СКАЧАТЬ:  moya.zip [225,82 Kb] (cкачиваний: 63)

Введение

В процессе выработки запасов нефти условия в нефтяной залежи и в скважинах изменяются. Скважины обводняются, пластовое давление снижается, газовые факторы могут изменяться. Это заставляет постоянно получать непрерывно обновляющуюся информацию о скважинах и о пласте или нескольких пластах, являющихся объектом разработки. Существует много методов исследования скважин и технических средств для их осуществления. Все они предназначены для получения информации об объекте разработки, об условиях и интенсивности притока нефти, воды и газа в скважину, об изменениях, происходящих в пласте в процессе его разработки. Такая информация необходима для организации правильных, экономически оправданных процессов добычи нефти, для осуществления рациональных способов разработки месторождения, для обоснования способа добычи нефти, выбора оборудования для подъема жидкости из скважины, для установления наиболее экономичного режима работы этого оборудования при наиболее высоком коэффициенте полезного действия.

Существующие в настоящее время приборы исследования, регулирования и контроля разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений позволили перейти к созданию и внедрению информационно-измерительных систем для нефтедобывающих и газодобывающих предприятий.

В курсовом проекте рассматривается скважинный прибор для гидродинамических исследований-ГДИ-5. Этот прибор предназначен для исследования нагнетательных и эксплуатационных скважин при контроле за  разработкой нефтяных  месторождений.

Методы кодирования цифровой информации 

Коды, используемые для передачи сигналов, называются последова­тельными линейными кодами. К этим кодам предъяв­ляются требования обеспечения высокой пропускной способности, помехозащищенности, простоты синхронизации.

Простейшим линейным кодом является униполярный код типа NRZ (Non Return to Zero) (рис. 1 а). В этом коде нули представлены отсутствием импульса (напряжение, близкое нулю), а единицы – наличием импульса (некоторое положительное напряжение). Этот код имеет четыре недостатка.

1. Средняя мощность, выделяемая на нагрузочном резисторе R, равна A²/2R, где А – амплитуда им­пульса. Эта величина в два раза превышает мощ­ность при «биполярном» кодировании.

2.  Большинство линий связи сопрягаются с аппа­ратурой через реактивные элементы, такие, как трансформаторы. Поскольку униполярные сигналы всегда содержат постоянную составляющую и зна­чительную долю низкочастотных компонентов в спек­тре при передаче длинной последовательности еди­ниц, такое сопряжение затруднено или вовсе невоз­можно - реактивные элементы на достаточно низ­ких частотах представляют собой либо «обрыв», либо «короткое замыкание».

3.  Ретрансляторы и приемники способны надеж­но восстановить синхронизирующую временную сет­ку только тогда, когда паузы между импульсами не слишком велики. Появление очередного импульса после незначительной паузы позволяет каждый раз корректировать «ход часов» ретранслятора или приемника. С увеличением паузы надежность «службы времени» этих устройств падает. Например, после передачи серии из 10 тысяч нулей приемник не смо­жет точно определить, находится ли последующая единица на позиции 9999, 10000, или 10001. Други­ми словами, при передаче достаточно большой пос­ледовательности нулей приемник (или ретрансля­тор) теряет синхронизацию с передатчиком (или рет­ранслятором).

4. Отсутствие возможности оперативной регист­рации ошибок, таких, как пропадание или появле­ние лишних импульсов из-за помех.

Биполярный сигнал NRZ (рис. 1б) обладает луч­шими энергетическими характеристиками. Единица представлена положительным уровнем напряжения, нуль - отрицательным. Средняя мощность равна А2/ 4R, т. е. половине средней мощности униполярного сигнала, хотя перепад уровней тот же самый. Ос­тальные три недостатка сохраняются. Для их ликви­дации необходимо введение избыточности одним из двух способов:

1.  Скорость передачи сигналов по линии выби­рается равной скорости передачи информации, од­нако вводятся дополнительные электрические уров­ни сигналов.

2.  Скорость передачи сигналов по линии выби­рается большей, чем скорость передачи информа­ции, без использования дополнительных электричес­ких уровней сигналов.

Первый способ введения избыточности связан с добавлением дополнительных электрических уров­ней, в простейшем случае - третьего, «нулевого» уровня. На рис. 1г приведена форма сигнала с по­переменной инверсией знака, так называемого AMI-сигнала (Alternate Mark Inversion). Нули кодируются отсутствием импульсов, а единицы - попеременно положительными и отрицательными импульсами. По­стоянная составляющая равна нулю, проблема пе­редачи последовательности единиц отсутствует, об­наруживаются ошибки, нарушающие правильную последовательность знакочередующихся сигналов.

Единственная оставшаяся проблема - потеря синхронизации при передаче последовательности нулей, как и в коде NRZ. Эта проблема решается очень просто; цепочки нулей передатчик заменяет определенными «заготовками» или «кусками» стан­дартных временных диаграмм (как заурядный кон­ферансье заполняет паузы стандартными информа­ционными посылками в зал). Коды AMI, в которых цепочка из N нулей заменяется определенной под­становкой, называются BNZS-кодами (Bipolar with N Zeroes Substitution).

В коде BNZS каждые три последовательно расположенных нуля подменяются либо комбинацией B0V, либо 00V. Символ В обозначает импульс, кото­рый отвечает правилам кодирования AMI. Символ V обозначает импульс, который нарушает правила ко­дирования AMI (совпадает по полярности с преды­дущим). Выбор одной из этих двух «заготовок» про­изводится так, чтобы, во-первых, число импульсов В между двумя последовательно расположенными импульсами V было нечетным и, во-вторых, чтобы полярность импульсов V чередовалась (рис. 1д). В коде B6ZS каждые шесть последовательных нулей подменяются комбинацией 0VB0VB (рис. 1е).

Коды BNZS получили широкое распространение в вычислительных сетях США и Канады: линии Т1 -1,544 Мбит/с, Т1С - 3,152 Мбит/с, LD-4 - 274,176 Мбит/с, Т4 - 274,176 Мбит/с. В странах Западной Ев­ропы широко используется код HDB3 для работы на скоростях 2,048 и 8,448 Мбит/с. Этот код очень похож на BNZS, поскольку максимально допустимое число нулей, стоящих в цепочке, равно трем. Каждые четы­ре последовательно расположенных нуля подменя­ются комбинацией 000V либо B00V. Выбор той или иной комбинации производится так, чтобы, во-первых, число импульсов В между двумя последовательны­ми импульсами V было нечетным и, во-вторых, что­бы полярность импульсов V чередовалась (рис. 1ж).

Существуют также другие распространенные коды, такие, как CMI, PST, 4B3T и т. п. Все они явля­ются разновидностями кодов AMI и созданы с целью минимизации требований к полосе пропускания ка­налов связи и увеличения обнаруживающей способ­ности по отношению к ошибкам при передаче инфор­мации. При этом связная аппаратура для кодирова­ния и декодирования информации получается доста­точно сложной.

Примером кода с избыточностью, введенной со­гласно второму способу, является код «Манчестер-II». Форма биполярного сигнала при передаче кода «Манчестер-II» показана на рис. 1в. Единица кодиру­ется отрицательным перепадом сигнала в середине битового интервала, нуль - положительным перепа­дом. На границах битовых интервалов сигнал, если это необходимо, меняет значение, «готовясь» к ото­бражению очередного бита в середине следующего битового интервала.

С помощью кода «Манчестер-II» решаются сразу все указанные проблемы. Поскольку число положи­тельных и отрицательных импульсов на любом дос­таточно большом отрезке времени равно (отличает­ся не более чем на один импульс, что не имеет зна­чения), постоянная составляющая равна нулю. Под­стройка часов приемника или ретранслятора произ­водится при передаче каждого бита, т. е. снимается проблема рассинхронизации. Спектр сигнала содер­жит только две логические составляющие: Р и 2Р, где Р - скорость передачи информационных бит. Нали­чие только двух (а не трех или более) электрических уровней напряжения позволяет надежно их распоз­навать (хорошая помехозащищенность).

Критерием ошибки может являться «заморажива­ние» сигнала на одном из уровней на время, превы­шающее время передачи одного информационного бита, поскольку независимо от передаваемого кода сигнал всегда «колеблется» и никогда не «замирает». Плата за эти чрезвычайно полезные качества - удво­ение требуемой пропускной способности связной ап­паратуры. Поэтому код «Манчестер-II» широко непользуется там, где частотные ограничения не явля­ются определяющими, в частности, во многих локаль­ных сетях ЭВМ.

Методы исследования скважин

Геофизические методы исследования. Из всех методов исследования скважин и пластов следует выделить особый комплекс геофизических методов. Они основаны на физических явлениях, происходящих в горных породах и насыщающих их жидкостях при взаимодействии их со скважинной жидкостью и при воздействии на них радиоактивного искусственного облучения или ультразвука.

Геофизические методы исследования скважин и геологического разреза на стадиях бурения этих скважин, текущей эксплуатации дают обильную информацию о состоянии горных пород, их параметрах и об их изменениях в процессе эксплуатации месторождения и часто используются при осуществлении не только геологических, но и чисто технических мероприятий на скважинах. В силу своей специфичности, необходимости знания специальных предметов, связанных с физикой земли, горных пород, а также с ядерными процессами, эти методы исследования, их теория, техника осуществления и интерпретация результатов составляют особую отрасль знаний и выполняются геофизическими партиями и организациями, имеющими для этой цели специальный инженерно-технический персонал, оборудование и аппаратуру. Геофизические исследования скважин - это различного рода каротажи, т. е. прослеживание за изменением какой-либо величины вдоль ствола скважины с помощью спускаемого на электрокабеле специального прибора, оснащенного соответствующей аппаратурой. К ним относятся:

      электрокаротаж ( который позволяет проследить за изменением самопроизвольно возникающего электрического поля в результате взаимодействия скважинной жидкости с породой, а также за изменением так называемого кажущегося удельного сопротивления этих пород),

      радиоактивный каротаж (он основан на использовании радиоактивных процессов (естественных и искусственно вызванных), происходящих в ядрах атомов, горных пород и насыщающих их жидкостей),

      нейтронный каротаж (основан на взаимодействии потока нейтронов с ядрами элементов горных пород),

      акустический каротаж (определение упругих свойств горных пород) и другие виды каротажа (кавернометрия, т. е. измерение фактического диаметра необсаженной скважины и его изменение вдоль ствола,

      термокаротаж - изучение распределения температуры в обсаженной или необсаженной скважине).

Гидродинамические методы исследования. Они основаны на изучении параметров притока жидкости или газа к скважине при установившихся или при неустановившихся режимах ее работы. К числу таких параметров относятся дебит или его изменение и давление или его изменение. Поскольку при гидродинамических методах исследования процессом охватывается вся зона дренирования, то результаты, получаемые при обработке этих данных, становятся характерными для радиусов, в сотни раз превышающих радиусы охвата при геофизических методах.

Гидродинамические методы исследования выполняются техническими средствами и обслуживающим персоналом нефтедобывающих предприятий. Они разделяются на исследования при установившихся режимах работы скважины (так называемый метод пробных откачек) и на исследования при неустановившихся режимах работы скважины (метод прослеживания уровня или кривой восстановления давления). Исследование при установившихся режимах позволяет получить важнейшую характеристику работы скважины - зависимость притока жидкости от забойного давления или положения динамического уровня. Техника для гидродинамических исследований скважин зависит от способа эксплуатации, который накладывает известные технические ограничения на возможности этого метода.

Назначение и принцип работы ГДИ – 5С

Комплексный программно-управляемый скважинный прибор модульного типа для гидродинамических исследований скважин ГДИ–5С (в дальнейшем – прибор) предназначен для исследования нагнетательных и эксплутационных скважин при контроле за разработкой нефтяных месторождений.

В качестве линии связи с наземным прибором используется одножильный бронированный кабель типа КГ1-53-180, КГ1-30-90 или КГ1-30-180 по ТУ16.К64.01-88 длиной до 3500 м. За один рейс к объекту исследования прибор позволяет одновременно измерять температуру, давление, расход жидкости, индикацию притока жидкости, локацию муфт, гамма-каротаж; и в зависимости от присоединённого модуля выявляет за- и внутриколонные перетоки жидкости, измеряет интервал обводнения и исследует качественный состав скважинной жидкости.

        Рабочие условия применения:

Температура окружающей среды – от 5 до 125 °С;

Наибольшее гидростатическое давление – 40 МПа.

Технические данные ГДИ-5 и ГДИ-5С 

Прибор должен обеспечивать не менее, чем трехкратное превышение амплитуды сигнала от муфты обсадной колонны по отношению к фоновому значению сигнала при скорости каротажа 500 м/ч.

Устройство прибора

Структурная схема прибора ГДИ–5С представлена на рис.1.

Прибор состоит из базового модуля и блоков-приставок, которые присоединяются к базовому модулю в зависимости от решаемых задач.

Базовый модуль состоит из двух частей. Основным несущим элементом базового модуля является корпус датчиков. Непосредственно в корпусе установлены датчики термометра, термодебитомера, манометра. Через отверстие в ребре корпуса  проходит жгут, который распаивается с двух концов на расшивочные платы. К нижнему концу корпуса датчиков винтами закреплено корытообразное шасси. На шасси смонтированы печатные платы: плата питания МТД, плата локатора муфт, плата питания, плата преобразования и передачи сигналов, а также выходной трансформатор. Перед стыковкой базового модуля с другими блоками необходимо навернуть охранный кожух. К верхнему концу корпуса датчиков наворачивается датчик локатора муфт. К свободному концу датчика локатора муфт крепится корытообразное шасси канала ГК. На этом шасси расположены: плата формирования ГК, детектор с фотоумножителем, плата стабилизатора ГК, плата умножителя. На шасси наворачивается охранный кожух. Шасси заканчивается приборной головкой диаметром 36 мм со штатным резьбовым окончанием и разъёмом под трёхжильный или одножильный кабель.

Герметизация всех элементов конструкции осуществляется с помощью резиновых уплотнительных колец за исключением датчика манометра, где герметизация осуществляется прокладкой из электротехнической отожжённой меди.

Функциональная схема прибора ГДИ–5С представлена на рис.2.

В состав прибора входят девять первичных датчиков и шесть нормирующих преобразователей 10 – 15, а также функциональные устройства: аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 16, микроконтроллер, усилитель мощности 18, блок питания 19, приборная головка 20. В качестве линии связи прибора с наземной аппаратурой служит одножильный бронированный кабель.

Прибор работает следующим образом. Значения параметров физических полей скважины (температура, давление, скорость потока и т.д.) с помощью первичных датчиков 1-9 преобразуются в электрические сигналы. Электрические сигналы с датчиков 2, 3, 6, 7, 8, 9 поступают на входы соответствующих нормирующих преобразователей 10, 11, 12, 13, 14, 15 и далее на входы АЦП 16 и микроконтроллера 17. Электрические сигналы с датчиков 1, 4, 5 поступают на входы АЦП 16 и микроконтроллера 17. В микроконтроллере сигнал преобразуется в кодоимпульсный сигнал, который поступает на усилитель мощности 18. С выхода усилителя мощности сигнал поступает на приборную головку.

Каротажный регистратор "Гектор"

 Прием информации осуществляется под управлением ПО "Гектора", однако оператор может активно влиять на параметры визуализации принимаемой информации с целью более тщательной оценки принимаемого материала.

Данный прибор рассчитан на работу в комплексе с геофизической станцией, укомплектованной компьютеризированным каротажным комплексом «Гектор». Каротажный регистратор "Гектор" ГЕ-1-00-00-00 пред­назначен для цифровой записи данных каротажа в память бортового компьютера с одновременным визуальным оперативным контролем качества записанной информации при проведении геофизических исследований бурящихся, контрольных, нагнетатель­ных, остановленных и добывающих скважин с использованием имеющейся и разрабатываемой  геофизической аппаратуры. 

Регистратор является специализированным устройством сбора данных,  поступающих от скважинного прибора или от блока промыслово-геофизических    измерительных    систем.     Данные подлежащие записи,    попадают на вход регистратора в аналого­вом или цифровом виде,  записываются в цифровой форме в функции глубины,  а также проходят первичную обработку и     выводятся с    помощью    плоттера    в    виде    геофизических    кривых, в масштабе и форме,  заданных оператором

 «Гектор» позволяет производить каротаж с использованием имеющегося парка геофизического оборудования (следовательно не требует больших материальных затрат при внедрении) и с вновь разрабатываемыми скважинными приборами. «Гектор» выполняет полный комплекс ГИС при строительстве и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Конструкция блока позволяет использовать «Гектор» в существующих каротажных лабораториях, устанавливая его в свободное место приборной стойки или автономно. Используемые стандартные интерфейсы обеспечивают подключение «Гектора» к любому современному компьютеру. «Гектор» избавляет пользователя от применения большинства наземных панелей, так как коммутация источников питания к жилам геофизического кабеля выполняется в его блоке. «Гектор»- это открытая система, что позволяет достаточно просто проводить его модернизацию. 

Аппаратная  часть регистратора реализована как комплекс устройств, объединенных единой интерфейсной магист­ралью. Структурная схема приведена на рис. 3. Основой комплекса является материнская плата, связанная по системной шине со следующими устройствами:

 ГЕК-01 модуль контроля глубины и 12-разрядного;

 ГЕК-02 модуль точного АЦП (10 разрядов, 16 дифференциальных каналов с диапазоном +/- 5 В). Регистрирует аналоговые сигналы с наземных панелей;

 ГЕК-03 модуль цифрового ввода или модуль импульсной телеметрии (6 каналов, полоса 0..1,5мГц). Измеряет частоту и период следования импульсов (предназначен для регистрации приборами РК, ИГН и т.д.). Модуль также поддерживает интерфейс МЭК (Б-31, инклинометры и т.д.).

ГЕК-04 модуль кодо-импульсной телеметрии (КИМ) по протоколу Манчестер-2 с программируемой частотой обмена (ГДИ-4);

ГЕК-05 модуль время-импульсной телеметрии (ВИМ) (К-2, К-2А);

ГЕК-06- модуль акустического АЦП (12 разрядов, программируемая скорость преобразования до 500 000 в сек);

ГЕК попрограммное обеспечение регистрации, тестирования, редактирования и вывода на печать. Поддерживаются распространенные в России форматы хранения каротажной информации, а также международные стандарты LAS.

Описание работы регистратора 

Общие принципы функционирования. Выходные сигналы скважинных приборов, а так же формиро­вателя тактов глубины (далее по тексту - датчик глубины) и датчика магнитных меток подключаются к модулям глубины, АЦП и РК с помощью геофизического интерфейса. Под управлением математического обеспечения регистратора происходит настрой­ка входных узлов модулей регистратора. Далее происходит за­пись и обработка калибровочных сигналов, на основе которых материнская плата и бортовая ЭВМ вычисляют параметры дли масштабирования цифровых данных каротажа, данные о скважине и т.п. В соответствии с заданным регламентом ( каналы восп­роизведения, дорожки диаграммы, данные о точках записи и т. п.) программы регистратора осуществляют преобразования первичных цифровых данных, результатом которых является запись геофизической информации в виде диаграмм, содержащих каротажные кривые, сопровождаемые масштабной сеткой с наиме­нованием вида информации, единиц измерения и соответствующей глубины.

Расчетная часть.

  Для передачи данных используется одножильный бронированный геофизический кабель марки КОБД-4, который предназначен для промыслово-геофизических исследований, перфорации и взрывных работ в скважинах при температуре . Токопроводящая жила этого кабеля состоит из одной медной проволоки диаметром 0,68 мм и 6 стальных проволок диаметром 0,5 мм  На жилы накладывается резиновая изоляция толщиной 0,9 мм и оболочку толщиной 0,4 мм, оплетают её хлобчато бумажной пряжей и пропитывают противогнилостным составом. Поверх этой оплётки – подушки в кабелях КОБД-4 накладывают два слоя брони

 из оцинкованных стальных проволок: внутренний – из проволоки диаметром 0,8 мм и наружный – из проволоки диаметром 1,1 мм.

Одножильный бронированный кабель марки КОБД для геофизических работ.

КОБД-4:

Сечение жилы кабеля: 0,68 мм².

Число и диаметр проволок жилы: 6х0,5 мм².

Радиальная толщина изоляции: 0,9 мм.

Толщина оболочки: 0,4 мм.

     Длина:  км.

Электрические характеристики:

Сопротивление:  Ом/км.

Диэлектрическая проницаемость изоляции: .

Частота:  кГц.

Активное  сопротивление  токопроводящих жил.

 Ом/км.

Индуктивность  токопроводящих жил.

,

,

,

 - частота тока (Гц),

 - магнитные проницаемости жилы и брони (медь m₁=1, сталь m₂=120),

r - удельные сопротивления (r₁=17.5 Ом×мм²/км,  r₂=130 Ом×мм²/км),

d – диаметр жилы ( мм),

D – внутренний диаметр брони кабеля (0,8 мм),

b – коэффициент учета конструкции кабеля (b » 2).

Значение  - собственная индуктивность жил,

 – межпроводниковая.

 Гн/км.

Емкость токопроводящих жил.

e - диэлектрическая проницаемость изоляции,

D – внешний диаметр жилы по изоляции,

d – диаметр токопроводника жилы.

мкФ/км.

Рассчитаем общее сопротивление кабеля.

Рассчитаем общую емкость кабеля.

.

Длительность посылки по геофизическому кабелю.

В режиме передачи данных микросхема 588ВГ6 формирует импульсы с частотой 5208 КГц.

Синхрослово всегда AAAAh.

 сек.

N=4

мс.

Найдем полосу пропускания канальных фильтров.

Определим пропускную способность канала без учета помех.

В частном случае для двоичного канала (m = 2) получим выражение:

Рис.3. Структурная схема регистратора «Гектор».

Список использованной литературы 

1.  Прибор скважинный для гидродинамических исследований, руководство по эксплуатации, 1973.
2. Петров А.И., Васильевский В.Н. Техника и приборы для измерения расхода жидкости в нефтяных скважинах. –М.: Недра, 1967.
3. Васильевский В.Н., Петров А.И. Оператор по исследованию скважин. Учебник для рабочих. – М.: Недра, 1983.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ…………………………………..………………………………3

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………………4

           Методы исследования скважин…………………………..………….4

Назначение и принцип работы ГДИ – 5С………………………..…………6

           Технические данные ГДИ-5 и ГДИ-5С……………………………...6

           Устройство и работа прибора ……………………………..………...8

 Каротажный регистратор «Гектор»………………………………..……….12

          Описание работы регистратора…………………………………..………13

Методы кодирования цифровой информации………………………………...16

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ…………………………………………………..……21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………...…….25

Список использованной литературы…………………………27