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 |

Разработка метода и технологии беспроводного геофизического контроля работы продуктивных пластов

-- [ Страница 2 ] --

Стендовые и скважинные испытания скважинного манометра показали, что НКТ можно использовать в качестве акустического канала связи «забой-устье», однако они выявили:

увеличение глубины передачи информации до 1000 м и более потребовало значительного повышения (в 1,5 раза) мощности излучающего преобразователя и соответствующего увеличения энергии источника автономного питания, в противном случае существенно сокращался срок службы всего устройства (с 16 до 7 месяцев), что явно было меньше среднестатистического межремонтного периода ШГН;

асфальтосмолопарафиновые отложения и недоворот муфт НКТ, что является весьма распространенным явлением, также оказывают существенное влияние на стабильность передачи информации на поверхность;

в случае плохой центровки штанг в НКТ, особенно в наклонно-направленных скважинах (ННС) и боковых горизонтальных отводах, значительно повышается интенсивность механических шумов, вызванных трением штанг о НКТ, что намного снижает помехоустойчивость акустического канала связи.

В результате выполненных автором исследований возможностей использования НКТ как акустического информационного канала для передачи данных о забойных параметрах с забоя на устье можно сделать следующие выводы:

использование НКТ в качестве акустического канала связи перспективно до глубин 800 м;

с целью повышения эксплуатационных возможностей скважинного манометра путем увеличения предельной глубины передачи информации и количества передаваемых параметров необходимо разработать более совершенный и наименее энергозатратный способ возбуждения и приема упругих колебаний в НКТ.

Так как средняя глубина скважин, оснащенных насосами с наземным расположением привода, составляет 1600…2000 м, было принято решение по исследованию возможностей электромагнитного канала связи для передачи информации с этой глубины.

Электромагнитный канал связи прошел широкое опробование в ТЛС при бурении скважин, хорошо себя зарекомендовал как надежный и достаточно помехоустойчивый, и, что немаловажно, слабо зависящий от механических свойств бурильных труб, аналогом которых в эксплуатационных скважинах является НКТ. Однако открытым оставался главный вопрос, насколько велико экранирующее влияние обсадной колонны и можно ли подобрать или рассчитать режим работы электромагнитного канала связи, чтобы свести это влияние к минимуму. Решению этого вопроса посвящается третья глава. В ней приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных автором с целью изучения возможностей электромагнитного канала связи для передачи информации о режиме эксплуатации продуктивного пласта в подпакерном пространстве при ОРЭ.

Автором были проведены соответствующие расчеты с целью оценки возможностей электромагнитного канала связи с дипольным излучателем для обеспечения его максимальной глубинности и высокой помехоустойчивости при передаче информации с забоя обсаженной скважины на поверхность в течение сеанса связи (рис.1).

В качестве источника информационного сигнала для исследований был выбран дипольный излучатель, один полюс которого является свободным, а второй подсоединен к массе глубинного оборудования. Оба полюса диполя разделены изолирующей вставкой, разделителем, размер которой закладывается в расчеты, начиная с длины равной 1 м и до 10 м с шагом 1 м. Ток возбуждения диполя взят равным 1А. Внешний диаметр обсадной колонны выбирался равным 146 мм, толщина стенки - 10 мм.

Вычислялся уровень электрического сигнала на поверхности в зависимости от глубины спуска диполя в скважину, величины несущей частоты генератора и значений средневзвешенного электрического сопротивления окружающей обсадную колонну горной породы.

Целью расчетов являлась оценка возможности получения на поверхности устойчивого по отношению к помехам электрического сигнала, превосходящего заданный минимальный пороговый уровень 5мкВ при изменении глубины, частоты и длины разделителя при постоянстве мощности излучения, определяемой величиной тока генератора, равной 1 А.

 Модель для расчета электромагнитного канала связи «забой-устье» в обсаженной-0

Рис.1. Модель для расчета электромагнитного канала связи «забой-устье» в обсаженной скважине.

1 - обсадная колонна; 2 – глубинное оборудование (НКТ, ШГН); 3 - разделитель; 4 - диполь; 5 - устройство электрического контакта свободного полюса диполя с колонной.

Автором были выполнены расчеты величины сигнала на поверхности U [мкВ] при разных значениях средневзвешенного удельного электрического сопротивления горной породы - УЭС: 1 Омм; 10 Омм; 50 Омм; 100 Омм.

Из анализа полученных результатов следует, что с увеличением величины УЭС можно получить на поверхности сигнал, превышающий выбранный порог помехозащищенности 5 мкВ путем размещения излучающего диполя на все больших глубинах, а именно: при УЭС= 1 Омм указанный порог достигается при глубинах от 200 до 900 м, при УЭС= 10 Омм - при глубинах от 210 до 1000 м, при УЭС= 50 Омм - при глубинах от 230 до 2100 м.

При этом значительную роль играет величина несущей частоты информационного сигнала: чем она меньше, тем больше глубинность диполя и, наоборот. Также обращает на себя внимание то, что глубинность растет интенсивно до величины УЭС, равной 50 Омм, а далее рост замедляется, несмотря на снижение несущей частоты.

Автором были выполнены расчеты изменения глубинности дипольного излучателя от длины разделителя при разных несущих частотах информационного сигнала. Из анализа полученных результатов можно сделать вывод о том, что по мере увеличения глубинности минимальный порог помехозащищенности легко преодолевается за счет увеличения длины разделителя до 2 м и более. Однако важную роль при этом играет величина несущей частоты, которая при глубине от 1000 м и менее не влияет на выбор длины разделителя, но при глубине от 1500 до 2000 м существенно влияет на выбор длины разделителя: так, например, указанный порог чувствительности преодолевается на частоте 1,5 Гц при длине разделителя до 3 м, а на частоте 2,5 Гц - при длине разделителя 8-9 метров.

Полученные результаты выполненных автором исследований возможностей использования электромагнитного канала связи с дипольным излучателем для передачи информации с забоя обсаженной скважины на поверхность показывают их реальную осуществимость при условии выбора оптимальных параметров дипольного излучателя.

В четвертой главе приводятся результаты разработки глубинного информационно-измерительного устройства с автономным питанием, предназначенного для контроля забойных параметров продуктивного объекта в подпакерном пространстве при ОРЭ, расположенного на приеме глубинного насоса, и наземного приемно-обрабатывающего устройства.

В разработанной информационно-измерительной системе реализованы оригинальные технические решения, защищенные автором патентами (№ 2240584, 2251617, 2281391) на изобретения.

Основные технические характеристики скважинного модуля «АСИМ»:

погрешность измерения избыточного давления ± 0,25 %;

погрешность измерения температуры ± 0,5 %;

разрешающая способность по давлению 0,00002 МПа;

разрешающая способность по температуре 0,03°С;

измеряемый дебит 3-100 т/сут;

погрешность измерения дебита ± 6 %;

диапазон регистрации влагосодержания 40 –100 %;

автономность работы, не менее 500 суток;

максимальный диаметр, не более 90 мм;

максимальная длина, не более 15 м.

Функциональная схема скважинного модуля «АСИМ», представленная на рис.2, включает следующие узлы: микроконтроллер (МК); часы реального времени с автономным питанием (ЧРВ); энергонезависимую память (ЭП); многоканальный 24-х разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП); датчики избыточного давления (ДД); датчик влажности (ДВ); батарею питания (БП); электронный ключ (К); преобразователь мощности (ПМ); стабилизатор напряжения (СН); блок передачи данных (БПД).

Скважинный модуль «АСИМ» может применяться в трех вариантах измерения забойных параметров: 1) режим измерения давления; 2) режим измерения давления и расхода; 3) режим измерения давления, расхода и влагосодержания. Во всех режимах производится измерение температуры, данные которого используются как отдельный параметр, так и для коррекции показаний датчиков избыточного давления.

При разработке скважинного модуля «АСИМ» важной задачей было обеспечение длительной автономности - до 1,5 года за счет оптимального использования источника автономного питания, что было достигнуто путем применения принципа многоканальности, децентрализованного питания функционально-законченных блоков и узлов: после запуска скважинного прибора на

 Функциональная схема скважинного модуля «АСИМ». поверхности осуществляется-3

Рис.2. Функциональная схема скважинного модуля «АСИМ».

поверхности осуществляется контрольный прием априорной информации, затем все потребители электроэнергии выключаются, кроме часов реального времени, которые имеют встроенный источник питания, рассчитанный на 10 лет работы. Перед самовыключением скважинный контроллер программирует будильник ЧРВ на следующее включение скважинной электроники, т.е. в программе МК заложен алгоритм работы прибора за весь период нахождения в скважине. Алгоритм включает как измерение забойных параметров с частотой 2 раза в неделю, так и проведение, например, гидродинамических исследований. Также на экономию энергии и потенциальную помехоустойчивость системы работает технология уширения спектра передаваемого сигнала. Данная технология подразумевает, что первоначально узкополосный (в смысле ширины спектра) полезный информационный сигнал при передаче преобразуется таким образом, что его спектр оказывается значительно шире спектра первоначального сигнала. То есть спектр сигнала как бы «размазывается» по частотному диапазону. Одновременно с уширением спектра сигнала происходит и перераспределение спектральной энергетической плотности сигнала — энергия сигнала также «размазывается» по спектру. В результате максимальная мощность преобразованного сигнала оказывается значительно ниже мощности исходного сигнала. При этом уровень полезного информационного сигнала может сравняться с уровнем естественного шума, из которого он выделяется на поверхности путем корреляционной обработки. В аппаратуре также применен оригинальный принцип многофункциональности, когда два датчика избыточного давления одновременно обеспечивают измерение забойного давления, температуры и расхода. При этом расход определяется методом переменного перепада давления за счет использования элементов конструкции скважины и корпуса скважинного прибора «АСИМ».

Весь процесс работы скважинного модуля «АСИМ» фиксируется в ЭП, с помощью которой после подъема модуля на поверхность имеется возможность, при необходимости, восстановить историю работы скважинного модуля «АСИМ».

В состав наземного приемно-обрабатывающего устройства входят устройство сопряжения с объектом (УСО) и переносной персональный компьютер (ноутбук). Компьютер содержит программу обработки, цифровой фильтр с корреляционной обработкой сигналов и визуализации обработанных данных. УСО обеспечивает предварительную аппаратную фильтрацию получаемых сигналов со скважинного модуля, оцифровывает их, после чего, в зависимости от режима работы, оцифрованные данные или передаются для обработки в компьютер, или сохраняются в энергонезависимой памяти.

Автором была исследована математическая модель дифференциального датчика давления, основного элемента расходомера, созданного на базе двух датчиков избыточного давления. При этом установлено, что измерение дифференциального давления по разработанной автором оригинальной схеме (патент № 2251617) повышает чувствительность в (R + R)/(R - R) раз, где R, R – приращения сопротивления тензорезисторов при воздействии давления на датчики Д1 и Д2 соответственно (рис.3).

 Принципиальная схема дифференциального датчика давления. Uоп – опорное-4

Рис.3. Принципиальная схема дифференциального датчика давления.

Uоп – опорное напряжение; Д1, Д2 – датчики избыточного давления; А1, А2, А3 – операционные усилители; R – точные резисторы; Uд – выходной сигнал.

Автором также разработано оригинальное устройство для одновременного измерения давления Р и температуры Т одним датчиком. Предложенное устройство позволило при измерении давления и температуры бифункциональным датчиком расширить область использования датчиков избыточного давления, их функциональные возможности, повысить точность измерения давления за счет температурной коррекции и за счет упрощения скважинного модуля повысить надежность всей системы измерения.

Для определения влагосодержания в добываемом продукте автором разработан простой и оригинальный способ измерения за счет использования двух серийных датчиков влажности, что также позволило существенно снизить погрешность измерений и повысить их стабильность и достоверность.

Для метрологической аттестации всего информационно-измерительной системы с участием автора был разработан специальный поверочный стенд, позволяющий проводить ее тарировку с помощью имитации реальных режимов работы по параметрам расхода, давления, влагосодержания и температуры.

Тарировка измерительных преобразователей аппаратуры «АСИМ» проводится в стендовых условиях по специальной методике, разработанной также с участием автора.

В пятой главе приводятся результаты производственных испытаний информационно-измерительной системы «АСИМ» и технологии ее применения на объектах ЗАО «Татойлгаз».

В общей сложности аппаратура «АСИМ» прошла опытно-промышленное опробование на 3-х скважинах, оснащенных одно- и двухлифтовой системой добычи, оборудованных соответственно двумя винтовыми с верхним приводом и двумя штанговыми насосами. Во всех упомянутых случаях технология применения аппаратуры заключалась в выполнении следующих обязательных операций: метрологической аттестации на поверочном стенде; временной синхронизации наземной и глубинной частей аппаратуры с заданием времени сеанса связи; компоновки глубинной части аппаратуры с приемом насоса с последующим спуском сборки на глубину, обоснованную режимом эксплуатации скважины; периодического съема информации о режиме эксплуатации в заданное время сеанса связи.

ЗАО «Татойлгаз» передано 3 комплекта аппаратуры «АСИМ», ЗАО «Татекс» - 2 комплекта «АСИМ-1», всего 5 комплектов, предназначенных для регистрации различного количества забойных параметров, а именно: один комплект «АСИМ-3» (давление, расход, влагосодержание); два комплекта «АСИМ-2» (давление, расход); два комплекта «АСИМ-1» (давление).

Подготовлены и переданы заказчикам технические описания и инструкции по технологии эксплуатации соответствующих типов «АСИМ».

В итоге, на каждый из 3-х установленных в скважинах комплектов аппаратуры «АСИМ» на скважинах «Татойлгаз», наработано в настоящее время не менее 6 месяцев непрерывной и безотказной работы, в течение которой выполнено не менее чем 90 замеров режимов по забойным параметрам.

С целью подготовки аппаратуры «АСИМ» к мелкосерийному выпуску и процедуре сертификации с участием автора разработаны технические условия 4315-001-50786922-2006 «Аппаратура скважинная измерительная модульная», которые согласованы с «Управлением по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Республике Башкортостан» письмом № 11-16/6604 от 19.06.2006.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения аппаратуры «АСИМ» составляет 355 тыс. рублей на комплект в год.

Основные выводы

Проведены теоретические, экспериментальные, методические и технологические исследования по разработке, не имеющей аналогов, информационно-измерительной системы, позволяющей осуществлять непрерывный контроль за режимом эксплуатации продуктивных пластов вообще и расположенных в подпакерном пространстве при ОРЭ, в реальном масштабе времени с требуемой точностью, что позволило сформулировать следующие выводы.

1. Научно обоснованы возможности передачи информации с забоя на устье обсаженной скважины по беспроводному каналу связи. Доказана возможность и установлены основные параметры (несущая частота, база сигнала, энергия сигнала и длина разделителя) электромагнитного канала связи как наиболее перспективного для указанных целей.

2. Разработаны: многоканальная скважинная геофизическая аппаратура с автономным питанием, устанавливаемая на приеме глубинного насосного оборудования и передающая данные на устье по электромагнитному каналу для регистрации наземной аппаратурой; оригинальные измерительные и технологические схемы регистрации текущих величин забойного давления, расхода, влагосодержания и температуры, основанные на использовании высокочувствительных измерительных преобразователей; программное обеспечение для управления процессом измерений, передачи и регистрации информации по беспроводному каналу связи.

3. Проведена успешная апробация разработанных измерительной системы и технологии ее применения в трех скважинах Урус-Тамакского месторождения ОАО «Татнефть».

4. Разработаны средства и методика метрологической аттестации аппаратуры автономного скважинного измерительного модуля (АСИМ) в стендовых условиях на базе ЗАО «Татойлгаз», а также технические условия (ТУ), согласованые с Управлением по Ростехнадзору по РБ.

5. Выполнен прогноз экономической эффективности внедрения разработок в скважинах Урус-Тамакского месторождения ОАО «Татнефть» в условиях ОРЭ. Показано, что ожидаемая экономическая эффективность составляет 355 тыс. руб. на одну скважину.

6. Результаты диссертационных исследований могут служить основой дальнейшего развития и использования ИИС для обеспечения мониторинга и управления разработкой отдельных залежей и месторождений, эксплуатируемых с применением как штанговых и винтовых, а также электропогружных насосных установок.

Публикации по теме диссертации:

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Рындин В.Н., Фионов А.И., Шакиров А.А. Программно-управляемый цифровой комплекс гидродинамического каротажа и опробования пластов. // НТВ «Каротажник». – Тверь: Изд.АИС. – 1996. – Вып._____.- С.63 – 76.

2. Рындин В.Н., Фионов А.И., Шакиров А.А. Компьютеризированная аппаратура АГИП-К гидродинамического каротажа и опробования пластов. // НТВ «Каротажник». – Тверь: Изд.АИС. – 2002. – Вып.___. - С.125 – 128.

3. Шакиров А. А. Геофизический контроль за режимом эксплуатации продуктивных объектов при одновременно-раздельной эксплуатации пластов // НТВ «Каротажник». – Тверь: Изд.АИС. – 2007. – Вып.___.- С.51 – 58.

4. Патент №2122113 РФ, Е21 В 47/06, 47/12. Способ измерения давления и передачи данных в эксплуатационной скважине и устройство для его реализации/ Шакиров А. А., Ахметшин Р. М., Иванов А. И., Губайдуллин Р. А. Приоритет 02.07.96; Опубл. 20.11.98. Бюл. №32.



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.