СКАЧАТЬ:  pgmp-2.zip [410,72 Kb] (cкачиваний: 115)

Курсовой проект

по дисциплине:

«Промыслово-геофизические методы и приборы »

на тему:

«Задачи, решаемые в стволе действующей скважины с помощью гамма плотнометрии»

Aльметьевский государственный нефтяной институт

Кафедра АИТ

ЗАДАНИЕ

На курсовой проект

по дисциплине Промыслово – геофизические методы и приборы

Студентка гр  

Тема «Задачи, решаемые в стволе действующей скважины с помощью гамма плотнометрии»

Исходные данные

Предоставить следующий материал:

1. Теория

2. Расчетная часть

3. Графическая часть

Рекомендуемая литература

____________________________________________

____________________________________________________________________

_

Дата выдачи задания

Дата защиты

Преподаватель

Оценка

Содержание:

Введение………………………………………...………...……………………..4

1 Понятие и определение плотности………………………………...….....…..5

2 Гамма-плотнометрия……………………..………………………………….8

3 Гамма-гамма-плотнометрия…………………………………………….…..23

4 Гамма-плотномер-толщиномер скважинный типа СГДТ-Э……………...33

Заключение…………………………………………………………………….36Список литературы …………………………………………..…………….....37 Приложение …………………………………………………………………...38

 ВВЕДЕНИЕ

Поток в стволе скважины, как правило, неоднороден и пред­ставляет собой смесь, компоненты которой отличаются друг от друга физическими свойствами (плотность, диэлектрическая прони­цаемость, удельное электрическое сопротивление или проводи­мость и т д.). Определение одного из физических свойств смеси положено в основу методов изучения ее состава в стволе сква­жины.

Методы, с помощью которых изучают состав смеси в стволе скважины, входят в комплекс исследования эксплуатационных скважин; данные этих методов используются при решении практи­чески всех задач контроля разработки нефтяных месторождений.

Методы для изучения состава смеси в стволе скважины могут быть классифицированы следующим образом:

а)   объемные, определяющие среднюю по сечению колонны ве­личину исследуемого физического свойства смеси (гамма-плотностнометрия по рассеянному излучению, градиент-манометрия);

б)  локальные, оценивающие значение исследуемого физиче­ского параметра смеси в месте нахождения в скважине датчика прибора (гамма-плотнометрия по просвечиванию, диэлектрическая влагометрия и т. д.);

в)  инверсионные, фиксирующие изменения структуры смеси (метод резистивиметрии).                                                                                                     В настоящее время в нефтепромысловой практике для исследо­вания состава смеси наиболее широко используются следующие методы: гамма-плотнометрия (гамма-гамма-каротаж скважинной смеси), метод диэлектрической влагометрии, резистивиметрия. Рассмотрим подробнее метод гамма-плотнометрии.

1 ПОНЯТИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ

Плотность является одной из основных физических величин, характеризующих свойства веществ. Измерение плотности веществ играет существенную роль при проведении исследовательских работ в различных отраслях науки и техники, а также при осуществлении контроля за технологическими процессами и качеством продукции.                                      Следует отметить большое значение приборов для автоматического измерения плотности, которые являются весьма важным элементом комплексной автоматизации производственных процессов во многих отраслях.                                                                                               Возрастание роли и значения измерений плотности обусловлено в значительной мере непрерывным увеличением номенклатуры технологиче­ских процессов и производств, в которых расход веществ, участвующих в осуществлении процессов, оценивается по массе, причем массовый расход определяется путем раздельных автоматических измерений объемного рас­хода и плотности с последующим автоматическим перемножением результатов этих измерений. Весьма велика роль измерения плотности и в организации системы количественного учета веществ при их приемке, хранении и отпуске, когда масса вещества не может быть измерена непосредственным взвешиванием на весах и ее приходится определять по результатам измерении объема и плотности.                                                             Вопросы точного измерения плотности имеют существенное значение при создании измерительных средств в различных отраслях приборостроения и метрологии, связанных с анализом свойств и состава веществ.                                   Различные вещества, имеющие при одинаковой температуре равные объемы, могут обладать различной массой и наоборот, вещества с одинаковой массой могут занимать различные объемы. Отношение массы вещества к его объему является физической величиной, которая характеризует свойства данного вещества и называется плотностью.                                                       Таким образом:

                                                                                                                где ρ - плотность однородного вещества или средняя плотность неоднородного вещества; m и V— соответственно масса и объем вещества.           Для неоднородного вещества плотность в точке находится как предел отношения массы к объему, когда объем стягивается к точке, в которой определяется плотность:                                                                                                                                      

где Δ m— масса элементарного объема Δ V.                                                           Так как плотность вещества зависит от температуры, то при обозначении (в индексе) указывают температуру, при которой измерена плотность. Например, обозначение  ρ₂₀ соответствует плотности при температуре 20°С.          За единицу плотности принимается плотность такого однородного вещества, единица объема которого содержит единицу массы.                                В соответствии с ГОСТ 9867-61 «Международная система единиц» и СТ СЭВ 1052-78 «Метрология. Единицы физических величин» единицей плотности в международной системе (СИ) является килограмм на кубический метр (кг/м³). Наряду с единицей СИ допускаются внесистемные единицы плотности: тонна на кубический метр (т/м³), килограмм на литр (кг/л).                                                  В ряде отраслей науки и техники для характеристики вещества применяют относительную плотность, которая представляет собой отношение плотности рассматриваемого вещества к плотности другого вещества при определенных физических условиях и, следовательно, является безразмерной величиной.                                                                                                                     В качестве условного вещества для определения плотности жидких и твердых веществ обычно принимают дистиллированную воду. Относительную плотность газов выражают по отношению к сухому воздуху, кислороду или водороду, взятым при тех же условиях, что и рас­сматриваемый газ, или в нормальном состоянии.                                                                  Относительную плотность можно также рассматривать как отношение массы данного вещества к массе условного вещества, взятого в том же объеме при определенных условиях.        Большая группа методов, которые называются поплавково-весовыми, основана на определении выталкивающей силы, действующей на испытуемое тело или специальное вспомогательное тело (поплавок); эта сила в соответствии с законом Архимеда прямо пропорциональна плотности среды, в которую погружено тело. Сюда относятся методы ареометра, гидростатического взвешивания, поплавковый, флотационный.                                                                                                     Следующую группу образуют гидростатические методы измерения, которые базируются на зависимости статического давления столба жидкости или газа постоянной высоты от их плотности.                                                               В отдельную группу можно объединить гидродинамические методы, связанные с зависимостью от плотности таких физических величин, как скорость истечения струи жидкости или газа из отверстия, сила удара струи о преграду, скорость падения тела в жидкости, энергия потока вещества, динамическое давление и др.                                                                                    Большое развитие получают новые методы измерений, основанные на использовании различных физических явлений и величин, которые однозначно зависят от плотности. Сюда относится зависимость от плотности следующих физических величин: ослабления радиоактивного излучения, которым «просвечивают» вещество; скорости распространения звука в веществе; частоты и амплитуды вибраций вспомогательного тела, соприкасающегося с испытуемым веществом; параметров вихрей, образующихся в потоке жидкости или газа и др.                                                                                         Плотность является наиболее распространенным параметром, имеющим большое значение при расчете массы нефтепродуктов в данном объеме, и, наоборот, при расчете объема нефтепродуктов, имеющих определенную массу, что необходимо при технологических операциях транспорта и хранения нефтепродуктов. Значение плотности входит составной частью в различные комбинированные константы, характеризующие химический состав и свойства нефтепродуктов.                                                                                                     Кроме того, плотность является нормируемым показателем для некоторых продуктов (топливо, осветительный керосин, авиационные и дизельные масла, вазелиновое медицинское масло и некоторые другие).                       Существуют различные методы, на основе которых конструируются приборы для измерения плотности. При выборе плотномера необходимо учитывать следующее:                                                                                                 - агрессивность среды;                                                                                              - условия измерения;                                                                                        - наличие различных примесей и взвешенных частиц в измеряемой среде;       - допустимую погрешность измерения;                                                          - особенности конструкции;                                                                             - технологичность процесса измерения;                                                           - экономическую обоснованность и т. д.

2 Гамма-плотнометрия 

         Одним из свойств, которое может быть использовано для ис­следования состава смеси в стволе скважины, является плотность. Для определения плотности смеси в скважине в нефтепромысловой практике применяется метод гамма-плотнометрии (гамма-гамма-каротаж скважинной смеси). Этот метод основан на регистрации интенсивности проходящего через скважинную среду излучения от ампульного изотопного гамма-источника. Интенсивность регистри­руемого излучения определяется поглощающими свойствами сква­жинной среды и находится в обратной зависимости от плотности смеси в стволе скважины.                                                                                                                Существуют 2 разновидности метода ГП:                                                      а) ГГК по просвечиванию, регистрирующий прямое излучение источника в геометрии узкого пучка – ГГП-П;                                                                               б) ГГК – по рассеянию, регистрирующей рассеянное излучение источника – ГГП-Р.

Рис.1 Схема конструкции зондовой части гамма-плотномера: а - для ГГП-П; б – для ГГП-Р. 1 – датчик, 2 – экран на датчике, 3 – фонарь, 4 – источник гамма квантов, 5 – экран на источнике, стрелками показано направление распространения гамма квантов

На рисунке 1 представлены принципиальные схемы зондов ГГП-П и ГГП-Р. По ГГП-П можно определить плотность смеси, заполняющей свободно промываемое пространство зонда (фонаря), то есть является локальным методом изучения состава смеси в стволе скважины. В отличие от него ГГП-Р – объемный метод, позволяющий определить среднюю плотность смеси по всему сечению колонны.                                                                                                   Из методов для изучения состава смеси ГГП является наиболее предпочти­тельным и используется для решения сле­дующих вопросов контроля разработки:

а)      в комплексе с другими промыслово-геофизическими мето­дами— выявление интервалов и источников обводнения, а также интервалов замещения нефти газом в перфорированных пластах при исследовании процессов вытеснения нефти из пласта;                                                                                      б)      в комплексе с методами дебитометрии и термометрии — выявление интервалов притока в скважину нефти, воды и газа при оценке эксплуатационных характеристик пласта;                                                                в)      при изучении технического состояния скважины — установ­ление места отложения парафина на стенках скважины, исследо­вание состояния забоя скважины;                                                                                                                  г)       при исследованиях скважин с целью выбора оптимального режима работы технологического оборудования — решение прак­тически всех основных вопросов.                                                                                                              Методы ГГП-П и ГГП-Р применяются совместно для иссле­дования состава жидкости в стволе скважины. Плотность смеси в лифтовых трубах определяется лишь методом ГГП-П.                                                   Межтрубное пространство можно изучать как методом ГГП-П (прибор спускается в межтрубное пространство), так и методом ГГП-Р (прибор спускается в лифтовые трубы).

Требования к аппаратуре

         Допустимая погрешность определения плотности смеси ме­тодами ГГП-П и ГГП-Р не должна превышать 0,01 г/см³.                                                      При изучении межтрубного пространства методом ГГП-Р с по­мощью прибора, спускаемого в лифтовые трубы, допускается пог­решность оценки плотности не более 0,02 г/см³.                                                                                   В гамма-плотномерах рекомендуется использовать источники мягкого гамма-излучения (около 100 кэВ), например тулий-170. В приборах, спускаемых в лифтовые трубы и служащих для опре­деления плотности в межтрубном пространстве по методу ГГП-Р, рекомендуется применять источники средней энергии излучения (между 500 и 700 кэВ), например цезий-137.                                 Длина зонда определяет чувствительность (коэффициент дифференциации Кд) метода ГГП к изменению плотности. С уве­личением длины зонда чувствительность метода растет. Однако скорость счета при этом уменьшается, что требует повышения ак­тивности источника.                       Длина зонда выбирается таким образом, чтобы между пресной водой плотностью 1,0 г/см³ и нефтью плотностью 0,85 г/см³ обес­печить коэффициент дифференциации порядка 1,8. Для метода ГГП-Р, применяющегося для исследования состава смеси в меж­трубном пространстве путем спуска прибора в лифтовые трубы, коэффициент дифференциации должен быть не меньше 1,5. Прак­тически длина зонда, соответствующая этим условиям, для гамма-плотномеров метода ГГП-П составляет 30—50 см, для гамма-плот­номеров метода ГГП-Р — от 40 до 70 см.                                                                              Для каждого типа аппаратуры должен использоваться фикси­рованный зонд, указанный в инструкции по эксплуатации этой аппаратуры.       Источник должен удовлетворять следующим требованиям:                       а)      активность не должна превышать предельной, установлен­ной действующими санитарными правилами (не более 100 мг·экв. Rа);                     б)      максимальная скорость счета, соответствующая минималь­ной плотности среды в интервале исследуемых плотностей, не должна выходить за диапазон линейности аппаратуры (допусти­мый просчет импульсов за счет мертвого времени аппаратуры не должен превышать 20%);                                    в)      показания в эталонировочном устройстве, заполненном прес­ной водой (ρ_пр.в = 1 г/см³), должны быть для приборов со сцинтилляционными счетчиками в канале ГГП-П не менее 14 000 имп/мин, в канале ГГП-Р — не менее 10 000 имп/мин, для приборов с разрядными счетчиками в канале ГГП-П — не менее 6000 имп/мин, в канале ГГП-Р — не менее 5000 имп/мин.                       Конкретная активность источника выбирается при подготовке плотномера к исследованиям.                                                                                                     Каждый прибор должен быть снабжен градуировочным гра­фиком, представляющим собой зависимость I/I_пр.в = f(ρ), полу­ченную в диапазоне измерения плотностей данным прибором (I_пр.в — показания в среде с плотностью о и в пресной воде соот­ветственно). Градуировочные зависимости строятся по результатам работ в моделях скважин (в эталонировочных устройствах), за­полненных жидкостью различной плотности. Примеры градуировочных зависимостей приведены на рис.                                                   Для обеспечения точной привязки результатов измерения по глубине к разрезу и учета влияния естественного гамма-излуче­ния пород гамма-плотномер должен иметь для измерения интен­сивности естественного гамма-излучения канал ГК.                                                                              Электронная схема аппаратуры должна удовлетворять следующим требованиям: нестабильность в интервале исследова­ния не должна превышать 2%, нелинейность аппаратуры по выход­ному току не должна превышать 5%, взаимовлияние каналов при максимальных загрузках должно быть не более 3%.

Рис. 2  Градуировочные зависимости показаний гамма-плотномера от плотности сред.                а - в – приборы ГГП-1М, ГГП-2, ГГЛ-3

Приборы должны быть снабжены защитными устройствами и приспособлениями, обеспечивающими радиационную безопас­ность при проведении работ на скважине.                                                                    При исследовании низкодебитных обводненных скважин (менее 100 т/сут) гамма-плотномер для метода ГГП-П должен быть снабжен пакерующей системой.

Подготовка плотномера к исследованиям

Каждый комплект плотномера подвергается следующим контрольным операциям:                                                                                                                     а)      градуировка прибора в случае, если градуировочная зави­симость не представлена в инструкции по эксплуатации, или после ремонта прибора, связанного с изменением конструкции (геомет­рии) зондовой части;                      б)      проверка градуировочного графика в двух средах с разными плотностями; эта операция повторяется с каждым прибором при смене детектора или источника;                                                                                          в)         эталонирование прибора на базе перед выездом, перед про­ведением исследований на скважине и после их окончания;                                                       г)       выбор активности источника перед каждым выездом на скважину.     Градуирование плотномеров производится в диапазоне реальных изменений плотности смеси в стволе скважины, характерном для данного месторождения, не менее, чем по шести средам с различными плотностями. В каждой градуировочной среде должен быть набран счет не менее 40000 имп.         Градуировочный график проверяется по измерениям в двух средах — в пресной воде и нефти. На основании этих измерений определяется коэффициент дифференциации Кд, который сравни­вается с Кд, полученным при градуировании. При отклонении Кд от градуировочного более чем на 3% градуирование выполняется заново по 6 точкам. По измерению в пресной воде определяется величина I_{эт 0}, равная скорости счета прибора в пресной воде, приходящейся на единицу активности источника (1 мг·экв. Rа). Эта величина в дальнейшем используется для контроля данных эталонирования.          Эталонировочное устройство плотномера для метода ГГП-П представляет собой отрезок колонны диаметром 127 или 146 мм с заваренным дном. Эталонировочное устройство плотномера для метода ГГП-Р должно соответствовать реальной геометрии иссле­дования.                                                       Для метода ГГП-Р необходимо иметь набор из нескольких эталонировочных устройств различных размеров, соответствующих размерам обсадных колонн, используемых на данном месторож­дении. Аналогичным требованиям должны удовлетворять приме­няемые в эталонировочных устройствах трубы, имитирующие лиф­товые. Плотномеры типа ГГП-Р должны располагаться на стенке эталонировочного устройства. Трубы, имитирующие лифтовые, также должны размещаться на стенке модели скважины.                    Эталонирование плотномеров выполняется в пресной воде или другой жидкости с плотностью, близкой к 1 г/см³; при этало­нировании плотномеров для метода ГГП-Р той же жидкостью заполняются и лифтовые трубы, контроль плотности жидкости про­изводится с помощью ареометров (если плотность жидкости отли­чается от 1 г/см³, показания плотномеров пересчитываются поградуировочному графику на показания, соответствующие плотности 1 г/см³). Показания прибора, присоединенного к кабелю, в эталонировочном устройстве регистрируются через пульт РК и фоторе­гистратор на фотобумаге при выбранном масштабе записи и вклю­ченной протяжке.                                           При выполнении измерений необходимо тщательно следить за чистотой коллимационного отверстия и правильностью установки источника. Несоблюдение этих требований приводит к получению неверных данных при эталонировании.                                                                                                               По данным эталонирования устанавливается величина I_пр.в, а по ней — величина I_эт, соответствующая единице активности ис­точника; эта величина сравнивается с градуировочными данными прибора I_эт0 (см. п. 16), полученными с тем же источником и де­тектором; расхождение между ними не должно превышать 3% от  I_эт; расхождение данных эталонирования перед исследованиями и после их окончания не должно превышать 2%. Если данные эталонирования  не отвечают этим требованиям, результаты исследования скважины такими приборами не подле­жат количественной оценке.                    Одновременно с эталонированием аппаратуры выбирают оп­тимальную активность источника:                                                                                                 а)      устанавливают возможный диапазон изменения плотности пластового флюида в исследуемом интервале; например, при изу­чении пластов, отдающих негазированную нефть, диапазон плот­ности определяется плотностью нефти в пластовых условиях и плотностью пластовой воды; по градуировочному графику для ус­тановленного диапазона изменения плотности получают коэффи­циент дифференциации:

К_Д = I₁/I₂                                                            (1)

где I₁ и I₂ — показания плотномера в средах с минимальной и максимальной плотностью соответственно;                                                                                       б)      по калибровочному графику находят отношение показаний прибора в среде с минимальной плотностью к показаниям прибора в пресной воде — К_Д;                                                                                                                                    в)      используя данные эталонирования /эт, определяют скорость счета прибора в среде с минимальной плотностью, приходящуюся на единицу активности источника:

I_{0 max} = К_Д/I_эт                                              (2)

г)       максимальную скорость счета при минимальной плотности среды I_max  выбирают таким образом, что просчет импульсов за счет мертвого времени аппаратуры (τ_{м  ап}) составлял 10%; /шах для этих условий вычисляется по следующей формуле:

I_max = 1/9 τ_{м  ап}                                            (3)

д)      по максимальной скорости счета устанавливают активность источника

G = I_max/ I_{0 max}                                            (4)

если установленная таким образом активность источника превы­шает предельную, определяемую действующими санитарными пра­вилами, выбирается максимально допустимая (100 мг·экв Rа) активность источника и устанавливается соответствующая ей мак­симальная скорость счета;                          е)       определяется минимальная скорость счета прибора (соответ­ствующая среде с максимальной плотностью в исследуемом диапа­зоне)

 I_min = I _max/К_Д                                             (5)

и показания прибора в пресной воде

I_{пр в} =  I _max/ К_Д = GI_эт                                 (6)

скорость счета в пресной воде I_{пр в} для приборов со сцинтилляцнонными счетчиками в канале ГГП-П должна быть не менее 14 000 имп/мин, в канале ГГП-Р — не менее 10 000 имп/мин, для приборов с разрядными счетчиками в канале ГГП-П — не менее 6000 имп/мин, в канале ГГП-Р — не менее 5000 имп/мин;                                                                                                                         ж) если скорость счета прибора в пресной воде не удовлетво­ряет перечисленным требованиям, используется источник большей активности, которая обеспечивала бы необходимую скорость счета в пресной воде и соответствовала вышеперечисленным требованиям.                                              Предельно допустимая скорость счета, удовлетворяющая п. 8,6, вычисляется по формуле

I_пред = 1/4 τ_{м  ап}                                           (7)

Невозможность выбора активности источника по приведенной методике указывает на несоответствие технической характеристики данного прибора требованиям решаемой задачи. Результаты иссле­дований, полученные с такой аппаратурой, пригодны лишь для интерпретации на качественном уровне.

Программа исследований

Исследование перфорированного интервала, не перекрытого трубами, проводится методом ГГП с источником мягкого излуче­ния. Вид исследований — детальный. Измерения выполняются от забоя до воронки лифтовых труб и в лифтовых трубах в интер­вале не менее 10 м. Контрольная запись (дубль) ведется во всем интервале исследования. В насосных скважинах запись диаграмм производится до глубины приема насоса.                                             При изучении перфорированных интервалов, перекрытых лифтовыми трубами, путем спуска прибора в лифтовые трубы за­писываются диаграммы ГГП-Р с источником излучения средней энергии и ГГП-П с источником мягкого излучения. Вид работ - детальный. Производится основная и контрольная записи во всем интервале исследования, включая зумпф и 10-метровый интервал выше верхних перфорационных отверстий.                                                        Для выбора оптимального режима работы технологического оборудования используется метод ГГП-Р с источником средней энергии Вид исследования — общий. Контрольная запись осуще­ствляется в наиболее важном интервале протяженностью не ме­нее 50 м.

Методика проведения исследований

Оптимальный режим исследований выбирают требованиям, предъявляемым к различным видам работ (табл. 1).                                                                   Исходя из этих требований выбирается:                                                                 а) постоянная времени интегрирующей ячейки (в с)

                                                  (8)

где I_ср  — средняя скорость счета в исследуемом интервале, уста­навливаемая по данным эталонирования (I_ср = I_min/2);

Таблица 1

Основные требования к исследованиям плотномерами