Разработка метода и технологии беспроводного геофизического контроля работы продуктивных пластов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат технических наук Шакиров, Альберт Амирзянович

• Шакиров, Альберт Амирзянович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат 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 диссертации (часть автореферата) 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 диссертации 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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шакиров, Альберт Амирзянович, 2009 год

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.