Проектирование экспертной системы прогнозирования аварийных ситуаций на технологических объектах нефтегазодобычи

В данной работе проведен комплексный анализ отказов, методов их предотвращения, методов и моделей прогнозирования отказов оборудования нефтегазодобычи. А так же разработана система комплексного анализа данных промысла, представленных в виде временных рядов, которая предназначена для прогнозирования отказов оборудования нефтегазодобычи.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 17
1 Обзор источников литературы по тематике исследования …………………………. 19
1.1 Понятие системы прогнозирования ……………………………………………………… 19
1.2 Анализ отказов оборудования ……………………………………………………………… 20
1.3 Методы предотвращения отказов ………………………………………………………… 22
1.4 Существующие системы прогнозирования …………………………………………… 23
1.5 Постановка задачи ………………………………………………………………………………. 25
2 Разработка концепции системы прогнозирования отказов………………………….. 26
2.1 Анализ работы оборудования ………………………………………………………………. 26
2.2 Анализ моделей прогнозирования ……………………………………………………….. 28
2.3 Структура системы прогнозирования …………………………………………………… 33
3 Проектирование системы прогнозирования отказов…………………………………… 35
3.1Анализ данных …………………………………………………………………………………….. 35
3.1.1 Формирование данных для создания эталонной модели………………….. 35
3.1.2 Обработка и фильтрация данных ……………………………………………………. 37
3.1.3 Формирование данных по аварийным ситуациям……………………………. 38
3.2 Создание эталонной модели ………………………………………………………………… 39
3.2.1 Методы машинного обучения ………………………………………………………… 39
3.2.2 Архитектура нейронной сети …………………………………………………………. 40
3.2.3 Разработка нейронной сети эталонной модели ……………………………….. 43
3.2.4 Обучение нейронной сети эталонной модели …………………………………. 45
3.2.5 Оценка качества нейронной сети эталонной модели ……………………….. 46
3.3 Проектирование системы анализа отклонений……………………………………… 48
3.3.1 Формирование базы знаний ……………………………………………………………. 48
3.3.2 Разработка структуры нейронной сети системы анализа отклонений . 48
3.3.3 Обучение нейронной сети системы анализа отклонений …………………. 49
3.3.4 Оценка качества нейронной сети системы анализа отклонений ………. 50
3.4 Анализ результатов ……………………………………………………………………………… 52
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 53
4.1 Оценка коммерческого и инновационного потенциала НТИ ……………… 53
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………. 53
4.1.2 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………… 54
4.1.3Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения …………………………………………. 55
4.2 Организация и планирование работ ……………………………………………………… 57
4.2.1 Организация и планирование НИР …………………………………………………. 57
4.2.2 Определение продолжительности этапов работ ………………………………. 58
4.3 Расчет сметы затрат на выполнение проекта ………………………………………… 64
4.3.1 Расчет затрат на электроэнергию ……………………………………………………. 64
4.3.2 Расчет затрат на материалы ……………………………………………………………. 65
4.3.3 Расчет основной и дополнительной заработной платы персонала……. 65
4.3.4 Расчет затрат на социальный налог ………………………………………………… 67
4.3.5 Расчет расходов, учитываемых непосредственно на основе платежных
(расчетных) документов …………………………………………………………………………. 67
4.3.6 Расчет амортизационных расходов …………………………………………………. 68
4.3.7 Расчет прочих расходов …………………………………………………………………. 69
4.3.8 Расчет общей себестоимости разработки ………………………………………… 69
4.3.9 Расчет прибыли, НДС, цена разработки ………………………………………….. 70
4.3.10 Оценка экономической эффективности исследования …………………… 71
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 74
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………. 75
5.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства …………… 75
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны ………. 77
5.2 Профессиональная социальная безопасность ……………………………………….. 78
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть при
эксплуатации объекта исследования ………………………………………………………. 78
5.2.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на
рабочем месте при проведении исследований. ………………………………………… 79
5.2.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов …………………………………………………………………. 80
5.3 Экологическая безопасность………………………………………………………………… 88
5.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду ……….. 88
5.3.2 Анализ «жизненного цикла» объекта исследования. ……………………….. 88
5.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………… 90
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………….. 90
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований …………………………………………………………………………………………. 90
5.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте при
проведении исследований ………………………………………………………………………. 91
5.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС ………………………………………… 93
Заключение …………………………………………………………………………………………………. 97
Список использованных источников ……………………………………………………………. 98
Приложение А(обязательное) Часть ВКР на английском языке …………………… 102

Экспертная система прогнозирования отказов оборудования
нефтегазодобычи разработана для поддержки принятия решений и анализа на
производстве, автоматизированных систем управления технологическими
процессами (АСУТП) и производствами (АСУП), модули КИУС, MES систем,
связанные с анализом, планированием и оптимизацией, модели цифровых
месторождений. Были проведены следующие этапы разработки:
− Разработан подход к разработке и эксплуатации систем
комплексного анализа данных – структурная схема;
− Разработан программный код для модулей системы
прогнозирования на примере печи ПТБ-10 – эталонная модель печи и система
анализа данных;
− Проведено тестирование программы на технологических
параметрах, полученных с модели печи ПТБ [28], а также сгенерированных по
экспертным оценкам отказов.
Применение системы позволит прогнозировать дефекты еще в
«работоспособном» состоянии оборудования. Автоматически определять
косвенные технологические параметры, вносящие вклад в изменении
технического состояния. Работа направлена на развитие стратегии Роснефть –
2022 по направлению цифровизации.