Понятие ГИС. Принципы построения ГИС

Геоинформационные системы (ГИС) – одно из направлений информационных технологий, ориентированное на работу с пространственно-привязанной информацией.

Первой ГИС принято считать систему созданную в 1962 году в Канаде, Аланом Томлинсоном, которая так и называлась Канадская Географическая Информационная Система. А вот

первые общедоступные, полнофункциональные ГИС, способные работать на привычных персональных компьютерах, появились сравнительно недавно − в 1994 г (Arcview 2.0), бурное развитие

области ГИС следует связывать именно с ними.

Принципы построения ГИС.

1) Первым из них является комплексность, т.е. ГИС представляется как комплекс программного, аппаратного, информационного обеспечения управляемый специальным персоналом.

2) Вторым принципом является пространственность, гласящий, что ГИС  инструмент, работающий с любыми данными распределенными в пространстве и имеющими свою систему координат.

3) Заключительным третьим принципом является связанность – наличие тесной взаимосвязи между пространственной и атрибутивной информацией.

1. Основные функции ГИС.

Выделяют три основные функции ГИС:

1) Визуализация (ГИС являются мощными средствами представления данных. Это качество ГИС обычно используется первым, с помощью них создаются наглядные иллюстративные карты и схемы).

2) Организация и управление информацией (Современные ГИС ‒ удобный инструмент помогающий управлять информацией, используя пространственный принцип. Именно в этом и заключается вторая функция ГИС – организация, то есть подразумеватся по собой – создание таблиц и данных заносящихся объектов).

3) Обработка и анализ (функция ГИС, превращающая ее из инструмента по работе с готовыми данными (визуализатора) в инструмент по созданию новых данных на их основе, моделирования и прогнозирования).

2. Структура ГИС.

Структуру ГИС можно представить как совокупность следующих компонентов: данные, программное обеспечение, персонал, оборудование, а так же методики и алгоритмы.

Данные – представляют собой любую пространственную информацию и связанную с ней табличную информацию. Данные могут собираться самим пользователем, либо у других поставщиков.

Методический и алгоритмический аппарат геоинформационных технологий прямо связан с различными областями прикладной математики (вычислительной геометрии, аналитической и дифференциальной геометрии), с машинной графикой, распознаванием образов, анализом сцен, цифровой фильтрацией.

Программное обеспечение – это функции и инструменты, необходимые для управления, анализа и визуализации пространственной информации, а также управления ГИС в целом. Ключевыми компонентами программных продуктов являются:

 система ввода и обработки географической информации;

 система управления данными;

 системы анализа, визуализации, а также пространственных и атрибутивных запросов

(отображения);

 графический пользовательский интерфейс для легкого доступа к инструментам.

Аппаратное обеспечениепредставлено как минимум компьютером, на котором работает ГИС, а также средствами вывода (принтерами, плоттерами и т.д.). ГИС могут работать на различных типах аппаратных компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров (PC).

Одним из ключевых компонентов является также персонал ‒ создание и управление ГИС невозможно без людей. Персоналом ГИС являются как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, создающие и управляющие данными, так непосредственные

пользователи.

3. Этапы внедрения ГИС.

Внедрение ГИС разделяют на 3 этапа:

 использование простейших функций ГИС на локальных рабочих местах;

 применение ГИС с использованием единой графической и атрибутивной базы данных;

 интегрирование ГИС со специализированными аналитическими системами.

Резюмируя сказанное выше, хотим отметить, что благодаря возможностям интеграции различных данных и специализированных систем, развитым средствам анализа и визуализации, геоинформационная технология имеет серьезный потенциал повышения эффективности деятельности компаний нефтегазовой отрасли. Сокращение сроков подготовки решений, их оптимизация

за счет учета множества факторов позволяют ускорить возврат инвестиций и во многих случаях

снизить общую стоимость владения бизнесом. Так же как и любая другая информационная тех-

нология, ГИС – не панацея, и существенный эффект достигается только при грамотном проекти-

ровании и системном использовании.

4. Общие задачи ГИС.

Общие задачи ГИС:

 создание высококачественной картографической продукции;

 связывание графических объектов с информацией в базах данных;

 представление данных в виде карт, диаграмм, графиков, схем;

 анализ пространственных данных, моделирование обстановки;

 интегрирование данных из разных источников информации;

 взаимодействие с другими информационными системами и технологиями.

ГИС может использоваться для научных исследований, управления природными ресурсами и планирования развития. В строгом смысле ГИС это компьютерная система, позволяющая

компоновать, сохранять, манипулировать и отображать справочную географическую информацию, т.е. данные идентифицируются в соответствии со своим положением. Практики также рассматривают общий ГИС как включающий персонал и данные, которые вводятся в систему.

5. Направления применения ГИС в нефтегазовой отрасли.

Основные направления применения ГИС в НО:

 геология, разведка и управление жизненным циклом месторождений;

 проектирование обустройства нефтегазодобывающих районов;

 учет фактического местоположения объектов обустройства месторождений и нефтегазодобывающего района;

 управление эксплуатацией объектов обустройства месторождений;

 учет состояния и использования природных ресурсов, территорий общехозяйственной

деятельности;

 кадастр, оценка и управление лицензиями, землеотводами, экологическими платежа-

ми;

 мониторинг и пространственный анализ динамики добычи для максимизации нефтеотдачи;

 логистика, планирование перевозок и управление парком транспортных средств;

 маркетинг, конкурентный анализ зон сбыта и оптимизация системы распределения;

 оценка внутренней конкуренции в холдинговых компаниях, планирование развития;

 интеграция аэрокосмических съемок и GPS-измерений в бизнес-процессы предприятия;

 чрезвычайные ситуации: оперативное управление и оценка экологического ущерба.

6. Задачи ГИС в нефтегазовой отрасли.

Основные задачи ГИС в НО:

 принятие решений управленческого уровня;

 научно-объективное перспективное и оперативное планирование развития месторождения;

 оптимальное проектирование объектов промышленного и гражданского назначения;

 изучение состояния экологических, социально-экономических, природно–ресурсных условий и их экономическая оценка;

 совершенствование учета и рационального использования земель и недвижимости

(зданий и сооружений);

 получение достоверной информации о местоположении и эксплуатации инженерных

сетей, трубопроводов, шахт и скважин;

 сбор горно-геологических данных, сведений о технологических процессах и природных запасах недр;

 охрана прав пользователей, собственников.

7. Состав и преимущества системы мониторинга недропользования на основе ГИС.

Состав системы мониторинга:

 электронной карты нефтегазоносности РФ;

 базы данных по запасам месторождений нефти и газа и ресурсам перспективных ло-

вушек;

 базы данных по состоянию фонда недр;

 базы данных по контролю выполнения условий лицензионных соглашений;

 базы данных по планируемым конкурсам и аукционам на право пользования недрами

Преимущества системы мониторинга:

 проводить анализ пространственно привязанных данных и наглядно представлять гео-

логическую информацию в виде различных карт, графиков, диаграмм;

 интегрировать геолого-геофизическую информацию с информацией по состоянию

недропользования в удобном и привычном для геологов графическом виде;

 сократить затраты и увеличить производительность труда за счет автоматизации от-

дельных операций при работе с картографической информацией.

8. Задачи системы мониторинга недропользования на основе ГИС.

Задачи системы мониторинга:

1) Проверка и корректировка информации по действующим лицензиям (Геоинформационные системы дают возможность визуализировать границы лицензионных участков, выявить и исправить ошибки в определении координат границ участков, как по действующим лицензиям, так и по конкурсным участкам).

2) Информационное сопровождение недропользования (На основе электронной карты состояния недропользования можно проводить обработку информации, находящейся в базе данных, и составлять различные выборки. Например, можно

выбрать лицензионные соглашения:

 действующие в пределах определенного региона или субъекта Российской Федерации;

 срок действия которых истек или истекает в ближайшее время;

 по целевому назначению (НП ‒ право пользования недрами на геологическое изучение

в целях поиска и оценки углеводородного сырья; НР ‒ право пользования недрами на

геологическое изучение, разведку и добычу углеводородного сырья; НЭ ‒ право пользования недрами на разведку и добычу углеводородного сырья).

3) Анализ состояния сырьевой базы углеводородного сырья (Система мониторинга позволяет проводить анализ состояния ресурсной базы углеводородного сырья распределенного и нераспределенного фонда недр как по определенным регионам

и субъектам Российской Федерации, так и по России в целом).

4) Проектирование геологоразведочных работ для изучения перспективных территорий (Система мониторинга недропользования может быть использована для составления региональных карт изученности отдельных субъектов РФ и крупных нефтегазоносных территорий

России (например, Западной и Восточной Сибири, шельфов морей РФ, территорий, прилегающих

к Каспийскому морю)

5) Составление программ лицензирования и подготовка предложений по освоению сырьевой базы углеводородного сырья (Для составления программы лицензирования и планирования процесса воспроизводства

минерально-сырьевой базы углеводородного сырья с помощью Системы мониторинга недропользования можно моделировать разные варианты «нарезки»лицензионных участков, определять последовательность их освоения в зависимости от выбранного направления транспорта

нефти и газа из нефтедобывающих регионов).

9. Практическое значение и достоинства метода дистанционного зондирования Земли.

Значение ДЗЗ - это получение любыми неконтактными

методами информации о поверхности Земли, объектах на ней или в ее недрах. Традиционно к данным дистанционного зондирования относят только те методы, которые позволяют получить

из космоса или с воздуха изображение земной поверхности в каких-либо участках электромагнитного спектра.

Достоинства:

 актуальность данных на момент съемки (большинство картографических материалов безнадежно устарели);

 высокая оперативность получения данных;

 высокая точность обработки данных за счет применения GPS – технологий;

 высокая информативность (применение спектрозональной, инфракрасной и радарной

съемки позволяет увидеть детали, не различимые на обычных снимках);

 экономическая целесообразность (затраты на получение информации посредством ДЗЗ существенно ниже наземных полевых работ).

Дистанционные методы характеризуются тем, что регистрирующий прибор значительно удален от исследуемого объекта. При таких исследованиях явлений и процессов на земной поверхности расстояния до объектов могут измеряться от единиц до тысяч километров.

10. Виды съемки ДЗЗ и их характеристика.

Различают следующие виды съемки:

1) Космическая съемка (фотографическая или оптико-электронная):

 панхроматическая (чаще в одном широком видимом участке спектра) – простейший

пример черно-белая съемка;

 цветная (съемка в нескольких, чаще реальных цветах на одном носителе);

 многозональная (одновременная, но раздельная фиксация изображения в разных зонах

спектра);

 радарная (радиолокационная);

2) Аэрофотосъемка (фотографическая или оптико-электронная):

 те же виды ДЗЗ, что и в космической съемке;

 лидарная (лазерная).

Космическая съемка (КС), имеет более низкое разрешение (от 30 до 1 м в зависимости от типа съемки и типа космического

аппарата), но за счет этого охватывает большие пространства. Космическая съемка используется для съемки больших площадей в целях получения оперативной и актуальной информации о районе предполагаемых геологоразведочных работ, базовой подосновы для создания глобальной ГИС на район разработки полезных ископаемых, экологического мониторинга нефтяных разливов и т.п. При этом используется как обычная монохромная (черно-белая съемка), так и спектрозональная.

Аэрофотосъемка (АФС), позволяет получать изображение более высокого разрешения (от 1-2 м до 5-7 см). Аэрофотосъемка используется для получения высоко детальных материалов

для решения задач земельного кадастра применительно к арендуемым участкам добычи полезных ископаемых, учета и управления имуществом.

Характеристики получаемых снимков (и АФС, и КС), т.е. возможность обнаружить и измерить то или иное явление, объект или процесс зависят от характеристик сенсоров соответственно. Главной характеристикой является разрешающая способность.

11. Разрешение как основная характеристика сенсоров аппаратов ДЗЗ. Виды разрешений.

Системы ДЗЗ характеризуются несколькими видами разрешений: пространственным, спектральным, радиометрическим и временным. Под термином «разрешение» обычно подразумевается пространственное разрешение.

Вид разрешения и его характеристика.

1) Пространственное разрешение (характеризует размер наименьших объектов, различимых на изображении. В зависимости от решаемых задач, могут использоваться данные низкого (более 100 м), среднего (10 – 100 м) и высокого (менее 10 м) разрешений. Снимки низкого пространственного разрешения являются обзорными и позволяют одномоментно охватывать значительные территории – вплоть до целого полушария.)

2) Спектральный (указывает на то, какие участки спектра электромагнитных волн (ЭМВ) регистрируются сенсором. При анализе природной среды, например, для экологического мониторинга, этот параметр – наиболее важный. Условно весь диапазон длин волн, используемых в ДЗЗ, можно поделить на три участка – радиоволны, тепловое излучение (ИК-излучение) и видимый свет. Такое деление обусловлено различием взаимодействия электромагнитных волн

и земной поверхности, различием в процессах, определяющих отражение и излучение ЭМВ.).

3) Радиометрическое разрешение (определяет диапазон различимых на снимке яркостей. Большинство сенсоров обладают радиометрическим разрешением 6 или 8 бит, что наиболее близко к мгновенному динамическому диапазону зрения человека. Но есть сенсоры и с более высоким радиометрическим разрешением (10 бит для AVHRR и 11 бит для IKONOS), позволяющим различать больше деталей на очень ярких или очень темных областях снимка).

4) Временное разрешение (определяет, с какой периодичностью один и тот же сенсор может снимать некоторый участок земной поверхности. Этот параметр весьма важен для мониторинга чрезвычайных ситуаций и других быстро развивающихся явлений. Большинство спутников (точнее, их семейств) обеспечивают повторную съемку через несколько дней, некоторые -через несколько часов).

12. Основные направления применения систем глобального спутникового позиционирования (СГСП) при геоинформационном обеспечении предприятий нефтегазового сектора.

Основные направления:

 развитие опорных геодезических сетей всех уровней от глобальных до съемочных, а

также проведение нивелирных работ в целях геодезического обеспечения деятельности

предприятий;

 обеспечение добычи полезных ископаемых (открытая разработка, буровые работы и

др.);

 геодезическое обеспечение строительства, прокладки трубопроводов, кабелей, путепроводов, ЛЭП и др. инженерно-прикладных работ;

 землеустроительные работы;

 спасательно-предупредительные работы (геодезическое обеспечение при бедствиях и

катастрофах);

 экологические исследования: координатная привязка разливов нефти, оценка площадей нефтяных пятен и определение направления их движения;

 съемка и картографирование всех видов – топографическая, специальная, тематическая;

 интеграция с ГИС;

 применение в диспетчерских службах;

 навигация всех видов – воздушная, морская, сухопутная.

Данные систем глобального спутникового позиционирования (СГСП) применяются в различных (мониторинговые, изыскательские, исследовательские и т.п.) системах, где требуется жесткая пространственно-временная привязка результатов измерений. Основными достоинствами СГСП являются: глобальность, оперативность, всепогодность, точность, эффективность.

Примерами таких систем являются: GPS/ГЛОНАСС/

Обе системы имеют двойное назначение – военное и гражданское, поэтому излучают два вида сигналов: один с пониженной точностью определения координат (~100 м) L1 для гражданского применения и другой высокой точности (~10-15 м и точнее) L2 для военного применения.

Для ограничения доступа к точной навигационной информации вводят специальные помехи, которые могут быть учтены после получения ключей от соответствующего военного ведомства

(США для NAVSTAR и России для ГЛОНАСС). Для NAVSTAR L1=1575,42 МГц и L2=1227,6

МГц. В ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов, т. е. каждый спутник работает

на своей частоте и, соответственно, L1 находится в пределах от 1602,56 до 1615,5 МГц и L2 от

1246,43 до 1256,53 МГц. Сигнал в L1 доступен всем пользователям, сигнал в L2 ‒ только военным (то есть, не может быть расшифрован без специального секретного ключа).

13. Состав СГСП и характеристика составных элементов.

В состав системы входит:

 наземная система контроля и управления;

 системы космических аппаратов;

 аппаратура пользователей.

Рассмотрим каждый из них по отдельности.

1) Система контроля и управления (состоит из станций слежения за спутниками, службы точного времени, главной станции с вычислительным центром и станций загрузки данных на борт космических аппаратов. Спутники проходят над контрольными пунктами дважды в сутки. Собранная информация об орбитах обрабатывается и прогнозируются координаты спутников

(эфемериды). По этим данным составляется альманах. Эти и другие данные с наземных станций загружаются на борт каждого спутника).

2) Система космических аппаратов (Каждый спутник системы, помимо основной информации, передает также вспомогательную, необходимую для непрерывной работы приемного оборудования. В эту категорию входит полный альманах всей спутниковой группировки, передаваемый последовательно в течение нескольких минут. Таким образом, старт приемного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка одной минуты), т.е. был выключен менее 3-4 часов – это называется «теплый старт» (приемник получает только эфемериды спутников), но может занять и до 30-ти минут, если приемник вынужден получать полный альманах – т. н. «холодный старт». Необходимость в «холодном старте» возникает обычно при первом включении приемника, либо если он долго не использовался (более 70 часов) или был перемещен на значительное расстояние. Существует также «горячий старт» (приемник выключен менее 30 минут), когда работа приемника начинается немедленно с небольшой ошибкой, корректируемой в процессе измерения координат).

3) Аппаратура пользователей (Потребителям предлагаются различные

устройства и программные продукты, позволяющие видеть свое местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учетом рельефа местности; искать

на карте конкретные объекты по координатам или адресу и т.д. При этом навигационный приемник может быть выполнен как отдельное устройство, или же навигационный чип встраивается в другое оборудование, например, мобильный телефоны, смартфон, КПК или онбордер (бортовой компьютеры).

14. Понятие корпоративной географической информационной системы (КГИС). Цель КГИС.

КГИС – это это многопользовательская, комплексная географическая информационная система, основанная на общем и согласованном доступе, управлении пространственными данными, внутри и между организациями.

Корпоративная ГИС также как и собственно ГИС предназначена для анализа и визуализации пространственных данных и связанной с ними информации. Главным отличием корпоративной ГИС от обычной является возможность работы с пространственными данными в многопользовательской среде.

Основной целью корпоративных ГИС является многопользовательское создание новых и обработка существующих наборов данных и обмен этими данными между территориально распределенными пользователями в рамках всей компании, а также интеграция пространственных данных с атрибутивными данными других корпоративных систем компании.

15. Условия целесообразности построения КГИС.

Условия целесообразности, если:

 имеется масштабная задача, в решении которой задействовано несколько ГИС, СУБД;

 работа осуществляется в разрозненных филиалах одного предприятия;

 требуется централизованная унифицированная среда;

 работа ведется большим числом специалистов одновременно, в пределах одного проекта;

 требуется объединить данные корпоративных систем с пространственными данными ГИС.

16. Этапы создания КГИС.

Различают следующие этапы создания КГИС:

 анализ предметной области, предпроектное исследование, разработка технического задания и проектной документации в соответствии с требованиями по разработке;

 сбор и уточнение общегеографической и специальной картографической (пространственной) информации: бумажных карт, описаний положения объектов, электронных карт, снимков местности и других материалов;

 разработка прототипа ГИС в виде системы, демонстрирующей ключевые функции на фрагменте данных;

 проектирование системы безопасности;

 создание и заполнение серверной базы данных ГИС;

 реализация основных элементов системы в виде настольного клиента и системы удаленного доступа;

 интеграция ГИС с действующими информационными системами предприятия;

 решение специальных задач, таких, например, как реализация системы моделирования аварийных разливов нефти.

17. Принципы проектирования КГИС.

При проектировании КГИС необходимо держаться следующих принципов:

 принцип системности заключается в том, что между структурными элементами системы при ее декомпозиции должны быть обеспечены такие связи, которые позволяют ей сохранять целостность и взаимодействие с другими системами;

 принцип развития (открытости) состоит в том, что система реализуется с возможностью перспективного развития ‒ пополнения и обновления функций и состава без нарушения ее функционирования;

 принцип совместимости заключается в том, что при создании системы должны быть реализованы информационные интерфейсы, благодаря которым она может взаимодействовать с другими системами в соответствии с установленными правилами (регламентами взаимодействия);

 принцип стандартизации (унификации) подразумевает, что при создании системы должны быть рационально применены типовые, унифицированные и стандартизованные элементы, пакеты прикладных программ, комплексы, компоненты (в

частности, зарегистрированные классификаторы).

18. Направления применения и задачи, решаемые комплексной САПР в нефтегазовой отрасли (с примерами).

Выделять следующие направления применений:

‒ проектирование технологического оборудования месторождений и процессов переработки нефтепродуктов (технологическое проектирование, проектирование АСУТП);

‒ проектирование объектов инфраструктуры и обустройство месторождений (дорожное, электротехническое, архитектурно-строительное проектирование);

‒ подготовка производства технологического оборудования;

‒ проектирование трубопроводного транспорта и вспомогательного оборудования (компрессорные, дожимные станции);

‒ обеспечение строительно-монтажных и производственных служб рабочей и эксплуатационной документацией;

‒ обеспечение производственных служб ремонтной документацией;

‒ инженерное сопровождение строительно-монтажных и ремонтных работ;

‒ поддержка научно-изыскательных и исследовательских работ (анализ, моделирование, прогнозирование).

Задачи, решаемые в комплексной САПР.

САПР – система автоматизированного проектирования работ.

19. Направления моделирования в нефтегазовой отрасли.

Современные средства моделирования, которые могут быть использованы для разработки, анализа и проектирования новых производств, и для анализа работы существующих, весьма многообразны. Они позволяют автоматизировать практически все стадии инженерного труда и свести к минимуму затраты рабочего времени, трудовых ресурсов и денежных средств.

Направления моделирования в НО:

‒ геолого-геофизические процессы поиска и разведки;

‒ добыча и подъем нефти и газа;

‒ транспортировка трубопроводным транспортом;

‒ технологические процессы переработки.

Каждое из направлений включает в себя несколько десятков подвидов, зачастую повторяющихся у разных направлений, например, моделирование тепловых, гидродинамических процессов, процессов фазового перехода, расчет технологических схем и т.д.

20. Задачи, решаемые системами моделирования технологических процессов в нефтегазовой отрасли. Преимущества систем моделирования технологических процессов.

Часто моделирующие программы также называют симуляторами. В общем случае с применением современных симуляторов технологических процессов в нефтегазовой отрасли

решаются следующие задачи:

‒ анализ, оптимизация и синтез технологических систем нефтегазовой отрасли для

проектируемых и действующих производств;

‒ исследование динамического поведения технологических систем для синтеза систем управления;

‒ разработка компьютерных систем обучения операторов нефтегазовых производств, в частности тренажерных комплексов.

К наиболее важным преимуществам моделирования технологических процессов относятся:

‒ организация расчетных исследований и причинно-следственного анализа для выбора оптимального варианта технологического процесса, соответствующего поставленным целям;

‒ нахождение оптимальных режимов работы оборудования для получения желаемой производительности установок и желаемого качества продуктов;

‒ оценка влияния изменения характеристик сырья, сбоев в работе и остановки оборудования на безопасность, надежность и рентабельность установки;

‒ возможность расчета и проверки параметров системы управления в режиме динамического моделирования.

21. Режимы работы моделирующих программ и их характеристика. Требования к программам моделирования.

Различают три основных режима работы:

‒ «изображение процесса» – для графического представления технологической схемы производства (рисунок 1);

‒ «расчеты» – для выполнения вычислений с применением реализованных в виде расчетных модулей алгоритмов решения задач компьютерного моделирования (рисунок 2);

‒ «диаграмма процесса» – для представления результатов выполненных расчетов в виде таблиц, графиков и диаграмм (рисунок 3).

Каждый из трех основных режимов требует реализации специальных модулей, с использованием которых можно построить технологическую схему любого процесса и решать комплекс

задач его моделирования на компьютерах. При этом данные, необходимые для проведения расчетов, как, например, физико-химические свойства веществ, алгоритмы для вычисления свойств

многокомпонентных смесей, различные алгоритмы для поверочно-оценочных и проектных расчетов аппаратов, включены в состав программы (пакета). Это означает, что расчетные модули

используют для вычислений данные из фактографической базы данных (БД) по физикохимическим свойствам индивидуальных веществ.

Требования к программам моделирования:

‒ возможность создания пользователем собственного изображения единиц оборудования (аппаратов) технологической схемы;

‒ наличие возможности включения в программный пакет собственных разработок, в частности, алгоритмов расчета физико-химических свойств многокомпонентных смесей и алгоритмов расчета единиц оборудования;

‒ интегрируемость программы с другими программными продуктами, прежде всего, с используемыми для монтажно-технологического проектирования, например, с AutoCAD.

22. Состав программ моделирования и характеристика их подсистем.

Различают следующий состав моделирования:

‒ набор термодинамических данных по чистым компонентам (база данных) и средства, позволяющие выбирать определенные компоненты для описания качественного состава рабочих смесей;

‒ средства представления свойств природных углеводородных смесей, главным образом – нефтей и газоконденсатов, в виде, приемлемом для описания качественного состава рабочих смесей, по данным лабораторного анализа;

‒ различные методы расчета термодинамических свойств, таких как коэффициент фазового равновесия, энтальпия, энтропия, плотность, растворимость газов и твердых веществ в жидкостях и фугитивность паров;

‒ набор моделей для расчета отдельных элементов технологических схем процессов;

‒ средства для формирования технологических схем из отдельных элементов;

‒ средства для расчета технологических схем, состоящих из большого числа элементов, определенным образом соединенных между собой.

Характеристика их подсистем.

1) Термодинамические данные по чистым компонентам

Эти данные необходимы для расчета термодинамических свойств, таких как коэффициент фазового равновесия, энтальпия, энтропия, плотность,растворимость газов и твердых веществ в жидкостях и фугитивность паров. Они включают:

‒ критические параметры и фактор ацентричности;

‒ молекулярная масса;

‒ плотность в точке кипения или при стандартных условиях.

2) Средства представления и анализа свойств нефтей и газовых конденсатов

Эти средства необходимы, чтобы на основе данных лабораторных исследований свойств нефтей, газоконденсатов и нефтепродуктов получить необходимые данные для адекватного представления этих смесей в моделирующей системе.

3) Методы расчета термодинамических свойств

Обычно моделирующая система включает различные методы расчета термодинамических свойств, таких как коэффициент фазового равновесия, энтальпия, энтропия, плотность, растворимость газов и твердых веществ в жидкостях и фугитивность паров. Данные методы включают в себя:

обобщенные корреляции, такие как метод расчета коэффициентовфазового равновесия Чао-Сидера и метод расчета плотности жидкости API;

‒ уравнения состояния, такие как метод расчета Соава-Редлиха-Квонга для коэффициента фазового равновесия, энтальпий, энтропий и плотностей;

‒ методы коэффициентов активности жидкости, такие как метод NRTL (Non-Random Two-Liquid ‒ неслучайное двужидкостное) для расчета коэффициента фазового равновесия.

4) Средства моделирования процессов.

Все моделирующие системы включают

средства для моделирования следующего набора процессов:

‒ сепарация газа и жидкости (двух несмешивающихся жидкостей);

‒ однократное испарение и конденсация;

‒ дросселирование;

‒ адиабатическое сжатие и расширение в компрессорах и детандерах;

‒ теплообмен двух потоков;

‒ нагрев или охлаждение потока;

‒ ветвление и смешение потоков;

‒ процессы в дистилляционных колоннах с возможностью подачи и отбора боковых

материальных и тепловых потоков:

а) абсорберы;

б) конденсационные (укрепляющие) колонны;

в) отпарные (исчерпывающие) колонны;

г) дистилляционные колонны.

23. Этапы работы системы моделирования.

Этапы:

‒ создание нового задания;

‒ выбор единиц измерения;

‒ построение технологической схемы

‒ выбор компонентов

‒ выбор термодинамических моделей

‒ задание параметров потоков питания

‒ задание параметров единиц оборудования

‒ запуск программы компьютерного моделирования

‒ просмотр и печать результатов

Разберем каждый этап.

1) Создание нового задания.

Задается имя папки задания, куда будут помещены все файлы, относящиеся к данному заданию.

2) Выбор единиц измерения.

Можно выбрать единицы из следующих систем:

- СИ;

‒ модифицированная СИ;

‒ метрическая система;

‒ британская система.

3) Построение технологической схемы.

Построение технологической схемы с помощью программ моде<