Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка метода и технологии беспроводного геофизического контроля работы продуктивных пластов

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка метода и технологии беспроводного геофизического контроля работы продуктивных пластов"

На правах рукописи

Шакиров Альберт Амнрзянович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ТЕХНОЛОГИИ БЕСПРОВОДНОГО ГЕОФИЗИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 25.00.10. - Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 8 OKI 7ЛП9

003479015

На правах рукописи

// Шакиров Альберт Амнрзянович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА II ТЕХНОЛОГИИ БЕСПРОВОДНОГО ГЕОФИЗИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 25.00.10. - Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в «Ассоциации геолого-геофизических предприятий по научно-техническому и информационному сотрудничеству» (Геоинформ-технология) г. Октябрьский

Научный руководитель: доктор технических наук

Гуторов Юлий Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

старший научный сотрудник Кнеллер Леонид Ефимович

кандидат технических наук Султанов Алмаз Музавирович

Ведущая организация: ОАО «Башнефтегеофизика», г. Уфа

Защита состоится «24» сентября 2009 г. в 15 часов в конференц - зале совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.020.01 при Открытом акционерном обществе «Научно-производственная фирма «Геофизика» (ОАО НПФ «Геофизика») по адресу: 450005, г. Уфа, ул. 8-ое Марта, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПФ «Геофизика».

Автореферат разослан «21» августа 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук <:

Хисаева Д. А.

Введение

Актуальность проблемы. На протяжении длительной истории эксплуатации многопластопых объектов нефтегазовых месторождений на территории России никаких серьезных трудностей не возникало, хотя она велась, как правило, общим забоем, как по закачке воды, так и по отбору жидкости. Однако с течением времени, по мере выработки основной доли активных, наиболее подвижных запасов нефти, подобная система эксплуатации перестала себя оправдывать. Особенно сильно ее недостатки стали проявляться на завершающей стадии разработки, з которую вступило большинство месторождений нефти на территории России. С другой стороны, основной причиной недостатков указанной схемы эксплуатации явилась существенная неоднородность многопластовых объектов по фильтрационно-емкостным свойствам (ФЕС), которая привела в течение длительной разработки общим забоем к их неравномерной выработке и, как следствие, - к снижению коэффициента извлечения нефти (КИН).

Все перечисленное выше поставило в последние годы перед нефтедобывающими предприятиями сложную техническую задачу по информационному обеспечению скважин, оборудованных установками штанговых глубинных насосов (УШГН) и установками винтовых глубинных насосов (УВГН), и, в особенности, многопластовых объектов при одновременно-раздельной их эксплуатации.

В настоящее время ОАО "Татнефть" начало активно применять разновидности установок для одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) двух продуктивных объектов, основанные на одно - и двухлифтовой системах подачи продукции на поверхность различными видами механизированного оборудования: УШГН, УВГН, установками электроцентробежных насосов (УЭЦН).

Большинство скважин на месторождениях России эксплуатируются механизированным способом и если, в случае применения погружных электроцен-

тробежных насосов в качестве линии питания и передачи информации может быть использован силовой кабель и эти скважины можно охватить традиционными технологиями исследований, то в случае применения штанговых и винтовых погружных насосов геофизические исследования скважин заменяют компьютерными моделями фильтрационных потоков флюидов в продуктивных пластах, где используется необходимый набор данных, полученных путем исследований параметрических скважин.

Известно (Г. А. Белышев, М. А. Токарев, А. С. Ахметов), что наилучший контроль за разработкой нефтегазовых многопластовых скважин, оснащенных механизированным насосным оборудованием, осуществляется в настоящее время с помощью многоканальных геофизических зондов с передачей данных по каротажному кабелю или геофизических скважинных приборов, работающих в автономном режиме. Подобные устройства подробно описаны в различных публикациях, отражающих их конструктивные особенности (В. М. Осадчий и др.).

Причины, по которым эти технологии не востребованы нефтяными компаниями, заключаются в следующем. Исследования дистанционной аппаратурой в динамическом режиме через затрубное пространство скважин, оборудованных УШГН, УЭЦН ограничены вследствие больших углов наклона скважин, наличия в затрубном пространстве достаточно больших давлений, требуют применения специального устьевого и подземного оборудования; исследования скважин, оборудованных УШГН, УЭЦН, через затрубное пространство дистанционной аппаратурой в стационарном режиме ограничены вследствие необходимости привлечения бригады капитального ремонта скважин (КРС), дополнительных затрат на применение на устье специальной арматуры.

Из всего вышесказанного следует вывод о том, что при ОРЭ проблема контроля забойных параметров нижнего пласта, отделенного от верхнего пласта изолирующим пакером, представляет собою сложную научно-техническую задачу и должна решаться на основе создания надежного канала связи "забой-

устье", обеспечивающего передачу информации в реальном масштабе времени от забойных датчиков давления, расхода и влагосодержания на устье скважины.

Цель работы

Информационное обеспечение работы продуктивных пластов на основе разработки метода и технологии беспроводного геофизического контроля.

Основные задачи исследований

1. Изучение возможности передачи информации с забоя на'устье обсаженной скважины по беспроводному каналу связи.

2. Обоснование выбора и оптимизация режима функционирования наиболее эффективного метода передачи информации с забоя на устье обсаженной скважины по беспроводному каналу связи.

3. Разработка информационно-измерительной системы (ИИС) и технологических схем измерения (ТСИ), обеспечивающих передачу в реальном масштабе времени информации о режимах эксплуатации продуктивного пласта путем измерения давления, температуры, влагосодержания и расхода в обсаженной скважине по беспроводному каналу связи с забоя на устье.

4. Промышленная апробация разработанной информационно-измерительной системы на объектах с ОРЭ и разработка методики и технологии ее применения в условиях ОАО «Татнефть».

Методы решения поставленных задач

Аналитические, теоретические и экспериментальные исследования с целью выбора и обоснования технических решений по реализации эффективного беспроводного канала передачи информации с забоя на устье в обсаженной скважине.

Технико-технологическая реализация в макетном и опытно-экспериментальном исполнении информационно-измерительной системы с автономным питанием, оснащенной соответствующими измерительными преобразователями и программным обеспечением.

Анализ результатов стендовых и скважинных испытаний ИИС с целью оптимизации выбранных технических решений и обоснования области и уело-

вий ее применения.

Научная новизна

1. Экспериментально обоснована возможность использования беспроводного акустического канала связи для передачи данных о режиме эксплуатации продуктивного объекта с забоя обсаженной скважины на устье для глубин до 800 м.

2. Доказана возможность и обоснованы основные параметры (несущая частота, база сигнала, энергия сигнала и длина разделителя) беспроводного электромагнитного канала связи, обеспечивающего передачу информации о режиме эксплуатации продуктивного объекта с забоя обсаженной скважины на устье для глубин до 2000 м.

3. Разработана информационно-измерительная система, в которой сква-жинная и наземная аппаратура, метрологическое и программное обеспечение, объединены в технологические схемы измерений для решения конкретных геолого-геофизических задач по дистанционному контролю забойного давления, температуры, состава и количества, поступающего из пласта или закачиваемого в пласт, флюида по беспроводному электромагнитному каналу связи.

Защищаемые положения

1. Информационно-измерительные системы для дистанционного контроля режима эксплуатации нефтяных скважин по беспроводному каналу связи в реальном масштабе времени.

2. Многоканальная скважинная геофизическая аппаратура с автономным питанием, устанавливаемая на приеме глубинного насосного оборудования и передающая данные на устье по электромагнитному каналу связи, сопрягаемая с регистрирующей наземной аппаратурой, и соответствующее программно-методическое обеспечение.

3. Методическое и технологическое обеспечение беспроводных геофизических исследований для контроля процесса притока или закачки жидкости в пласт с оптимально-обоснованными техническими характеристиками и количеством геофизических датчиков с учетом обеспечения максимального энерго-

сбережения.

Практическая ценность н реализация в промышленности

Исследования по теме диссертации позволили разработать опытно-экспериментальный образец скважинной информационно-измерительной аппаратуры с автономным питанием - «АСИМ», методику и технологию ее применения, которые прошли опытно-промышленное опробование в ЗАО «Татойлгаз» и ЗАО «Татех» в условиях ОРЭ многопластовых объектов использованием двух включенных последовательно УВГН с верхним электроприводом и УШГН при двухлифтовой системе эксплуатации.

Опытно-экспериментальными образцами аппаратуры «АСИМ» были оснащены скважины 256, 520 и 543 на Урус-Тамакском нефтяном месторождении, на которых осуществлялся непрерывный контроль режима эксплуатации продуктивного пласта в подпакерном пространстве путем регистрации в течение года параметров забойного давления, расхода пластового флюида и его вла-госодержания.

Два комплекта аппаратуры «АСИМ» были также переданы нефтедобывающей компании ЗАО «Татекс», где ими были оснащены две скважины, оборудованные каждая двумя УШГН с двухлифтовой системой эксплуатации.

На всех выше перечисленных объектах аппаратура «АСИМ» хорошо себя зарекомендовала, что позволило проводить регулярный контроль за режимом эксплуатации продуктивных пластов при ОРЭ и своевременно корректировать производительность глубинного оборудования для добычи.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения информационно-измерительной системы при переводе скважин из нерентабельного фонда в рентабельный фонд составляет 355 тыс. рублей на скважину в год.

По результатам опытно-экспериментального опробования аппаратуры «АСИМ» и технологии ее применения были подготовлены ТУ на ее мелкосерийное изготовление, которые прошли согласование в «Управлении по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора РФ при Республике Башкортостан» письмом № 11-16/6604 от 19.06.2006.

Разработанные аппаратура «АСИМ» и технология прошли стадию опытно-экспериментального опробования, доработаны с учетом выявленных в процессе испытаний недостатков и могут быть рекомендованы к массовому внедрению на объектах с ОРЭ.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на IV научном симпозиуме «Геоинформационные технологии в нефтепромысловом сервисе» (г. Уфа, 2005), на научно-технической конференции, посвященной 50-летию ТатНИПИнефть ОАО «Татнефть» (г. Бугульма, 2006), на научно-технической конференции, посвященной 50-летию филиала УГНТУ «Проблемы нефтегазового дела» (г. Октябрьский, 2006), на 36-ой научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (г. Уфа, 2009).

Публикации

Основные результаты и положения диссертационной работы опубликованы в 20 печатных трудах, восемь из которых написаны соискателем без соавторов, восемь работ опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК. В работах, написанных в соавторстве, соискателю принадлежат постановка задач, проведение аналитических, теоретических, экспериментальных и промысловых исследований и обобщение их результатов.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем работы составляет 131 страницу машинописного текста, включая 15 таблиц, 51 рисунков и библиографический список использованных источников из 92 наименований.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность за оказанную помощь при выполнении настоящей работы своему научному руководителю - д. т. н. Ю. А. Гуторову, зам. ген. директора ЗАО «Татойлгаз» А. М. Бадретдинову, генеральному директору ООО «Технологии нефтедобычи» И. X. Шамсуллину, вед. специалисту ПТО ЗАО «Татойлгаз» Ш. М. Арсланову и нач. промысла №1 Урус-Тамакского нефтяного месторождения Р. 3. Миннига-

лимову.

Содержание работы

Во введении сформулированы цель и основные задачи исследований, научная новизна и защищаемые положения, приведена практическая значимость работы.

В первой гла ве приводится обзор существующих геофизических методов и средств, предназначенных для контроля за разработкой продуктивных пластов при ОРЭ. Представлено описание насосного оборудования (УШГН, УВГН), применяемого при ОРЭ. Показано, что от особенностей компоновки и конструкции этого оборудования при ОРЭ зависит техническая сложность решения проблемы геофизического контроля. Например, в случае двухлифтовой системы эксплуатации с применением штанговых насосов проблема контроля сводится в основном только к оценке величины забойного давления на приеме нижнего насоса, тогда как контроль расхода продукции и ее влагосодержания может быть осуществлен только на поверхности с помощью соответствующих контрольно-измерительных средств.

Наиболее сложной в техническом отношении является задача контроля за режимом разработки в случае однолифтовой системы эксплуатации, когда необходимо измерять на приеме нижнего насоса не только забойное давление, но также расход и влагосодержание. При этом тип глубинного оборудования (штанговые, винтовые или центробежные насосы) не оказывает существенного влияния на сложность решения поставленной задачи.

Поскольку в случае штанговых насосов, в отличие от ЭЦН, силовая линия отсутствует, а использовать ее как линию передачи информации не позволяют проблемы, связанные с существенными переделками их конструкции для размещения в них соответствующих телеметрических линий связи (TJIC), то в настоящее время разработаны и применяются по крайней мере два наиболее распространенных способа контроля за забойными параметрами.

При первом способе геофизический зонд, оснащенный соответствующи-

ми измерительными преобразователями давления, расхода, влагосодержания и температуры, спускается на кабеле в подпакерное пространство и устанавливается вблизи приема нижнего насоса. Спуск зонда осуществляется одновременно со спуском НКТ и насосного оборудования с последующим раскрытием разделительного пакера.

Недостатки: высокая аварийность при спуско-подъемиых операциях (СПО), вызванная повреждением кабеля.

При втором способе геофизический зонд, оснащенный соответствующими измерительными преобразователями, работает в автономном режиме от индивидуального источника питания, спускается на скребковой проволоке в подпакерное пространство и устанавливается также вблизи приема нижнего насоса. Спуск зонда осуществляется также одновременно со спуском НКТ и насосного оборудования.

Недостатки: возможность получения информации о режиме эксплуатации объекта в подпакерном пространстве только при подъеме всего механизированного оборудования, т. е. при проведении очередных ремонтных работ.

В связи с неотложной необходимостью решения поставленной задачи осуществления непрерывного контроля режимов эксплуатации продуктивных пластов при ОРЭ с заранее заданной точностью и установленной невозможностью его осуществления с использованием кабельного канала связи, становится очевидной необходимость проведения исследований по изучению возможности использования для этих целей беспроводного канала связи «забой-устье».

Во второй главе проведен анализ существующих методов беспроводной передачи информации с забоя скважины на дневную поверхность.

Были проанализированы возможности двух видов беспроводного информационного канала связи, наиболее перспективных для передачи информации «забой-устье» в обсаженной скважине, а именно: акустический канал связи; электромагнитный канал связи.

Необходимо отметить, что анализ возможностей акустического и элек-

тромагшггиого каналов связи был ранее выполнен рядом исследователей достаточно детально (Н. В. Беляков, Л. А. Молчанов, В. П. Чупров) применительно к решению проблемы передачи информации о забойных параметрах в процессе бурения. Специфика решения проблемы в этом случае существенно отличается от той, с которой специалисты имеют дело в случае обсаженной скважины, т.к. при бурении мы имеем дело с открытым, не обсаженным колонной забоем, а во втором - обсадная колонна полностью перекрывает горные пороДы и выполняет роль заземленного экрана, который существенно снижает эффективность электромагнитного канала.

С этой точки зрения возможности акустического канала связи представляются более предпочтительными, поскольку в этом случае непосредственным проводником информационного сигнала выступает собственно сама обсадная колонна либо НКТ.

Для практической проверки возможности использования НКТ в качестве линии связи и отработки функциональных узлов глубинного информационно-измерительного устройства автором был разработан скважинный манометр с автономным питанием, снабженный излучателем упругих волн особой конструкции, который преобразовывал значение давления на забое в определенную последовательность упругих волн с последующим их приемом на устье с помощью специального съемника упруг их колебаний.

Управление работой глубинного и устьевого устройств осуществлялось с помощью соответствующих микроконтроллеров, работа которых была засин-хронизирована с использованием часов реального времени, что позволяло осуществлять получение информации в заранее заданное, с помощью соответствующей управляющей программы, время.

Разработанный автором скважинный манометр (патент №2122113), использующий НКТ в качестве линии связи «забой-устье», прошел промышленное опробование в НГДУ «Бавлылефть» в ска. №194, оборудованной ШГН. Глубина передачи информации составляла 770 метров.

В скважшшом манометре использовался следующий способ передачи

данных: побитная последовательная передача кодированной информации осуществлялась в фиксированные моменты времени, причем логический нуль не передавался, а логическая единица передавалась п раз в течение временного окна для передачи одного бита информации, передаваемая кодированная информация приводилась к условию m < р, где ш - количество логических единиц в байте информации, р - количество логических нулей в байте информации.

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, п противном случае существенно сокращался срок службы всего устройства (с 16 до 7 месяцев), что явно было меньше среднестатистического межремонтного периода ШГН;

асфальтосмолоиарафиновые 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 г. 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 №СТ 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 количе-

ства передаваемых параметров необходимо разработать более совершенный и наименее гшергозатратнын 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 глубнны.

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 груб, 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 целыо изучения возможностей электромагнитного канала связи для передачи информации о режиме эксплуатации продуктивного пласта в иодпакерном пространстве при ОРЭ.

Автором были проведены соответствующие расчеты с целью оценки возможностей электромагнитного канала связи с дшюльным 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 вы-

бирался 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 ] А.

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

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

Автором были выполнены расчеты величины сигнала на поверхности I)

[мкВ] при разных значениях средневзвешенного удельного электрического сопротивления горной породы - УЭС: 1 Омхм; 10 Омхм; 50 Омхм; 100 Омхм.

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 УЭО 1 Омхм указанный порог достигается при глубинах от 200 до 900 м, при УЭС= 10 Омхм - при глубинах от 210 до 1000 м, при УЭС= 50 Омхм - при глубинах от230 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

I

интенсивно до величины УЭС, рапной 50 Омхм, 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 какала 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 ин-

формационно-измерительного устройства с автономным питанием, предназначенного для контроля забойных параметров продуктивного объекта в подпа-керном 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 скважинпого 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 ± б %;

диапазон регистрации влагосодержания 40 -100 %;

автономность работы,''не менее 500 суток;

максимапьный диаметр, не более 90 мм;

максимальная длина, не более 1Г> 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 нлагосо-держания. 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

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 скважипный контроллер прог раммирует 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 (ЛЯ + ЛЯГ)/(ЛЯ - АНГ) раз, где ЛЯ ЛЯ' - приращения сопротивления тензорезисторов при воздействии давления на датчики Д1 и Д2 соответственно (рис.3).

Рис.3. Принципиальная схема дифференциального датчика давления.

иоп - опорное напряжение; Д,, Д2 - датчики избыточного давления; Аь А2, Аз - операционные усилители; Я - точные резисторы; ид - 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 «Та-текс» - 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 выпол-

нено не менее чем 90 замеров режимов по забойным параметрам.

С целыо 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 под-пакерном 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), согласо-ваные 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 A.A. Программно-управляемый цифровой комплекс гидродинамического каротажа и опробования пластов // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд.АИС. - 1996. - Вып.26,- С.63 - 76.

2. Рындин В.Н., Фионов А.И., Шакиров A.A. Компьютеризированная аппаратура АГИП-К гидродинамического каротажа и опробования пластов // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд.АИС. - 2002. - Вып.93. - 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.З (156).- 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. При-

оритет 02.07.96; Опубл. 20.11.98. Бгал. №32.

5. Патент №2240584 РФ, G 01 V 1/40. Способ запуска автономного сква-жннного прибора и устройство для его реализации/ Шакиров A.A., Шакирова O.A. Приоритет 03.02.03; Опубл. 20.11.04. Бюл. №32.

6. Патент №2251617 РФ, Е21 В 47/06. Устройство для измерения давления в процессе бурения./ Шакиров А. А., Чупров В. П., Шайхутдинов Р. А. Приоритет 09.06.03; Опубл. 10.05.05. Бюл. № 13. '

7. Патент №2281391 РФ, Е21 В 47/06, 47/12. Способ измерения давления и передачи данных в эксплуатационной скважине и устройство для его реализации/ Шакиров А. А., Шайхутдинов Р. А. Приоритет 11.03.04; Опубл. 10.08.06. Бюл. №22.

8. Заявка на изобретение №2005136035 РФ, Е21 В 47/00. Устройство для контроля за разработкой многопластовых эксплуатационных скважин/ Шакиров А. А. Приоритет 21.11.05; Опубл. 10.06.07. Бюл. №16.

В других изданиях:

9. Шакиров А. А. Использование тензометрических датчиков избыточного давления для измерения дифференциального давления // Сборник статей аспирантов и молодых специалистов, выпуск 1 «Проблемы геологии, геофизики, бурения и добычи нефти». - Уфа, 2004. - С. 75 -77.

10. Шакиров А. А. Автономный скважинный информационно-измерительный модуль «АСИМ» // Сборник статей аспирантов и молодых специалистов, выпуск 2 «Проблемы геологии, геофизики, бурения и добычи нефти». -Уфа, 2005.-С. 118-120.

11. Шакиров А. А. Опыт информационного обеспечения одновременно-раздельной эксплуатации пластов // Тезисы докладов IV научного симпозиума «Геоинформационные технологии в нефтепромысловом сервисе». - Уфа, 2005. -С. 107-108.

12. Гуторов Ю. А., Шакиров А. А. О перспективах создания эффективной системы мониторинга разработан нефтегазовых месторождений // Сборник докладов научно-технической конференции, посвященной 50-летиго ТатНИ-

ПИнефть ОАО «Татнефть», 25-26 апреля 2006 г. - Бугульма, 2006. - С. 157-158.

13. Шакиров А. А., Гуторов Ю. А., Потапов А. П. Исследование возможности беспроводного канала связи с гальваническим возбуждением электромагнитного поля для передачи информации о режиме эксплуатации обсаженных скважин,- Депонировано в ВИНИТИ от 26.07.06, №1007-В2006.

14. Гуторов Ю. А., Шакиров А. А. О перспективах создания эффективной системы мониторинга разработки нефтегазовых месторождений// Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию филиала УГНТУ в г. Октябрьском «Проблемы нефтегазового дела». -Уфа, 2006,- С. 9-10.

15. Шакиров А. А., Бадретдинов А. А. Современная система мониторинга режима работы скважин при одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов// Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию филиала УГНТУ в г. Октябрьском «Проблемы нефтегазового дела». - Уфа, 2006. - С. 36-37.

16. Гуторов Ю. А., Шакиров А. А. Проблемы эффективного контроля режимов добычи в нефтегазовых скважинах при одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых объектов// Сборник научных трудов, т.1 «Актуальные проблемы нефтегазового дела». - Уфа, 2006. - С. 70-82.

17. Гуторов А. Ю., Шакиров А. А. Перспективы повышения эффективности разработки нефтяных месторождений на поздней стадии эксплуатации на основе интеллектуальных скважинных систем управления (ИССУ). // Сборник научных трудов, т.1 «Актуальные проблемы нефтегазового дела». - Уфа, 2006. - С.104-118.

18. Ермоленко О. Ф., Рубанова И. Г., Шакиров А. А. Оценка экономической эффективности внедрения модуля «АСИМ» // Сборник научных трудов, т.1 «Актуальные проблемы нефтегазового дела». - Уфа, 2006. С.132-136.

19. Шакиров А. А. Аппаратура контроля за технологическим режимом скважины при одновременно-раздельной эксплуатации пластов // Сборник статей аспирантов и молодых специалистов, выпуск 4 «Проблемы геологии, гео-

физики, бурения и добычи нефти. Экономика и управление». - Уфа, 2007. - С. 124-131.

20. Шакиров А .А., Исхаков У. Ф., Гуторов Ю. А. К вопросу о возможности создания «интеллектуальной системы» управления технологическими процессами в нефтедобыче// Сборник докладов 36-ой научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. - Уфа, УГНТУ. - 2009,-С.25-29.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Шакиров, Альберт Амирзянович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ. ДЛЯ КОНТРОЛЯ' ЗА РАЗРАБОТКОЙ ПО ТЕХНОЛОГИИ' ОРЭ И ОБОСНОВАНИЕ СОЗДАНИЯ БЕСПРОВОДНОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.

1.1. Стандартные геофизические и гидродинамические исследования скважин, оборудованных штанговыми насосами.

1.2. Стандартные геофизические и гидродинамические исследования скважин, оборудованных винтовыми насосами.

1.3. Выбор* и обоснование создания беспроводной информационно-измерительной системы с автономным питанием контроля за разработкой отдельных продуктивных пластов по технологии ОРЭ.

2. АНАЛИЗ< СУЩЕСТВУЮЩИХ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ'БЕС-ПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ-С ЗАБОЯ СКВАЖИН

НА ДНЕВНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ.

2.1. Общие сведения из теории информации, свойствах сигнала и системах измерений в скважинах.

2.2. Акустический канал связи.

2.3. Электромагнитный канал связи.

2.4. Комбинированный канал связи.

2.5. Обоснование выбора электромагнитного способа передачи информации о технологических параметрах с забоя скважин эксплуатируемых штанговыми и винтовыми насосами.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ИНФОРМАЦИОННО - ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ КАНА

ЛОМ СВЯЗИ.

ЗЛ. Расчет затухания сигнала в конкретных геологических разрезах, вобсаженных скважинах.

3:2. Исследование природы и уровня помех при кустовой эксплуатации нефтегазовых скважин.

3.3. Обеспечение условий приема полезного сигнала на поверхности»и его реальный уровень.

3.4. Выводы по выбору параметров информационно-измерительной установки! с электромагнитным каналом связи.

4. РАЗРАБОТКА. И ВНЕДРЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННО - ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ* С АВТОНОМНЫМ1 ПИТАНИЕМ, ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА РАЗРАБОТКОЙ ПО ТЕХНОЛОГИИ ОРЭ:.

4. К Технические требования к информационно — измерительной системе с автономным* питанием.

4.2. Структурная схема,информационно - измерительной системы.с автономным питанием .'.

4.2.1. Скважинный'модуль.:.

4.2.2. Наземный модуль.

4.2.3: Измерительные преобразователи.

4.2.4. Программное обеспечение.

4.2.5. Источники'питания:.

4.3. Методика и технология проведения работ с информационно — измерительной системой с автономным,питанием по технологии ОРЭ.

4.4. Метрологическое обеспечение информационно — измерительной системы с автономным.питанием по технологии ОРЭ.

5: РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ВНЕДРЕНИЯ СКВАЖИННОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С АВТОНОМНЫМ ПИТАНИЕМ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ НА УРУС-ТАМАКСКОМ* МЕСТОРОЖДЕНИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА РАЗРАБОТКОЙ ПРИ ОРЭ

5.1. Особенности эксплуатации Урус-Тамакского месторождения.

5.2. Традиционная методика контроля параметров режима добычи при ОРЭ (ОРЗ).

5.2.1. Замер дебита.

5.2.2. Замер обводненности продукции.

5.2.3. Определение забойных давлений.

5.3. Результаты промышленного внедрения аппаратуры «АСИМ» и технологии ее применения при ОРЭ на Урус-Тамакском месторождении.

5.4. Оценка и прогноз экономического эффекта от внедрения аппаратуры «АСИМ» и технологии ее применения на объектах ЗАО «Татойлгаз» с ОРЭ (ОРЗ).

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка метода и технологии беспроводного геофизического контроля работы продуктивных пластов"

Актуальность проблемы

В 60—70-х годах прошлого»века в стране весьма интенсивно велись работы, в области одновременно-раздельной- эксплуатации' нескольких* пластов (ОРЭ): Впервые технологию ОРЭ опробовали нефтяники-Азербайджана, которые нашли, оригинальные способы,ее решения,[36, 37, 48] путем модернизации существующего глубинно-насосного оборудования.

Затем, подобная технология ОРЭ была, опробована на Арланском* месторождении-Башкирии [6], и нефтепромыслах Чечено-Ингушетии [48]. Надо отметить, что ОРЭ реализовалась в упомянутых регионах в основном при фонтанном режиме работы-скважин, но с переходом на механизированную эксплуатацию скважин конструкции установок для ОРЭ сильно усложнились, но в связи с отсутствием надежных и удобных в работе межтрубных пакеров, работы по внедрению этой технологии к середине 70-х годов прошлого столетия практически прекратились.

Однако с течением времени, по мере выработки основной доли^активных, наиболее подвижных запасов нефти способ совместной эксплуатации^ разных пластов общим забоем перестал себя оправдывать. Особенно-сильно его недостатки стали проявляться на завершающей стадии разработки-, в которую вступило большинство месторождений нефти на территории России.

С одной стороны, основной причиной недостатков указанной схемы эксплуатации явилась существенная неоднородность многопластовых объектов по ФЕС, которая привела в течение длительной разработки,общим забоем к их неравномерной выработке и как следствие к снижению фактического суммарного КИН.

С другой стороны, существенное различие реологических свойств и химического состава нефти, добываемых из отдельных продуктивных объектов, расположенных в разрезе эксплуатационных скважин, в условиях рыночной экономики, диктующей цены на продукцию в соответствии с принятыми на нее сертификатами качества, привело к введению» запрета на их смешивание при сдаче потребителю.

В' настоящих условиях, по вышеназванным причинам актуальность проблемы. ОРЭ опять возросла и требует своего эффективного решения на базе современных достижений в области техники и технологии механизированной добычи нефти.

Так в ОАО "Татнефть" уже начали применять разновидности установок для ОРЭ двух продуктивных объектов: одно- и двухлифтовые [9].

Однолифтовая установка содержит одну колонну НКТ, штанговый насос с дополнительным высасывающим" клапаном, установленным на боковой поверхности цилиндра и пакер, разделяющий объекты эксплуатации.-При движении плунжера вверх-в цилиндр сначала поступает продукция нижнего пласта через основной всасывающий клапан, а после прохождения плунжером бокового клапана - через него уже продукция верхнего пласта. При этом давление на приеме насоса от верхнего пласта должно, быть выше, чем от нижнего, что обеспечивает закрытие основного-всасывающего клапана. Если по условиям эксплуатации, наоборот, давление на приеме насоса от нижнего пласта будет выше, то установку собирают таким образом, чтобы всасывающий клапан был соединен с подпакерной зоной, а основной - сообщался с верхним пластом.

Двухлифтовая установка содержит две колонны НКТ, два штанговых насоса, пакер, разделяющий объекты- эксплуатации, два станка-качалки и двуствольную устьевую арматуру с двумя сборными линиями для раздельного транспортирования продукции.

В НК ЗАО "Татойлгаз" применяют для ОРЭ однорядную (однолифтовую) установку с двумя последовательно (тандемом) расположенными винтовыми насосами, разделенными пакером, изолирующим два эксплуатационных объекта (верхний и нижний) друг от друга.

Оснащение скважин эксплуатируемыми в режиме ОРЭ двумя добывными установками (штанговыми либо винтовыми) влечет за собой значительные усложнения процесса регулирования режима их работы, в» связи с возможными неконтролируемыми изменениями промысловых параметров объектов разработки.

Основными параметрами, необходимыми для регулирования режимов работы добывающих скважин, оборудованных установками для ОРЭявляются дебит, обводненность продукции и забойное давление для- каждого из эксплуатируемых объектов. Эти параметры необходимо контролировать-в реальном масштабе времени с начала их пуска и в ходе всей последующей эксплуатации. Кроме того, надо иметь ввиду, что введенный в 2006 году ГОСТ 8.615-2005 «Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения количества извлекаемой из недр нефти и нефтяного газа.Общие метрологические и технические требования» [11] обязывает нефтедобывающее предприятие обеспечить инструментальный контроль за разработкой! каждого объекта эксплуатации, находящегося в разрезе добывной скважины, независимо от их количества и реологических свойств добываемой нефти.

Большинство скважин на месторождениях России' эксплуатируются механизированным способом и если, в случае применения-погружных электроцентробежных насосов в качестве линии питания и передачи информации может быть использован силовой кабель и эти скважины можно охватить традиционными традиционными технологиями исследований, то в случае "применения штанговых и винтовых погружных насосов, геофизические исследования скважин заменяют компьютерными моделями фильтрационных потоков.флюидов в продуктивных пластах, где используется необходимый набор данных, полученных путем исследований параметрических скважин.

Известно (Г. А. Белышев, Ml А. Токарев, А. С. Ахметов), что наилучший контроль за разработкой нефтегазовых многопластовых скважин, оснащенных механизированным насосным- оборудованием, осуществляется в настоящее время с помощью многоканальных геофизических зондов с передачей данных по каротажному кабелю или геофизических скважинных приборов, работающих в автономном режиме. Подобные устройства подробно описаны в различных публикациях, отражающих их конструктивные особенности (В. М: Осадчий и др.).

Причины, по которым эти технологии не востребованы нефтяными компаниями: исследования дистанционной аппаратурой в динамическом режиме через затрубное пространство скважин, оборудованных ШГН, ЭЦН ограничены вследствие больших углов наклона скважин; наличия в затрубном пространстве достаточно больших давлений, требуют применения специального устьевого и подземного оборудования; исследования скважин, оборудованных ШГН, ЭЦН, через затрубное пространство-дистанционной аппаратурой в стационарном режиме ограничены- вследствие необходимости привлечения бригады KPG, дополнительных затрат требует применения на устье специальной арматуры [2,8].

Из всего вышесказанного следует вывод о том, что при ОРЭ проблема контроля забойных параметров нижнего пласта, отделенного от верхнего пласта изолирующим пакером представляет собою* сложную научно-техническую задачу и должна1 решаться на- основе организации надежного канала связи "забой-устье", обеспечивающего передачу информации в реальном масштабе времени- от забойных датчиков давления, расхода и влагосодержания на устье скважины [12,13,14].

Цель работы

Информационное обеспечение работылродуктивных пластов на основе разработки метода и технологии беспроводного геофизического контроля

Основные задачи исследований

1. Изучение возможности передачи информации с забоя на устье обсаженной скважины по беспроводному каналу связи.

2. Обоснование выбора и оптимизация режима функционирования наиболее эффективного, метода передачи информации с забоя на устье обсаженной скважины по беспроводному каналу связи.

3. Разработка информационно-измерительной системы (ИИС) и технологических схем измерения (ТСИ), обеспечивающих передачу в реальном масштабе времени информации о режимах эксплуатации продуктивного пласта путем измерения давления, температуры, влагосодержания и расхода в обсаженной.скважине по беспроводному каналу связи с забоя на устье.

4: Промышленная апробация- разработанной информационно-измерительной системы на.объектах с ОРЭ,и разработка методики-и технологии ее применения в условиях ОАО «Татнефть».

Методы решения поставленных задач

Аналитические, теоретические и экспериментальные исследования с целью выбора и обоснования оптимальных технических решений по реализации эффективного беспроводного канала передачи информации с забоя на устье в обсаженной скважине.

Технико-технологическая реализация в макетном и опытно-экспериментальном исполнении информационно-измерительной системы с автономным питанием, оснащенной соответствующими измерительными преобразователями и программным обеспечением.

Анализ результатов стендовых и скважинных испытаний ИИС с целью оптимизации выбранных технических решений и обоснования области и условий ее применения:

Научная новизна

1. Экспериментально обоснована возможность использования беспроводного акустического канала связи для передачи данных о режиме эксплуатации продуктивного объекта с забоя обсаженной скважины на устье для глубин до 800 м.

2. Доказана возможность и обоснованы основные параметры (несущая частота, база сигнала, энергия сигнала и длина разделителя) беспроводного электромагнитного канала связи, обеспечивающего передачу информации о режиме эксплуатации продуктивного объекта с забоя обсаженной скважины на устье для-глубин до 2000 м.

3. Разработана информационно-измерительная система, в которой сква-жинная и наземная аппаратура, метрологическое и программное обеспечение, объединены в технологические схемы измерений для решения конкретных геолого-геофизических задач по дистанционному контролю забойного давления, температуры, состава и количества, поступающего из пласта или закачиваемого в пласт, флюида по беспроводному электромагнитному каналу связи. I

Защищаемые положения

1. Информационно-измерительные системы для дистанционного контроля режима эксплуатации нефтяных скважин по беспроводному каналу связи в реальном масштабе времени.

2. Многоканальная скважинная геофизическая аппаратура с автономным питанием, устанавливаемая на приеме глубинного насосного оборудования и передающая данные на устье по электромагнитному каналу связи, сопрягаемая с регистрирующей наземной аппаратурой, и соответствующее программно-методическое обеспечение.

3. Методическое и технологическое обеспечение беспроводных геофизических исследований для контроля процесса притока или закачки жидкости в пласт с оптимально-обоснованными техническими характеристиками и количеством; геофизических датчиков с учетом обеспечения максимального энергосбережения.

Практическая ценность и реализация в промышленности

Исследования* по теме диссертации позволили разработать опытно-экспериментальный образец^ скважинной информационно-измерительной аппаратуры с автономным питанием — «АСИМ», методику и технологию ее применения, которые прошли опытно-промышленное-опробование в-ЗАО «Татойл-газ» и ЗАО «Татех» в условиях ОРЭ многопластовых объектов использованием двух включенных последовательно УВГН с верхним электроприводом и> УШГН при двухлифтовой системе эксплуатации.

Опытно-экспериментальными образцами аппаратуры «АСИМ» были оснащены* скважины 256, 520 и 543 на Урус-Тамакском* нефтяном месторождении, на которых с ее помощью осуществлялся непрерывный контроль режима эксплуатации продуктивного пласта в подпакерном пространстве путем регистрации в течение года параметров забойного- давления, расхода1 пластового флюида и его влагосодержания:

Два- комплекта аппаратуры «АСИМ» были также переданы- нефтедобывающей компании-ЗАО «Татекс», где ими'были оснащены-две скважины, оборудованные каждая двумя УШГН с двухлифтовой системой эксплуатации:

На всех выше перечисленных объектах аппаратура «АСИМ» хорошо себя зарекомендовала; что позволило с ее помощью проводить регулярный контроль за режимом эксплуатации продуктивных пластов при ОРЭ и своевременно корректировать производительность глубинного оборудования для добычи.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения^ информационно-измерительной системы при переводе скважин из нерентабельного фонда в рентабельный фонд составляет 355 тыс. рублей на скважину в год.

По результатам опытно-экспериментального опробования аппаратуры «АСИМ» и технологии ее применения были подготовлены ТУ на ее мелкосерийное изготовление, которые прошли согласование в «Управлении по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора РФ при Республике Башкортостан» письмом № 11-16/6604 от 19.06.2006.

Разработанные аппаратура «АСИМ» и технология прошли стадию опытно-экспериментального опробования, доработаны с учетом< выявленных в процессе испытаний недостатков и могут быть рекомендованы к массовому внедрению на объектах с ОРЭ.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на IV научном симпозиуме «Геоинформационные технологии в нефтепромысловом сервисе» (г. Уфа, 2005), на научно-технической конференции, посвященной 50-летию ТатНИПИнефть ОАО «Татнефть» (г. Бугульма, 2006), на научно-технической конференции, посвященной 50-летию филиала УГНТУ «Проблемы нефтегазового дела» (г. Октябрьский, 2006), на 36-ой научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (г. Уфа, 2009).v

Публикации.

Основные результаты и положения диссертационной работы опубликованы в 20 печатных трудах, шесть из которых написаны соискателем без соавторов, восемь работ опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК. В работах, написанных в соавторстве, соискателю принадлежат постановка задач, проведение аналитических, теоретических, экспериментальных и промысловых исследований и обобщение их результатов.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем работы составляет 131 страниц машинописного текста, включая 15 таблиц, 51 рисунок и библиографический список использованных источников из 92 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Шакиров, Альберт Амирзянович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведены теоретические; экспериментальные; методические и технологические исследования по разработке, не .имеющей! аналогов; информационно-измерительной' системы,, позволяющей!осуществлять. непрерывный!контроль за режимом; эксплуатации продуктивных;пластов, расположенных: в подпакерном пространстве приз ОРЭ ' в реальном масштабе* времени? с; требуемою точностью; чтб1 позволило; сформулировать^следующие выводы;

Г. Научно обоснованы возможности передачи информации с забоя» на устье обсаженной-скважины по; беспроводному каналу связи: Доказана возможность , и установлены основные параметры 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; влаго-содержания: 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), согласо-ваные 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 в целом эксплуатируемых с применением как штанговых и винтовых, а также электропогружных насосных установок.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Шакиров, Альберт Амирзянович, Уфа

1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. -М.: Высшая^ школа, 1983.-536 с.

2. Белоус В. Б., Билинчук В.Ю., Кременецкий М.И., Силов В.Ю. Технология гидродинамических исследований эксплуатационных скважин механизированного' фонда // НТВ», «Каротажник». -Тверь: Изд. АИС.- 2002.-Вып. 98.- С.51-57.

3. Беляков Н.В1 Забойная телеметрическая!система геофизического управления^ траекторией бурящихся.горизонтальных скважин: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 04-00-12. Тверь. - 1996. -171 с.

4. Беляков Н:В., Фролов Д.П« Экспериментальная аппаратураjдля. передачи информации от забойной телеметрической системы по гидроакустическому каналу связи // НТВ «Каротажник». -Тверь: Изд.АИС.-2000: Вып. 66.-С. 101-105.

5. Беляков H.BV Фролов Д.П. Скважинные испытаниях аппаратуры гидроакустического канала связи для-забойных телеметрических систем // НТВ «Каротажник». -Тверь: Изд. АИС. 2000.- Вып. 67. - С.39-45.

6. Вайсман А. М., Рассказов В > А. Некоторые вопросы одновременно-раздельной эксплуатации двух продуктивных пачек в скважинах Арланского месторождения. Труды УФНИИ, вып. XIX. 1966. - G.81-87.

7. Варакин JI. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. — М., Радио и связь, 1985. 384 с.

8. Гаджиев М.А. Инженерные приемы определения водо- и газонефтяных контактов в межтрубном пространстве/ТНефтяное хозяйство. 2003. - №9. -С.74-76:

9. V. ГОСТ 8:616-2005; Государственная система обеспечения? единства; измерений. Измерения; количества» извлекаемой? из недр нефти и нефтяного газа:: Общие метрологические и технические требования. Дата введения в действие 01^.03 :2006;

10. Диафрагмы, сопла ИСА 1932 и трубы Венгури, установленные в заполненных трубопроводах круглого сечения. Технические условия; ГОСТ 8.563.1-97.

11. Дияшев Р.Н. Исследования эффективности совместной и раздельной разработки неоднородных нефтенасыщенных коллекторов многопластовых нефтяных месторождений // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. - 2003. -Вып. 109.- С. 147-176;

12. Ермоленко О. Ф., Рубанова W. Г., Шакиров А. А. Оценка экономической эффективности внедрения модуля «АСИМ» // Сборник научных трудов, т.1 «Актуальные проблемы нефтегазового дела». Уфа, 2006. - С. 132-136.

13. Заявка на изобретение №2005136035 РФ; Е21 В 47/00. Устройство>для контроля за разработкой многопластовых эксплуатационных скважин/ Шакиров А. А. Приоритет 21.11.05; опубл. 10.06.07, Бюл. №16.

14. Зюко» А. Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. М.: Связь, 1963.-320 с.

15. Исакович М. А. Общая акустика. М., Наука, 1973. - 496 с.

16. Исхаков И.А., Лаптев В.В. Мониторинг разработки многопластовых объектов в скважинах с УЭЦН. «Интервал», Самара. 2008. - №7. - С. 14-16.

17. Камалов Ф. X., Белышев Г. АХакимов В. С. и др. Комплекс испытательного оборудования на трубах для исследования скважин с геофизическим сопровождением // НТВ «Каротажник». -Тверь: Изд. АИС. 2005. -Вып. 10-11 (137-138). -С.169-177.

18. Каплан Л.С., Каплан А.Л. Справочное пособие нефтяника. Уфа-Октябрьский , 2004. 318 с.24'. Колмогоров А. Н. Теория информации и, теория алгоритмов. М., Наука, 1967.-304 с:

19. Копылев В. Е., Гуреев И. Л. Акустическая1 система связи с- забоем скважины при бурении. М.: Недра, 1979. 184 с.

20. Котельников В. А. Теория потенциальной помехоустойчивости. М., Госэнергоиздат, 1956. — 150 с.

21. Литвинов С. Я., Мамедов Н. В. Аналитическое решение уравнения,описывающего электрический каротаж обсаженных скважин // Изв. ВУЗов. Нефть и газ. 1975. - №4. - С.3-6.

22. Литвинов С. Я., Мамедов Н. В. К вопросу электрического каротажа обсаженных скважин // Изв. ВУЗов. Нефть и газ. 1974. - №12. - С.15-18.