Ответы. 1. Роль и значение информационного обеспечения в бурении
 Скачать 4.14 Mb.
|
|
30. Устройство, принцип действия, технические характеристики и практическое применение оборудования для инфракрасного исследования шлама и бурового раствора при строительстве нефтегазовых скважин Инфракрасная спектроскопия, являясь оптическим методом исследования, приобрела наибольшую популярность благодаря универсальности и высокой чувствительности, в т. ч. в целях исследования минерального состава горных пород и нефтесодержания промывочной жидкости. Инфракрасную область спектра условно разделяют на ближнюю (λ = 0,74 - 2,5 мкм), среднюю (λ = 2,5-50 мкм) и дальнюю (λ = 50 - 2000 мкм). Инфракрасная спектроскопия является мощным инструментом исследования взаимодействия излучения с веществом и идентификации химических соединений. Инфракрасная спектроскопия занимается получением, изучением и применением спектров испускания, поглощения и отражения. Наибольшее распространение получило исследование инфракрасных спектров поглощения, чьими основными характеристиками являются число полос поглощения, их ширина, форма и величина. ИК спектр смеси веществ является суммарным, а интенсивность полос поглощения каждой компоненты пропорциональна еѐ содержанию в смеси. Зависимость интенсивности поглощения от концентрации поглощающего вещества подчиняется закону Бугера-Ламберта- Бера. Подготовка к инфракрасному анализу шлама: шлам измельчается до порошка, добавляется клеящее вещество в виде порошка прозрачного в инфракрасном диапазоне, перемешивается и пресуется. В виде таблетки устанавливается в датчик, освечивается, после прохождения через таблетку попадает на фотоприемник. Если сигнал удовлетворяет условию Дерехле, можно разложить в ряд Фурье на составляющие гармоники, каждая из которых представляет собой синусоиду определенной частоты со своей амплитудой и сдвигом фаз. Особенность: в ИК диапазоне каждое вещество обладает уникальным спектром поглощения. Минусы: тщательная подготовка пробы и цена. Инфракрасная спектроскопия шлама основана на исследовании инфракрасных (ИК) спектров поглощения, которые возникают в результате поглощения ИК-излучения при прохождении его через вещество. Это поглощение селективно, поскольку происходит на частотах, совпадающих с собственными частотами колебаний атомов в молекулах вещества (например, нефти), а в кристаллических веществах (например, в кристаллических минералах) — с частотой колебаний кристаллической решетки. Так как для конкретного минерала существует своя полоса поглощения, то по полосам и их интенсивностям можно оценить минеральный состав шлама. Наряду с традиционными методами исследования разрабатывают ядерно-физические методы, не требующие предварительной подготовки шлама к исследованию. Они позволяют оценить интегральную радиоактивность проб, содержание в них естественных радиоактивных (К, U, Th) и ряда других (Si, Al, Ca, Fe) элементов, пористость проб шлама, содержание в них воды и нефти. Задачи, решаемые на основе анализа шлама, весьма разнообразны. С его помощью осуществляют прогноз зон АВПД, построение литолого-стратиграфических разрезов скважин, выделение и оценку содержания полезных ископаемых, выделение нефтегазовых коллекторов и оценку их коллекторских свойств, оптимизацию процесса бурения. Особенно велика роль шлама при недостаточном выносе керна. Такие анализаторы состоят из источника и приемника ИК-излучения, оптической системы, набора сменных светофильтров и электронного блока для обработки измерений. Измерение на определенной длине волны обеспечивается сменяемыми (вручную или автоматически) светофильтрами. Количество светофильтров определяется количеством анализируемых веществ, а сами светофильтры подбираются под определенные характеристические полосы. Несмотря на очевидную простоту анализатора он имеет свои недостатки. В частности, использование оптических фильтров снижает оптическую мощность излучения и, соответственно, уменьшает порог чувствительности измерительного прибора Применяемые приемники инфракрасного излучения требуют наличия определенной частоты модуляции сигнала, что достигается путем использования модулятора, прерывающего оптическое излучение источника с определенной частотой. Применение модулятора не только усложняет анализатор, но и может являться причиной смещения несущей частоты http://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-opticheskaya-informacionno-izmeritelnaya- sistema-issledovaniya.pdf 31. Контроль качества цементирования скважин на этапе проектирования скважины 32. Контроль качества цементирования скважин на этапе подготовки ствола скважины и спуска обсадной колонны Проверять на скопление шлама на стенках скважины, перво это надо оценить объем накопленного шлама, следить за скорость спуска подъема компоновки, то создается гидродинамическое воздействие на стенки скважины, на скорости подъема и геометральные размеры чтобы не было осыпей и обвалов стенок скважины ( находится в буровом окне), необходимо учитывать коэф свабирования, центрировать обсадную колонну чтобы толщина цемента со всех сторон была одинаковой для герметичности, соблюдение скорости спуска ОК, чтобы не вызвать ГРП 33. Назначение, устройство, принцип действия и технические характеристики станции контроля цементирования Станция контроля цементирования представляет собой комплекс технических и аппаратурно-программных средств и предназначена для контроля основных параметров процесса цементирования: Давления в подающей линии; плотности закачиваемого раствора; температуры закачанного раствора; расхода раствора; объёма раствора по циклам закачки; суммарного объёма закачанного раствора. Станция «СКЦ» представляет собой комплекс технических и программных средств для сбора, обработки и предоставления полной и достоверной информации в режиме реального времени, а также программное обеспечение для обработки зарегистрированных данных в режиме off-line. Программное обеспечение станции «СКЦ» позволяет оператору станции СКЦ, технологу по цементированию, с максимальной оперативностью управлять всеми технологическими процессами. Создание любых экранных форм помогает наблюдать весь процесс в графическом и цифровом виде. Диапазоны измерения параметров Давления, Мпа от 0 до 40 Температуры, °С от 0 до 100 Плотности, г/см3 от 0,8 до 2 Расхода, л/с от 0 до 100 Станция «СКЦ» представляет собой комплекс технических и программных средств для сбора, обработки и предоставления полной и достоверной информации в режиме реального времени, а также программное обеспечение для обработки зарегистрированных данных в режиме off-line. Программное обеспечение станции «СКЦ» позволяет оператору станции СКЦ, технологу по цементированию, с максимальной оперативностью управлять всеми технологическими процессами. Создание любых экранных форм помогает наблюдать весь процесс в графическом и цифровом виде. 34. Акустические методы и системы контроля качества цементирования: принцип действия, технические характеристики, особенности применения Целью цементирования является изоляция пластов друг от друга для исключения перетоков различных флюидов из одного пласта в другой. Качество цементирования обсадных колонн контролируется акустическим методом. Этот метод основан на измерении амплитуды продольной упругой волны, распространяющейся по колонне, цементному кольцу и породе и регистрации времени распространения этих колебаний. При воздействии на элементарный объем породы с помощью ультразвуковой волны (10-75 кГц) происходит деформация частиц породы и их перемещение. Во всех направлениях от точки приложения возбуждающей силы изменяется первоначальное состояние среды. Метод АКЦ позволяет: 1. установить высоту подъема цемента; 2. выявить наличие или отсутствие цемента за колонной; 3. определить наличие каналов, трещин, каверн в цементном камне; 4. изучить степень сцепления цемента с колонной и породами. Распространение упругих волн представляет последовательное возбуждении колебательного процесса в среде по различным направлениям от источника упругих волн. Характер движения частиц среды связан с теми или иными типами волн, которые могут существовать и распространяться на одном и том же участке среды независимо друг от друга. Скважинный прибор АКЦ представляет собой двухэлементный зонд, центрируемый в колонне. База зонда выбирается так, чтобы получить максимальную разницу в амплитудах против свободного и зацементированного участков труб при достаточно высоком уровне полезного сигнала по отношению к уровню помех. Этим условиям удовлетворяет база размером 2-2,5 м. Для получения информации по всему сечению скважины используются кольцевые (ненаправленные) магнитострикционные излучатели и приемник, непосредственно контактирующие с жидкостью в колонне. Качество цементирования обсадной колонны оценивается по трем измеряемым величинам: -амплитуде продольной волны по колонне Ак, -амплитуде Ап -времени распространения Тп продольной волны, регистрируемой в качестве первого вступления. Когда за колонной цемента нет или он имеется, но по всему периметру не сцеплен с колонной, приемник отмечает продольную волну по колонне. Она имеет максимальную амплитуду вследствие малого затухания и время пробега, соответствующее скорости распространения упругих волн в стали (V=5400 м/с). Против муфтовых соединений колонны наблюдается уменьшение амплитуды колебаний в связи с рассеянием энергии на резьбовых соединениях и увеличение времени пробега ("звенящая" колонна). Если цементное кольцо сцеплено только с колонной, то упругая волна по колонне будет резко ослаблена вследствие демпфирующего влияния цементного кольца и амплитуда Ак будет на уровне помех. В этом случае к приемнику с заметной амплитудой придет волна по цементному кольцу, в котором скорость распространения упругих колебаний невелика (Vц = 2500 м/с). Поэтому будет регистрироваться максимальное время Тп. Если цементное кольцо одновременно сцеплено с колонной и породой, то первой к приемнику будет подходить головная волна по породе, так как Vп>Vц. В этом случае Ап<Ак.max, Тп Тк и кривые Ап и Тп сходны с аналогичными кривыми, полученными в необсаженной колонне и соответствуют кривым других геофизических методов. Измерение аппаратурой АКЦ проводится через 1-2 суток после заливки цементного раствора. Масштаб регистрации Ак выбирается так, чтобы в зацементированной части скважины регистрируемый сигнал был близок к порогу чувствительности аппаратуры. Формирование цементного камня в скважинных условиях представляет собой сложный процесс, зависящий от температурного режима, давления, агрессивности пластовых вод, обезвоживания цементного раствора за счёт перепада давления и проницаемости горных пород, техники цементирования, конструкции скважины и других факторов. Отдельные из них увеличивают проницаемость цементного камня; другие ухудшают прочность и силу сцепления цементного камня с горными породами и металлом обсадных труб; третьи приводят к разрушению структуры, каналообразованию и разрывам в цементном камне. Всё в конечном итоге приводит к нарушению герметичности цементного камня. При цементировании заколонного пространства и при дальнейшей эксплуатации скважины в цементном кольце могут формироваться следующие основные дефекты: a) вертикальные каналы и трещины; b) кольцевые микрозазоры на границах с обсадной колонной и горными породами; c) горизонтальные разрывы цементного кольца; d) низкая прочность и высокая проницаемость цементного камня Время прохождения по породе широко меняется в зависимости от плотности породы. Если знать скорость волн до цементирования и сравнить их со скоростью волн после цементирования, то можно судить о качестве цементирования. 35. Радиоактивные методы и системы контроля качества цементирования: принцип действия, технические характеристики, особенности применения Метод позволяет: · определить высоту подъема цемента; · выявить наличие цемента и установить характер его распределения в затрубном пространстве; · обнаружить в цементном камне каналы. Наличие цемента в затрубном пространстве и его уровень подъема отмечается повышенными значениями гамма-активности на кривой ГМ за счет добавления в цементный раствор радиоактивных изотопов. До закачки активированного цемента регистрируют первоначальную кривую ГМ. Для активации цемента обычно применяют короткоживущие изотопы 131U, 59Fe, 95Sr, 65Zn, 222Rn. Если требуется установить лишь высоту подъема цемента, то активируется только его первая порция. С целью изучения характера распределения цемента в затрубном пространстве регистрируют кривую интенсивности гамма-излучения в функции угла поворота свинцового экрана с продольной щелью, окружающего счетчик гамма-квантов. Если цемент распределен вокруг колонны равномерно, а фактический диаметр скважины постоянен в разных направлениях, то кривая ГМ будет близка к прямой, параллельной оси абсцисс. При неравномерной толщине цемента вокруг колонны на кривой ГМ будут отмечаться отчетливые минимумы ΔIγ и min и максимумы ΔIγ и max. Чем более неравномерно распределен цемент за колонной, тем значительнее разница ΔIγ и = ΔIγ и max – ΔIγ и min. Этот метод применяется в том случае, когда требуется закачать небольшое количество активированного цемента, например при ремонтных работах. Повторная заливка активированного цемента позволяет обнаружить в цементном камне каналы. Расхождение в значениях интенсивности ΔIγ и на кривых ГМ, снятых после цементирования колонны без изотопов и с их добавкой, свидетельствует о перемещении активированного цементного раствора по каналам в цементном камне. Качество цементирования обсадных колонн можно также оценить путем закачки в перфорированный интервал активированной изотопами жидкости. Порядок работы с изотопами следующий: · регистрируется контрольная кривая ГМ в исследуемом интервале скважины; · через насосно-компрессорные трубы, опущенные в скважину до уровня верхних перфорационных отверстий, закачивают в скважину и задавливают в отверстия активированную жидкость; · через 3-4 ч проводят интенсивную промывку скважины через пространство между колонной и НКТ; · после подъема НКТ регистрируют повторную кривую ГМ. Сопоставление контрольной и повторной кривых ГМ позволяет выявить интервалы проникновения активированной жидкости за колонной. При хорошем качестве цементирования колонны активированная жидкость проникает только в интервал перфорации, при плохом – ниже или выше зоны перфорации. Недостатки метода: · необходимо соблюдать особые правила техники безопасности; · применение его возможно только в перфорированных скважинах; · исследуются сравнительно небольшие участки заколонного пространства; · трудоемкость работ, приводящая к длительному простою скважин. 36. Термометрические методы и системы контроля качества цементирования: принцип действия, технические характеристики, особенности применения Метод термометрии позволяет: · установить верхнюю границу цементного кольца; · выявить наличие или отсутствие цемента в затрубном пространстве; · определить степень равномерности распределения цемента по разрезу, связанную с литологией пород. Зацементированный интервал по термограмме отмечается повышенными значениями температуры на фоне общего постепенного возрастания ее с глубиной и расчлененностью кривой по сравнению с кривой против незацементированных участков скважин (рис. 36). Наибольшие аномалии на термограмме можно зафиксировать в промежутке времени от 6 до 24 ч после окончания заливки цемента. Уровень цемента по термограмме устанавливается на 5-10 м ниже начала подъема температурной кривой, тем самым учитывается распространение тепла вдоль ствола скважины. В интервале нахождения цемента дифференциация температурной кривой обусловлена литологией и кавернозностью разреза. Как правило, из-за различия тепловых сопротивлений песчаным, карбонатным, метаморфическим и изверженным породам соответствуют пониженные температурные аномалии, глинистым – повышенные. Кроме того, в глинистых породах температурный эффект чаще всего усилен за счет каверн, заполненных цементом. Неувязка температурных аномалий с литологией разреза свидетельствует о некачественном цементировании обсадной колонны (односторонняя заливка, разрывы сплошности цементного камня за колонной и др.). Недостатки метода: · зависимость температурного поля от времени проведения измерений после закачки цемента (по истечении 2 сут и более экзотермический эффект исчезает); · малая эффективность повторных измерений из-за нивелирования температурных аномалий за счет перемешивания жидкости в стволе скважины; · сложность отбивки границы цементного кольца при высоких температурах окружающих пород на больших глубинах (свыше 2000 м); 37. Структурная схема информационной системы бурового супервайзинга В общем случае, автоматизированная информационная система бурового супервайзинга (ИСБС) обеспечивает: 1. Строительство скважин по индивидуальным проектам, разработанным в полном соответствии с геологическими условиями точки заложения скважины и требованиями задания на проектирование с использованием «Системы автоматизированного проектирования строительства скважин на нефть и газ (САПР Бурение)»; 2. Создание информационной сети с автоматизированными рабочими местами на скважине для объединения всех поступающих данных с точек отбора и их последующей обработки и мониторинга; 3. Полное контролирование необходимых параметров строительства и эксплуатации скважины с автоматизированных станций сбора информации (ГТИ, ЗТС и др.) в реальном масштабе времени; 4. Обработку технико-технологической, экономической и экологической информации для использования на всех уровнях управления строительством скважин от бурильщика до руководства добывающего предприятия; 5. Формирование суточного рапорта супервайзера; 6. Создание и использование банка данных скважины для анализа и принятия решений по оптимизации процессов бурения и эксплуатации скважины; 7. Автоматизацию принятия решений по оперативному управлению на уровне комплексной корректировки проекта на строительство скважин с использованием САПР «Бурение»; 8. Выработку рекомендаций по корректировке задания на проектирование строительства последующих скважин, в том числе с учетом повышения их эксплуатационных качеств; 9. Учет расхода всех видов материальных и финансовых ресурсов при строительстве и эксплуатации скважин с учетом затрат на экологическую реабилитацию территории; 10. Экономический анализ и калькуляцию фактической стоимости строительства и эксплуатации скважины. Необходимо отметить, что внедрение системы гарантирует эффективное и безаварийное строительство скважины, т.к. в процессе строительства принимает участие вся информация, используемая в создании современных объектов нефтегазодобычи и, кроме того, идет накопление необходимого опыта для строительства и эксплуатации скважин месторождения. База данных формируется на основе информации, получаемой по результатам геолого- технологических и геофизических исследований скважин, расценок услуг, цен и объемов расходуемых материальных ресурсов, оплаты за используемое оборудование, транспортных средств, энергоресурсов и др. В результате решаются следующие задачи: – контроль и оптимизация процесса углубления скважины; – обеспечение соответствия фактической траектории ствола скважины проектному пространственному положению; – обеспечение контроля качества циркулирующего агента; – прогноз возможных осложнений при бурении; – обеспечение и контроль качества крепления скважин; – обеспечение и оценка качества заканчивания скважин; – контроль выполнения проектных требований к параметрам качества скважин; – мониторинг затрат и расходов материальных ресурсов; – калькуляция стоимости по фазам строительства скважины; – выработка рекомендаций по проектным решениям для строительства очередной скважины; – создание банка проектных данных и результатов мониторинга технологических, производственных и экономических показателей строительства и эксплуатации скважины. Структура автоматизированной информационной системы супервайзинга строительства и эксплуатации скважин показана на рисунке. Ее базовыми элементами являются: 1. Станция геолого-технологических исследований с видоизменяемой комплектацией функциональных модулей, комплектом информационных датчиков и компьютерным оборудованием с необходимым программным обеспечением (ГТИ); 2. Автоматизированное рабочее место супервайзера (АРМ бурового супервайзера) с пакетом программ, которое обеспечивает: 3. АРМ бурового мастера, позволяющее проводить: 4. АРМ технолога (бурильщика), оснащенное монитором в вибро-, ударо- и взрывозащищенном исполнении, на которое выводится: Информационная система бурового супервайзинга строительства и эксплуатации скважин, основанная на распределенной вычислительной сети, объединяющей компьютеры АРМов, станции ГТИ, ЗТС и сервер с банком данных, обеспечивает единое информационное пространство, охватывающее всех пользователей, работающих с различными форматами хранения данных, высокую достоверность информации и надежность ее хранения благодаря устойчивой к сбоям и потерям информации конфигурации вычислительной системы. Кроме того, ИСБС представляет собой эффективную систему накопления, хранения и поиска технико-технологической и финансово-экономической информации с помощью единой базы данных. Ее структурные элементы обеспечивают архивацию данных для использования в ближайшей и дальней перспективе, а также обработку документов и построение системы анализа, прогнозирования и оценки обстановки для оперативных решений и выработки оптимальной стратегии. |