авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Развитие аппаратурно-методических средств газового каротажа на примере волго-уральской нефтеносной провинции.

-- [ Страница 2 ] --

Необходимые порог чувствительности и верхний предел измерения газокаротажного хроматографа можно оценить, основываясь на рассмотрен-ном выше диапазоне газонасыщенности бурового раствора по формуле (2). Исходя из встречающихся на практике значений, необходимый диапазон регистрации суммарных газопоказаний ГСУМ составляет 0,004323,29304%. Однако, для решения других задач таких как прогнозирование нефтегазовых пластов до их вскрытия скважиной, чувствительность газокаротажного хроматографа должна быть повышена не менее чем на порядок (до 1 10-5 % об. по метану и до I I0-6 % об. для более тяжелых компонентов). Необходимо также отметить, что при проводке горизонтальных стволов, при добавках нефтепродуктов в промывочную жидкость, при работе с дегазаторами, обладающими большой степенью дегазации, концентрации анализируемых газовых смесей могут достигать максимально возможных величин. Таким образом, для эффективного проведения газового каротажа в сложных геологических условиях рассматриваемых регионов должно быть обеспечено измерение ГСУМ в широком диапазоне 1 * 10 -5 100 % об. по метану.

Анализ статистических материалов по минимальным толщинам продуктивных пластов, представляющих практический интерес, показывает, что время одного цикла анализа газокаротажного хроматографа не должно превышать 2 2,5 мин. При наиболее распростра­ненных скоростях вскрытия коллекторов – 20 30 м/ч, пласт толщиной 2 м будет охарактеризован по данным не менее 3 компонентных анали­зов.

Учитывая, что в исследуемой газокаротажным хроматографом газо­воздушной смеси наряду, с информативными компонентами, могут присут­ствовать также углеводороды тяжелее гексана и неуглеводородные га­зы, прибор, с учетом требуемого порога чувствительности, должен обеспечивать подавление помех не менее 120 дБ, создаваемых указанными неинформативными компонентами.

Полевые хроматог­рафы часто эксплуатируются в условиях длительного отрыва от баз снабжения. В связи с этим хроматограф должен быть рассчитан на длительную ав­тономную работу без пополнения расходуемых ресурсов, за исключени­ем воздуха, воды и электроэнергии. Хроматограф должен быть рассчитан на нормальную работу в ус­ловиях питания от сети электроснабжения буровой, которая, как пра­вило, нестабильна как по напряжению, так и по частоте.

При проведении компонентного анализа по стволу скважины к газокаротажному хроматографу предъ­являются следующие требования по надежности:

  • нижнее значение вероятности безотказной работы при довери­тельной вероятности РX = 0,8 должно быть за 50 часов работы не менее 0,99;
  • ремонтоспособность - среднее время восстановления работоспособности прибора должно быть не более I часа.

Анализ технических характеристик применяемых газокаротажных хроматографов типа Геопласт, ГХ-П001, ХГ-1Г показывает, что эти приборы обладают рядом недостатков и ограничений. К ним следует отнести низкую чувствительность, недостаточный верхний предел измеряемой концентрации; недостаточную разрешающую способность, трудоемкость обработки получаемых результатов. Для осуществления компонентного анализа в сложных геолого-технологических условиях рассматриваемых регионов необходимо создание специального газокаротажного хроматографа на базе новых технических решений, позволяющего обеспечить решение различных, а во многом и противоречивых задач.

Третья глава посвящена выбору методики высокочувствительной экспрессной хроматографии и обоснованию технических решений.

Из известных хроматографических методов разделения веществ наиболее предпочтительным для целей реализации «экспресс-анализа» газовой смеси яв-ляется метод газоадсорбционной хроматографии. Разделение веществ в хрома-тографии происходит за счет селективности используемого сорбционного слоя и эффективности хроматографической колонки. Селективность сорбционного слоя в газовой хроматографии определяется характеристикой применяемого сорбента, а эффективность - её геометрическими размерами и характеристиками применяемого газа-носителя, в частности, величиной его расхода через колонку QГН.

Известно [А.А. Жуховицкий, Н.М. Туркельтауб], что важным параметром, влияющим на хроматографическое разделение веществ, является термический фактор, позволяющий изменять во времени адсорбционные свойства колонки по определенной зависимости. Ими было показано, что наибольший эффект термический фактор дает для газоадсорбционной хроматографии при программировании температуры хроматографической колонки с большой скоростью (порядка 300 ОС / мин).

Анализ пороговых значений концентраций анализируемых компонентов показывает, что измерение этих компонентов хроматографом в условиях буро-вой возможно при условии применения в приборе высокочувствительного пламенно-ионизационного детектора. Он обеспечивает линейный динамичес-кий диапазон порядка 106, инерционность детектора не превышает 3 * 10 –4 сек.

При решении задачи расчета оптимального режима работы хроматогра-фа, при котором анализ выполнялся бы за минимальное время в условиях обеспечения заданного коэффициента разделения, были использова­ны дополнительные вспомогательные зависимости - лучевая диаграм­ма и годограф несорбируемого компонента. Эти вспомогательные за­висимости дают возможность определять основные параметры хроматографа, а также положение компонентов в каждый отдельный момент времени цикла анализа. С целью получения необходимых для расчета экспериментальных данных был собран макет хроматографа по схеме, показанной на рис.1. В макете была использована колонка внутренним диаметром 2 мм, заполненная активной окисью алюминия (Al2O3), обработанной 10% - ным раствором NaHCO3, зернением - 0,250,5 мм. В макете использовалось два детектора – полупроводниковый 2 и пламенно-ионизационный 5. Полупроводниковый детектор включен в схему для фиксирования момента нанесения пробы на хроматографическую колонку 4. Регистрирующим устройством 6 отмечались период удержания То несорбируемого компонента и времена выхода разделенных компонентов исследуемой смеси. Нанесение пробы исследуемой смеси на хроматографическую колонку осуществлялось дозатором 1. Мано­метрами 3 и 7 измерялось соответственно давление на входе и выходе хроматографической колонки. Проведенными исследованиями было установлено, что коэффициент размывания КДФN N-го компонента в колонке практически не зависит от температуры колонки и ее длины и в то же время является функцией расхода газа-носителя. Путем проведения ряда анализов газовой смеси при постоянной температуре колонки и различных расходах газа-носителя была составлена зависимость КДФN = f (QГН). Исходя из полученных данных выбран оптимальный расход газа-носите­ля, равный 6870 см3/мин. Ря­дом анализов определена зависимость коэффициента удерживания КУN N - го компонента от температуры хроматографической колонки при оптимальной величине QГН. График функции КУN = f () для углеводородов от метана до гексана, построенный в координатах lg (КУN-1) и t°С, показан на рис. 2.

Рис. 1. Схема макета для определения экспериментальных данных к расчету оптимального режима работы газокаротажного хроматографа.

 Рис 2. График зависимости коэффициента удерживания N-го компонента от температуры в-3

Рис 2. График зависимости коэффициента удерживания N-го компонента от температуры в хроматографической колонке.

Аппроксимируя кривую изменения КУN от температуры ступенчатой зависимостью и пользуясь данными графика, находим в графической форме движение исследуемой газо­вой смеси через хроматографическую колонку. Построение лу­чевой диаграммы (рис. 3) проводилось с учетом получения одинаковых расстоя­ний между точками пересечения ломаных линий, характеризующих дви­жение N-го компонента через хроматографическую колонку, с перпендикуляром, восстановленным в точке оси абсцисс, характеризующим выход N-го компонента из колонки. Выполнение данных требований необходимо для минимизации времени анализа. По полученным данным был определен температурный градиент для реализации необходимого значения времени удерживания ТN N-го компонента, соответствующее определенному из лучевой диаграммы значению КУN для N-го компонента. Температурный градиент представлен на рис. 4 в виде графика зависимости температуры колонки от времени.

 Лучевая диаграмма, изображающая движение N-го компонента через-4

Рис. 3. Лучевая диаграмма, изображающая движение N-го компонента через хроматографическую колонку при программировании температуры.

Оптимальная длина хроматографической колонки LОПТ в м опреде­ляется

по формуле: , (3)

где PО. ОПТ - оптимальное значение давления на входе колонки, МПа;

РL - давление на выходе колонки длиной L, МПа;

КL -коэффициент сопротивления колонки по ее длине.

Подавление сигналов неинформативных компонентов может быть достигнуто путем применения в приборе дополнительного кратковременного турбонагрева, заключающегося в применении непродолжительного по времени интенсивного нагрева хроматографической колонки после выхода последнего информативного компонента. Это позволит проводить геохимические исследования, не опасаясь неблагоприятного накопления неинформативных компонентов в колонке в процессе длительной работы.

В результате проведенных исследований и расчетов бы­ло установлено, что газокаротажный хроматограф должен иметь следующие параметры:

а) хроматографическая колонка с внутренним диаметром 2 мм, длиной - 2,0 м, заполненная алюмогелем, обработанным 10% -ным раствором
NaHCO3. Зернение сорбента должно быть 0,25 0,5 мм;

б) расход газа-носителя (воздуха) QГН = 65 70 см3 /мин;

в) программирование температуры хроматографической колонки в
процессе анализа должно осуществляться в соответствии с графиком (рис.4).

 Расчетная оптимальная программа нагрева хроматографической колонки для-6

Рис. 4. Расчетная оптимальная программа нагрева хроматографической колонки для газокаротажного хроматермографа.

Полученные данные позволили перейти к разработке технических решений. Приведенную на графике (рис. 4) скорость нагрева колонки невозможно реали-зовать пу­тем разогрева колонки в воздушном термостате. Решением поставлен-ной задачи является прямой нагрев колон­ки пропускаемым через нее электри-ческим током. Данная схема была реализована в хроматермографах типа ХТ-2М, ХГ-1Г. Однако заложенная в этих приборах схема нагрева колонки не обеспечивает воспроизводимости температурной программы. Нами был пред-ложен режим регулирования температуры ко­лонки по оригинальному алгоритму путем программируемого нагрева. Весь цикл анализа программно разбит на множество сегментов, в каждом из которых производится измерение температуры колонки, полученные величины сопоставляются с заложенными в памяти значениями – производится корректировка путем управления величи-ной тока нагрева. Перед началом нагрева измеряется температура колонки, сопоставляется с исходной (согласно графику на рис. 4), вводятся необходимые коррекции. Внутри каждого сегмента пошагово, перед установкой дискретного уровня нагрева, измеряется температура, вводятся поправочные коэффициенты в значения величины тока нагрева. Температура непосредственно корректиру-ется под каждый ожидаемый пик по жесткой программе с учетом изменения внешних факторов (температуры окружающей среды, параметров питающей сети и т.п.), чем обеспечивается стабильное воспроизведение выделяемых ком-понентов. Для уменьшения погрешности воспроизводимости времен выде­ления хроматографических пиков отсчет времени начала программирования температуры колонки ведется от момента регистрации максимума пика метана, ко­торый фиксируется до начала нагрева хроматографической колонки. Проведенные исследования показали, что предложенный алгоритм регулирования тем­пературы хроматографической колонки позволяет воспроизводить программируемый нагрев её со скоростью более 350°С/мин при погрешности не более 2 %.

Выполненные исследования позволили разработать газокаротажный хроматограф «Рубин». Принцип действия хроматографа основан на циклическом отборе проб газовоздушной смеси, непрерывно прокачиваемой через дозатор прибора от дегазатора непрерывного действия, с последующим компонентным анализом отобранных проб методом газоадсорбционной хроматермографии. Управление работой хроматографа осуществляется программой "Chrom", которая выполняет калибровку хроматографа; настройку режимов его работы и параметров цикла анализа; расчет концентраций углеводородных компонентов и суммарной концентрации; регистрацию, визуализацию и вывод на печать данных   хроматографического анализа газа; настройку интерфейса пользователя. На рис. 5 показана функциональная схема хроматографа «Рубин». Комплект хроматографа включает блок анализа газов 4, блок электропитания 5, блок газовых осушителей 3, генератор водорода 1 и компрессор воздуха 2. В блоке анализа газов смонтированы разделительная колонка 7, узел переключения газовых потоков, совмещенный с дозатором 6, пламенно-ионизационный детектор 8, модуль управления 9,

Рис. 5. Функциональная схема хроматографа «Рубин».

узел контроля и индикации 10, воздушный вентилятор для охлаждения колонки 11. Блок электропитания содержит модуль регулятора мощности 12, узлы формирования питающих напряжений 13, индикаторы напряжения и частоты питающей сети 14. При проведении компонентного анализа по стволу скважины газовоздушная смесь постоянно прокачивается вакуумным насосом через дозатор. В положении «I» узла переключения газовых потоков газовоздушная смесь промывает дозу отбираемого газа. В начале цикла узел переключения газовых потоков переводится в положение «II». В результате этого отсеченный в дозе объем газовоздушной смеси из дозатора в потоке газа-носителя наносится на сорбент разделительной колонки. Далее, в соответствии с заданным режимом анализа, узел переключения газовых потоков пере-водится в положение «I». В разделительной колонке происходит разделение по-ступившей газовой смеси на отдельные компоненты, которые с газом-носителем поступают в пламенно-ионизационный детектор. После выхода из колонки метана включается схема её нагрева. В результате этого по раз-делительной колонке начинает протекать электрический ток, эффективное зна-чение которого регулируется по определенной программе, создавая на колонке необходимый температурный градиент. В заданный программой момент времени схема нагрева колонки отключает ток в цепи, одновременно подается команда на включение вентилятора охлаждения, который охлаждает колонку до температуры, соответствующей началу следующего цикла анализа.

В четвертой главе приведены результаты опробования и промышленного внедрения научно обоснованной и технически реализованной аппаратуры газового каротажа.

Разработанная аппаратура в настоящее время серийно выпускается ОАО НПФ «Геофизика». Результаты опытно-промышленной эксплуатации хроматографа «Рубин» показали, что этот прибор обеспечивает возможность значительного расширения области практического применения методических средств газового каротажа. При этом было существенно сокращено число случаев выдачи недостоверных заключений детальных исследований перспективных пластов. Геологическая эффективность геохимических исследований, проведенных с использованием созданной аппаратуры, наглядно иллюстрируется представленными ниже примерами.

На рис. 6 приведен пример выделения нескольких чередующихся про-дуктивных пластов по кривым параметров газосодержания бурового раствора, зарегистрированным хроматографом «Рубин», на одной из скважин Балтаев-ской площади Республики Башкортостан. По динамике газопроявлений выделе-ны нефтенасыщенные песчаники бобриковского горизонта (интервалы 1602 – 1604 м и 1611 – 1613 м) и нефтесодержащий коллектор трещиноватого типа в карбонатных отложениях турнейского яруса нижнего карбона (интервал 1630 – 1638 м). Несмотря на увеличение фоновой газонасыщенности бурового раство-ра после вскрытия первого нефтесодержащего пласта выделены последующие газоаномальные участки. Частое чередование продуктивных пластов довольно четко фиксируется на газокаротажных кривых в виде отдельных аномалий, разделенных между собой относительно низким газосодержанием промывочной жидкости и уменьшением количества «тяжелых» компонентов.

На рис. 7 приведен пример выделения нефтеносного песчаного пласта после обработки нефтью бурового раствора на одной из скважин Хасановской площади Республики Башкортостан. После обработки промывочной жидкости нефтью значительно вырос геохимический фон бурового раствора. По прошествии некоторого времени, необходимого для выравнивания вновь образовавшегося фона, были проведены измерения абсолютных значений углеводородных составляющих извлекаемой из бурового раствора газовой смеси. Полученные величины были использованы для

Рис. 6. Пример выделения нескольких часто чередующихся пластов

(площадь Балтаевская Респ. Башкортостан).

корректировки калибровочных характеристик и внесены в эталонировочные характеристики хроматографа «Рубин». На приведенной диаграмме видно, что вид кривых регистрации геохимических параметров принял практически первоначальный «фоновый» вид. Дальнейшие детальные геохимические исследования по стволу скважины проводились с использованием скорректированных градуировочных характеристик. На кривой газосодержания контрастными показаниями отмечается интервал 1034 - 1041 м. Аномалии на диаграммах после обработки бурового раствора нефтью выделились рельефно.

Рис.7. Пример выделения пласта при добавлении нефти в буровой раствор

(площадь Хасановская Респ. Башкортостан).

Промышленное применение разработанных средств показало высокую геологическую эффективность метода газового каротажа и существенное рас-ширение круга многих существующих и создаваемых методических приемов:

  • прогнозирование приближения к продуктивному пласту непосредственно в процессе бурения скважины;
  • контроль положения траектории ствола при проводке горизонтальных участков скважины (как в теле самого пласта, так и при выходе за его границы);
  • наземная газовая съёмка, поверхностное оконтуривание месторождений;
  • поиск утечек газа из подземных хранилищ газа;
  • выявление гидродинамических связей между резервуарами углеводородов;
  • поиск и разведка месторождений каменного угля и горючих сланцев.

Основные выводы.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.