегазодобывающего предприятия. Алгоритм основан на обработке и анализе фактических данных от установленных на предприятии средств учета электропотребления. Анализ данных электропотребления на месторождении в совокупности с показателями добычи нефти, позволит выявить наиболее эффективный режим работы оборудования. Алгоритм расчета удельного расхода электроэнергии рассмотрен на примере типовой иерархии приборов учета на месторождении с детальным описанием процедуры распределения потребляемой электроэнергии между агрегатами. Далее в статье рассмотрена возможность применения принципа адресности потокораспределения в задачах снижения потерь мощности в сети. Представлена методика идентификации параметров схемы замещения оборудования для оценки энергоэффективности и контроля режимных параметров с указанием проблемных узлов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Рассмотренный в статье алгоритм внедрен в информационную систему центра управления добычей на месторождении как дополнительный модуль по оценке энергоэффективности. Отклонение фактических значений показателей от нормативных является индикатором нарушений в работе оборудования. Выявление отклонений позволяет сформировать оптимальный список организационных и технических мероприятий по регулированию электропотребления и повышения энергоэффективности предприятия.

THE PURPOSE

THE PURPOSE. The main purpose of the study is to develop the calculation algorithm of energy efficiency indicators. To develop an algorithm, it is necessary to consider the features of the power supply system of the oil and gas production enterprise. Then, the power and electricity balance calculation algorithm should be designed to evaluate the share of the technological processes’ consumption, analyze losses, and determine the source of imbalance. The assessment of energy efficiency indicators will require adaptation of the parameter’s identification method for rotating electrical machines in operating modes. To calculate the specific equipment energy, it is necessary to use power tracing in the algorithm. The final stage is to develop a visualization of a software prototype for monitoring and control energy efficiency indicators of an oil and gas production enterprise.

METHODS

METHODS. The equipment parameters identification method based on actual measurements is used for designing a mathematical model. To calculate the steady-state, the nodal-voltage method is used in couple with an addressing matrix for tracing power flows.

RESULTS

RESULTS. The paper proposes an algorithm for calculating energy efficiency indicators of equipment for an oil and gas production enterprise. The algorithm is based on the processing and analysis of actual data from the electricity metering devices installed at the enterprise. Analysis of the power consumption information together with the oil production indicators will reveal the most efficient operating mode of the equipment. The calculating algorithm for the specific electricity consumption is considered in the example of a typical hierarchy of metering devices at a field. Further, the paper discusses the possibility of applying the targeting flow distribution principle for reducing power losses. A parameters identification technique is presented for multi equipment nodes to assess energy efficiency and monitor operating parameters.

CONCLUSION

CONCLUSION. The algorithm considered in the paper was introduced into the information system of the production control center at the field as an additional module for assessing energy efficiency. The large deviation of the indicator's values from the specified ones is messaging about the equipment's normal mode violations. It allows creating an optimal schedule of organizational and technical measures to regulate energy consumption and improve the energy efficiency of the enterprise.

анализоптимизациясистема электроснабженияподдержка принятия решенийнефтяное оборудованиепоказатели энергоэффективностиanalysisoptimizationpower supply systemdecision supportoil equipmentenergy efficiency indicatorsReferencesПучкина Л.Д. Направления повышения эффективности предприятий нефтегазовой отрасли (ВИНК) // Труды VIII международной научно-практической конференции «Современные тенденции и инновации в науке и производстве»; 03-04 апреля 2019 г. С. 294.1-294.7.Puchkina LD. Napravleniya povysheniya effektivnosti predpriyatii neftegazovoi otrasli (VINK). VIII mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya: Sovremennye tendentsii i innovatsii v nauke i proizvodstve; 03-04 April 2019:294.1-294.7Воробьев А.Е., Хоноре Т., Воробьев К.А. Цифровизация нефтяной промышленности: интеллектуальный нефтепромысел // Вестник евразийской науки. 2018. №.3 (10). C. 1-16.Vorobev AE, Tcharo H, Vorobyev KA. Oil industry digitization: «intelligent» oilfield. The Eurasian Scientific Journal. 2018; 3 (10):1-16.Сергеев В.Л., Фыонг Н.Т.Х. Модели и алгоритмы адаптивной интерпретации результатов комбинированных газогидродинамических исследований интеллектуальных скважин // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. №. 10 (329). C. 67-75.Sergeev VL, Phuong THN. Models and algorithms for adaptive interpretation of combined well test data of intelligent wells. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering. 2018; 10(329):67-75.Жидков Е.О., Катышева Е.Г. Применение инструментов интеллектуального месторождения для управления рисками и оптимизации затрат при бурении нефтяных скважин // Кластеризация цифровой экономики: Глобальные вызовы. 2020. С. 98-111.Zhidkov EO, Katysheva EG. Use of intellectual field tools for risk management and optimization of costs during oil wells drilling. Klasterizatsiya tsifrovoi ekonomiki: Global'nye vyzovy. 2020:98-111.Рясный А.Г., Савенок О.В. Анализ текущего состояния и контроль за разработкой Находкинского месторождения // Материалы V Международной научнопрактической конференции Булатовские чтения, 2021. C. 225-233.Ryasny AG, Savenok OV. Analysis of the current status and control of development of the nakhodkinskoe field. Materialy V Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii Bulatovskie chteniya. 2021:225-233.Ефимова И.Ю., Гусева Е.Н., Варфоломеева Т.Н. и др. Управление транспортными потоками медного месторождения с использованием имитационного моделирования на основе программы АРЕНА // Фундаментальные исследования. 2019. №.3. С. 35-40.Efimova IYu, Guseva EN, Varfolomeeva TN. Et al. Management of transport flows of copper deposits with the use of imitation modeling based on ARENA program. Fundamental research. 2019; 3:35-40.Еремин Н.А., Столяров В.Е. О цифровизации процессов газодобычи на поздних стадиях разработки месторождений // Научные труды НИПИ Нефтегаз ГНКАР. 2020. №.1. С. 59-69.Eremin NA, Stolyarov VE. On the digitalization of gas production in the late stages of field development. SOCAR Proceedings. 2020; 1:59-69.Быкова В.Н., Ким Е., Гаджиалиев М.Р. и др. Применение цифрового двойника в нефтегазовой отрасли // Актуальные проблемы нефти и газа. 2020. №. 1(28). C. 1-11.Bykova VN, Kim E, Gadzhialiev MR. et al. Application of a digital twin in the oil and gas industry. Actual Problems of Oil and Gas. Iss. 2020; 1(28): 1-11. doi: 10.29222/ipng.2078-5712.2020-28.art8.Wanasinghe TR., Wroblewski L., Petersen BK. et al. Digital twin for the oil and gas industry: Overview, research trends, opportunities, and challenges // IEEE Access. 2020. Vol. 8. С. 104175-104197. doi: 10.1109/ACCESS.2020.2998723Wanasinghe TR, Wroblewski L, Petersen BK. et al. Digital twin for the oil and gas industry: Overview, research trends, opportunities, and challenges // IEEE Access. 2020. Vol. 8. С. 104175-104197. doi: 10.1109/ACCESS.2020.2998723LaGrange E. Developing a digital twin: The roadmap for oil and gas optimization // SPE Offshore Europe Conference and Exhibition, 3–6 Sept. 2019, Aberdeen, UK, 2019. doi: 10.2118/195790-MSLaGrange E. Developing a digital twin: The roadmap for oil and gas optimization // SPE Offshore Europe Conference and Exhibition, 3–6 Sept. 2019, Aberdeen, UK, 2019. doi: 10.2118/195790-MSPinto SC., Villeneuve E., Masson D. et al. Digital twin design requirements in downgraded situations management // 17th IFAC Symposium on Information Control Problems in Manufacturing, June 2021, Budapest, Hungary, 2021. pp. 1-6.Pinto SC, Villeneuve E, Masson D. et al. Digital twin design requirements in downgraded situations management // 17th IFAC Symposium on Information Control Problems in Manufacturing, June 2021, Budapest, Hungary, 2021. pp. 1-6.Fernandes TL., Baldo CR., Donatelli GD. The concept of digital twin used to investigate geometrical variations in the production of pipe spools // Advances in Industrial and Manufacturing Engineering. 2021. pp. 1-12. doi: 10.1016/j.aime.2021.100054.Fernandes TL, Baldo CR, Donatelli GD. The concept of digital twin used to investigate geometrical variations in the production of pipe spools // Advances in Industrial and Manufacturing Engineering. 2021. pp. 1-12. doi: 10.1016/j.aime.2021.100054.Данилов М.И., Романенко И.Г. Оперативный расчет потерь электроэнергии в сети с неизвестными параметрами в АИИС КУЭ // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. №22(5). С.116-127.Danilov MI, Romanenko IG. Operative calculation of electric power losses in the network with unknown parameters in AIMS EMA. Power engineering: research, equipment, technology. 2020; 22(5): 116-127. doi:10.30724/1998-9903-2020-22-5-116-127. (In Russ).Гамм А.З., Голуб И.И., Батюнин А.В. и др. Узловые средневзвешенные цены на электроэнергию // Электричество. 2005. №.10. С. 17-24.Gamm AZ, Golub II, Batyunin AV. et al. Uzlovye srednevzveshennye tseny na elektroenergiyu. Elektrichestvo. 2005;10: 17-24.Wu NQ., Li ZW., Qu T. Energy efficiency optimization in scheduling crude oil operations of refinery based on linear programming // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 166. pp. 49-57. doi: 10.1016/j.jclepro.2017.07.222.Wu NQ, Li ZW, Qu T. Energy efficiency optimization in scheduling crude oil operations of refinery based on linear programming // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 166. pp. 49-57. doi: 10.1016/j.jclepro.2017.07.222.Nguyen TV., Barbosa YM., da Silva JA., et al. A novel methodology for the design and optimisation of oil and gas offshore platforms // Energy. 2019, Vol. 185, pp. 158-175. doi: 10.1016/j.energy.2019.06.164.Nguyen TV, Barbosa YM, da Silva JA, et al. A novel methodology for the design and optimisation of oil and gas offshore platforms // Energy. 2019, Vol. 185, pp. 158-175. doi: 10.1016/j.energy.2019.06.164.Романова В.B., Хромов С.В., Суслов К.В. Анализ воздействующих факторов, влияющих на эксплуатационную надёжность низковольтных асинхронных электродвигателей // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. №3(23). С. 95-104.Romanova VV, Khromov SV, Suslov KV. Analysis of influencing factors affecting the operational reliability of low-voltage asynchronous electric motors. Power engineering: research, equipment, technology. 2021;23(3):80-89. doi:10.30724/1998-9903-2021-23-3-80-89.Байкова Л.Р., Гаррис Н.А. Алгоритм расчета показателей энергоэффективности оборудования систем поддержания пластового давления // Нефтегазовое дело. 2018. №.2(16). С. 61-66.Baykova LR, Garris NA. Algorithm for the calculation of energy efficiency indicators of maintaining reservoir pressure system equipment. Petroleum engineering. 2018; 2(16): 61-66. doi: 10.17122/ngdelo-2018-2-61-66.Федоров О.В., Семёнов А.С., Егоров А.Н., и др. Технико-экономическое обоснование внедрения системы непрерывного мониторинга показателей качества электроэнергии на объектах горных предприятий // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2016. №9(10). С. 91-97.Fedorov OV, Semenov AS, Egorov AN, et al. Tekhniko-ekonomicheskoe obosnovanie vnedreniya sistemy nepreryvnogo monitoringa pokazatelei kachestva elektroenergii na ob"ektakh gornykh predpriyatii. Power engineering: research, equipment, technology. 2016; 9(10): 91-97.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.