По материалам Esri
Lightning Strike Analysis with GIS Shocks Colombian Oil Field Engineers
В нефтегазовой отрасли Колумбии, помимо помощи в решении инженерно-аналитических задач, связанных с собственно скважинами, ГИС стали использовать и для управления электросетевым хозяйством, в том числе для оценки и снижения угроз от ударов молний. Визуализация данных о молниях и их анализ средствами ГИС способствует росту понимания ситуации и учету особенностей конфигурации линий электропередачи.
На колумбийском нефтепромысле Ля Сирка Инфантас (La Circa Infantas) в Эль-Сентро, департамент Сантандер, молнии являются одной из главных проблем. По данным Центра глобальной гидрологии и климата NASA, Колумбия занимает второе место после Демократической республики Конго по ежегодному количеству молний. Только на территории Ла Сирка Инфантас за последние два года было зарегистрировано 30 тысяч ударов молний.
«Молнии нарушают работу нашей электрораспределительной сети, питающей двигатели скважин. В итоге – производственные простои, поврежденное оборудование и неопределенность в выборе оптимальной схемы сети», – говорит Луис Алехандро Зорилья (Luis Alejandro Zorrilla), инженер-электрик компании Occidental Oil & Gas.
Occidental является оператором месторождения Ла Сирка Инфантас в рамках совместного предприятия с компанией Ecopetrol S.A. Это самый старый нефтепромысел Колумбии, его первая скважина, Infantas 2, была введена в эксплуатацию в апреле 1918 года.
Как отмечает Зоррилла: «Этому историческому нефтепромыслу присущи все большие проблемы месторождения, разрабатывавшегося несколькими компаниями».
Электрораспределительная сеть нефтепромысла включает 3000 столбов линий электропередачи общей длиной около 300 миль и 1000 электродвигателей. После более чем 90 лет эксплуатации и многочисленных изменений в структуре управления эффективность электрохозяйства оставляла желать лучшего. Используемые данные дублировались, были неполными, устаревшими и неточными.
В то же время, в скважинном хозяйстве ситуация выглядела совсем иначе: информация о скважинах, такая как их географическое местоположение, история обслуживания, дата начала эксплуатации и т.д., уже давно была сосредоточена в ГИС.
«Наша команда постоянно использует ГИС скважин в повседневной работе. Мы поняли, что нам нужна и ГИС электросети, – говорит Зорилья. – Первым шагом в разработке этой ГИС стала пространственная привязка информации о нагрузке сети».
Грид ударов молний показывает находящиеся под угрозой линии электропередачи в пределах нефтепромысла.
Затем команда создала модель данных, отразившую весь рабочий процесс в данной области: от управления персоналом до регулирования энергопотребления. Необходимые для этого данные были описаны в соответствующей модели данных.
После построения модели данных была проведена ревизия распределительной сети. Ее целью было обновление и унификация всех имевшихся наборов геоданных. На их основе сотрудники смоделировали базу геоданных ГИС электросети и создали информационную систему в среде ArcGIS.
Корректировка конструкции столбов
Столбы электрической сети проектировались с учетом данных о среднегодовой плотности и амплитуде тока молний. Их конструкция подробно анализировалась. Тем не менее, каждая гроза выявляла недочеты. Зорилья насчитал около 600 отказов в контурах электрораспределительной сети нефтепромысла в течение одного года.
«Вопросы были очевидны, – говорит Зоррилья. – Почему конструкция столбов оказывается негодной? Как ее исправить?»
Когда инженеры повнимательнее посмотрели на годовые данные об отказах, появился ключ к разгадке. Около 90% отказов было вызвано разрядами молний и пробоями. Защитный угол (молниеотводов) не обеспечивал защиту линий. Требовались более локальные и более точные измерения плотности молний и амплитуды тока.
Национальная система данных о молниях Колумбии включает 50 датчиков для определения местоположения и электрических характеристик молнии. Департамент управления энергопотреблением нефтепромысла Ла Сирка Инфантас запросил эти данные. А департамент электрических исследований разработал в ГИС грид местности для регистрации протяженности, числа и средней амплитуды тока молний в расчете на квадратную милю.
«Когда мы наложили на ГИС-карту электрической сети грид плотности молний и амплитуды силы тока, то увидели поразительную взаимосвязь между отказами и критическими участками, – говорит Зорилья. – Данные о молниях, визуализированные в виде грида с сочетанием двух переменных — плотности молний и амплитуды тока в расчете на квадратную милю — помогают понять, почему конструкция столба в таких местах была ошибочной».
Используя грид и ГИС электрической сети, построенную в среде ArcGIS, инженеры могут проектировать каждый столб в соответствии с его местоположением и набором геоданных. Грид имеет цветокодировку в диапазоне от синего до красного, где красный означает критический участок. Дополнительным преимуществом является то, что инженеры могут установить приоритетный порядок корректировки столбов и учитывать наличие критических участков при планировании обслуживания столбов.
«Теперь ситуация с молниями прояснилась, – говорит Зорилья. – Мы стали принимать более грамотные решения. Появилась возможность стандартизировать конструкцию столбов в зависимости от их местоположения и других факторов, вместо того, чтобы разрабатывать для каждого столба уникальный проект».
Можно приблизить изображение для более детального рассмотрения любой из критических зон ударов молний с распределением линий электропередачи и столбов с привязкой к географическим координатам.
Внедрив ГИС электросети и объединив ее с другими корпоративными системами, нефтепромысел Ла Сирка Инфантас теперь может использовать все выгоды этого интегрированного решения. Разрабатываются новые геоприложения, такие как созданный грид, и эффективность работы департамента управления энергопотреблением значительно повысилась.
