 |
Методика решения задач измерения температуры в скважине.
|
|
|
|
Первоначально оптическое волокно в нефтяной отрасли использовалось для передачи данных и команд, но впоследствии стало применяться и как скважинный датчик. В 1980-е гг. был разработан способ замера температуры по всей длине оптического волокна, и к началу 1990-х гг. эту технологию включили в некоторые типы систем закачивания нефтяных и газовых скважин. Оборудование, используемое для волоконно-оптического распределенного измерения температуры, не содержит движущихся частей и скважинной электроники — для сбора данных в разных точках пространства применяют лазерный луч и непрерывное оптическое волокно.[9] Вместо точечных замеров температуры, редко и нерегулярно выполнявшихся каротажными приборами на кабеле, высокочувствительная волоконно-оптическая система распределенного измерения температуры регистрирует данные на каждом метре (3,3 фута) скважины через регулярные промежутки времени. Такая равномерная выборка позволяет системе распределенного измерения температуры определять время и положение точек температурных изменений по мере возникновения этих изменений, что способствует лучшему пониманию процессов в данной скважине.[8]
Система мониторинга состоит из кабель датчика, точечного датчика температуры и давления, наземного регистратора распределенной температуры, наземного регистратора температуры и давления в точке, коммуникационного контроллера и программного обеспечения.
Кабель датчик, предназначен для построения гибридных измерительных систем и позволяет проводить измерения распределенной температуры, акустических колебаний и подключать к нему точечные датчики температуры и давления, размеры и конструкция датчика приведены в таблице 2.
|
|
|
Таблица 2
Конструкция кабель датчика.
| № Поз | Описание |
| Оптоволокно 4 шт. 9/125 2 шт 62,5/125 1 шт 50/125 2 шт | ||
| Стальная нержавеющая трубка диаметром 1,8 мм. Заполненная гидрофобным гелем. | ||
| Оболочка Стальной трубки. Толщина стенки 0,9 мм. | ||
| Повив брони. Проволока 1,5 мм | ||
| Оболочка кабеля. Толщина стенки 1,2 мм. | ||
| Основные характеристики | ||
| № | Величина | Значение |
| Диапазон регистрируемых температур | -60 до +130 | |
| Пространственное разрешение | 0,25 м | |
| Точность | 0,05% | |
| Пространственная точность | 0,5 м | |
| Температурная инерционность | 21 сек | |
| Минимальный диаметр изгиба | 100 мм |
Точечный датчик температуры и давления переназначен для непрерывного измерения температуры и давления в точке расположения датчика. Внешний вид датчика изображен на рис. 2.9
Рис. 2.9. Внешний вида точечного датчика температуры и давления Геоптикс. Датчик предназначен для работы при температурах от -10 до +150 С и в диапазоне давлений, от 0,2 до 100 МПа.
В качестве наземного оборудования для регистрации точечной температуры и давления, применяется регистратор давления и температуры Геоптикс, изображенный на (рис.2.10). При отсутствии связи, регистратор позволяет накапливать значения температуры и давления в течение 12 месяцев. При восстановлении связи информация передается на сервера.
Рис.2. 10 Наземный регистратор точечной температуры и давления
В качестве наземной аппаратуры для регистрации распределенной температуры применяется регистратор распределенной температуры производства ЗАО Геоптикс, изображенный на рис. 2.11.
Рис. 2.11 Регистратор распределенной температуры.
Регистратор распределённой температуры позволяет измерять температуру вдоль оптического волокна расположенного в кабель датчике с интервалами от 1 до 120 минут, и с пространственным разрешением от 25 о 200 сантиметров. Это позволяет каждый раз, при проведении исследований выбрать оптимальное время усреднения и оптимальное разрешение от которого зависит чувствительность и воспроизводимость измерений.
|
|
|
Например, при времени измерения 1 минута, воспроизводимость будет примерно 0,5 градуса.. При этом чувствительность зависит от зависит от типа волокна и его длины. Причем не просто длины, а расстояния до того интервала на котором измеряется температура как показано на (рис.2.12). 
Рис.2.12. Показано, насколько изменяется воспроизводимость при изменении расстояния до участка на котором происходят измерения и от времени измерения. По вертикали точность в градусах, по горизонтали расстояние до участка на котором измерялась температура, длина участков 1 метр, температура 50 градусов Цельсия.
По сути чувствительность - это способность фиксировать изменение температуры по времени или на соседнем участке на заданную величину. Также чувствительность (воспроизводимость) падает с уменьшением интервала, на котором измеряется температура. 
Рис.2.13. Приведен график зависимости чувствительности от расстояния при разных длинах интервала на котором происходит измерение.
Рис. 2.14 Общая схема подземного и наземного оборудования
Рис. 2.15. Общая принципиальная схема системы волоконно-оптического непрерывного мониторинга распределенной температуры и непрерывного мониторинга забойного давления скважины.
Согласно схеме, представленной на рисунке 2.15, регистрация температуры по стволу скважины осуществляется средствами оптоволоконной системы измерения распределенной температуры, основным элементом которой является закрепленный на внешнем диаметре оптоволоконный кабель-датчик. В качестве чувствительного элемента применено оптическое волокно. Регистрация данных термометрии в градусах Цельсия осуществляется ежеминутно по все длине кабеля, и в дальнейшем усредняется для повышения точности и с интервалом от 5 до 60 минут. В зависимости от проводимого исследования. Регистратор позволяет измерять температуру с шагом от 25 до 200 сантиметров. Шаг регистрации температуры можно менять. Исследования проводились в основном шагом регистрации температуры 25 и 50 сантиметров. 
|
|
|
Регистрация забойного давления осуществляется датчиком давления, установленным в мандрели под погружным насосом на глубине. Шаг регистрации забойного давления в МПа по времени 1 секунда – усреднение от 12 секунд до 10 минут.[ 10]
Все показания датчиков сохраняются в блок регистрации, расположенный в всепогодном шкафу на поверхности. и средствами спутниковой связи передаются на удаленный сервер. Доступ к информации стороннего пользователя осуществляется через программное обеспечение.
На рис. 2.16,2.17, 2.18 показаны элементы системы мониторинга.
| 
|
| Рис.2.16 Всепогодный шкаф с защитным козырьком и антенна спутниковой связи (на заднем плане) на скважине | Рис.2.17 Датчик давления на мандрели в процессе монтажа на скважине |
Рис.2.18 Кабель-датчик распределённой температуры выходящий из устьевого оборудования.
Интерпретационным критерием была выбрана тепловая инерция подземного оборудования и различная теплоемкость воды, газа и воды насыщенной газом и процессы теплопереноса этим вызванные. Это позволило оценивать динамический уровень жидкости в межтрубном пространстве, регистрируя температурные аномалии вызванные процессом теплообмена между жидкостью в НКТ, металлом НКТ и жидкостью и газом межтрубного пространства. На (рис. 2.19) можно увидеть как изменяющийся динамический уровень формирует соответствующую температурную аномалию.
Рис.2.19 По характеру термограммы можно определить динамический уровень при условии если в НКТ движется поток жидкости.
|
|
|
