ФНГ / РЭНГМ / Курсовой проект "Скважинный прибор акустического каротажа СПАК-4"
(автор - student, добавлено - 26-03-2014, 12:58)
СКАЧАТЬ:
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение……………………………………………………………. 2. Аппаратура для акустических исследований………………… 3. Скважинный прибор акустического каротажа СПАК-4……. 4. Каротажный регистратор "Гектор"…………………………… 5. Расчет параметров устройств регистрации………………….. 6. Список использованной литературы………………………….
1. 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. 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.
2. Аппаратура для акустических исследований. К скважинной аппаратуре для акустических исследований относят устройства предназначенные для измерения характеристик поля упругих колебаний. Такое поле возбуждает с заданной периодичностью в скважине и окружающих породах, либо оно возникает в скважине при различных гибро- или термодинамических явлениях. Технико-эксплуатационные характеристики и особенности серийных образцов аппаратуры. Применяемые типы аппаратуры акустического каротажа работают в различных диапазонах частот акустических сигналов (от сотен герц до нескольких мегагерц). По частотному диапазону аппаратуру можно подразделить на следующие виды: 1) скважинный акустический телевизор—работает на частотах 1—2 мГц; 2) акустический каверномер и профилемер — работают на частотах 100—500 кГц; 3) прижимные акустические микрозонды — используют частоты. 50—500 кГц; 4) аппаратура на головных волнах (СПАК, АКЦ) — использует частоты 20—50 кГц; 5) низкочастотная широкополосная аппаратура («Звук-2» и АНК-1)—работает на частотах 5—20 кГц; 6) аппаратура межскважинного прозвучивания — использует частоты 0,5—10 кГц; 7) аппаратура для акустических исследований в процессе бурения — принимает колебания с частотой ниже 120—150 Гц.
3. Скважинный прибор акустического каротажа СПАК-4.
Аппаратура СПАК-4 работает с одножильным бронированным кабелем. Ток питания с частотой 50 Гц поступает по кабелю 10 в блок 8 на выходе которого формируются импульсы с частотой повторения 25 Гц. В блоке 1 происходит деление на два указанной последовательности импульсов. На каждом из выходов блока 7 появляются импульсы с частотой 12,5 Гц, запускающие поочередно генераторы токовых импульсов 4 и 5. Каждый из генераторов нагружен на обмотку магнитострикционного излучателя. Магнитострикциоиные преобразователи 1 и 2 излучают в окружающую среду с частотой 12,5 Гц серии упругих колебаний. Поскольку запускающие импульсы сдвинуты по фазе на 180°, временной сдвиг между сериями составляет 40 мс. Собственная частота излучателей и приемника составляет около 25 кГц. Упругие колебания, пройдя в окружающей среде путь, соответствующий зондовому расстоянию, воспринимаются пьезокерамическим приемником 3 и преобразуются в электрические сигналы. Усиленные в усилителе 6 сигналы через фильтр 9 поступают в кабель 10. Сюда же подаются синхроимпульсы от генераторов 4 и 5. Синхроимпульс, соответствующий моменту срабатывания ближнего к приемнику излучателя, имеет отрицательную полярность, а синхроимпульс, соответствующий моменту срабатывания дальнего излучателя, - положительную полярность. Поступающий на временной пульт (узлы 11 – 34) сигнал после прохождения через фильтр 11 попадает в блок селекции синхроимпульсов 13, а также на предварительный усилитель 12. С выхода усилителя 12 сигнал может быть подан в блок 20, а также на гнездо 32 для передачи в амплитудный блок (на схеме не показан). Селектор 13 выделяет синхроимпульсы, поступающие в блок делителя 18, где вырабатываются прямоугольные импульсы чередующейся полярности, подаваемые на коммутатор 22. Коммутатор обеспечивает подачу измерительного сигнала на цепи интегратора 23, выполняющего раздельную регистрацию t1, t2, t . Импульсы делителя 18 используются для обеспечения первого опрокидывания измерительного триггера 16. Второе опрокидывание триггера 16 осуществляется от промежуточного триггера 15 в момент срабатывания его от импульса, поступающего с порогового устройства 17. пороговое устройство выдает импульс запуска- при поступлении на его вход усиленного (усилителями 12 и 14) до определенного уровня сигнала информации. Схема, блокировки 21 срабатывает от импульсов делителя 18, соответствующих работе излучателей в скважинном приборе. По истечении минимального умеряемого времени прихода волны к приемнику схема блокировки 21 вырабатывает импульс для опрокидывания промежуточного триггера 15 (подготовки его к работе). Таким образом, схема блокировки 21 совместно с промежуточным триггером 15 обеспечивает защиту измерительного триггера 16 от помехи, находящейся в интервале между моментом возбуждения излучателей и началом диапазона измеряемых времен.
Рис. 1. Функциональная схема скважинного прибора и временного пульта аппаратуры СПАК-4
Импульсы измерительного триггера 16, имеющие длительность t1 и t2, поступают на интегратор 23. При этом, как уже отличалось, коммутатор 22 обеспечивает раздельное измерение указанных длительностей. На выходе интегратора 23 имеются выходные сигналы, соответствующие величинам t1, t2 и t. Эти сигналы подаются на аналоговый регистратор. Если по какой-либо причине, сигнал информации на выходе усилителя 12 отсутствует, второе опрокидывание измерительного триггера 16 и срабатывание всей измерительной системы обеспечивается импульсом, вырабатываемым в блоке 25 (схема фиксации гидроволны). Запуск схемы задержки в блоке 25 осуществляется в начале каждого цикла измерений. Блок управления визуальным контролем 20 формирует на выходе (гнездо 34) волновую картину (или последовательность импульсов кварцевого генератора 24) от дальнего и ближнего излучателей с нанесенными на нее метками от фронтов промежуточного триггера, соответствующих заднему фронту импульса схемы блокировки и второму опрокидыванию измерительного триггера (в моменты t1 и t2). Указанные, сигналы могут наблюдаться с помощью осциллографа, запуск которого может осуществляться с гнезда 33. При этом происходит сдвиг сигналов от двух излучателей по вертикали, что позволяет наблюдать их одновременно без применения двухлучевого осциллографа. Схема задержки 19 позволяет перемещать волновую картину на экране осциллографа по горизонтали в пределах 100—1500 мкс, что дает возможность изучать информационный сигнал более детально. В режиме калибровки (цепи сигналов показаны пунктирными линиями) роль синхроимпульсов скважинного прибора выполняют импульсы, формируемые из сетевого напряжения 50 Гц в блоке 26. Задержанные схемой 27 импульсы поступают на делители 28 и 29, Фронты импульсов делителя 29, следующие с частотой 12,5 Гц, имитируют разнополярные импульсы скважинного прибора и поступают на селектор 13: Функции информационного сигнала в режиме калибровки выполняет сигнал кварцевого нумератора 24 (последовательность импульсов с периодом 50 м/ч). Второе опрокидывание промежуточного и измерительного триггеров осуществляется первым импульсом кварцевого генератора, следующим после импульса схемы блокировки 21. Для синхронной работы кварцевого генератора и всей измерительной системы .при калибровке схема задержки синхроимпульсов 27 управляется кварцевым генератором. Один из импульсов кварцевого генератора, время поступления которого предшествует моменту самостоятельного формирования заднего фронта импульса схемы задержки 27, вызывает досрочное формирование заднего фронта, совпадающее с моментом поступления указанного импульса кварцевого генератора. Этим обеспечивается жесткая привязка измерительных цепей к импульсам кварцевого генератора, что позволяет использовать его высокую стабильность при установке калиброванных временных интервалов. Силовой трансформатор пульта 30 обеспечивает питанием скважинный прибор.
4. 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. . 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.
5. Расчет параметров устройств регистрации
В аппаратуре передачи данных устройства регистрации включаются, как правило, после демодулятора и служат для правильной фиксации единичных элементов при наличии краевых искажений или дроблений. В зависимости от вида искажений применяют стробирование, интегрирование или комбинированный метод регистрации. Метод стробирования заключается в том, что значение единичного элемента проверяется в момент времени, наименее подверженный искажениям, т.е. в середине посылки, путем подачи стробирующего импульса (строба) на ключевые элементы. В качестве стробов используется последовательность коротких импульсов с периодом следования τ0, вырабатываемая специальной схемой синхронизации. В зависимости от вида информации, поступающей со схемы сравнения демодулятора (однофазный или парафазный), применяются устройства, представленные на рис. . или соответственно. В случае использования в качестве регистрирующего элемента асинхронного RS-триггера функцию стробирования выполняют логические элементы И (рис. ). Применение синхронного RS-триггера позволяет исключить схемы совпадения И (рис. .). Следует заметить, что использование в качестве регистратора синхронного D-триггера позволит еще более упростить схему (рис.) путем исключения инвертора (рис.). Временная диаграмма функционирования устройства регистрации со стробированием показана на рис. . Важнейшим параметром, определяющим вероятность ошибочной регистрации единичных элементов при наличии искажений, является исправляющая способность устройства μэф, численно равная максимальной величине искажений, при которых еще осуществляется правильный прием. При расчете стробирующего устройства регистрации могут решаться две задачи. Первая - на основании заданной величины исправляющей способности μэф и закона распределения краевых искажений определяется вероятность ошибочной регистрации. При решении второй задачи заданной является вероятность ошибки, с которой допускается регистрация единичных элементов. Зная параметры распределения краевых искажений, нужно определить требуемую величину исправляющей способности.
Рис. схемы регистрации единичных элементов стробированием
Рис. . Временные диаграммы регистрации стробированием
При наличии краевых искажений смещение краев единичных элементов может происходить как внутрь, так и наружу посылки. Условимся считать смещение границ сигналов внутрь интервала т0 положительным, а смещение наружу — отрицательным. Предположим, что закон распределения смещений δ1 и δ2 границ является нормальным. При наличии постоянного преобладания δпр он имеет вид
Параметры δпр и δкв зависят от первичных характеристик канала связи и могут быть рассчитаны по ( ) — ( ). При этом δпр в случае укорочения интервала — положительно, а в случае его удлинения — отрицательно. Как уже отмечалось выше, ошибочная регистрация произойдет, если смещение внутрь интервала τ0 любой из границ единичного элемента либо обеих одновременно превысит величину исправляющей способности. На основании теоремы сложения вероятностей для независимых и совместимых событий вероятность ошибки Р0 равна
где Р1 и Р2 — вероятности смещений на величину μ, левой и правой границ сигнала внутрь интервала τ0, равные
Вероятность Р выражается через табулированную нормированную функцию Крампа Р = 0,5[1— Ф(z)], где z= (μэф - δпр )\δкв.. С учетом ( ) окончательная формула для расчета вероятности ошибки Ро равна
Эта формула позволяет выполнить первую задачу — расчет устройств регистрации на основе параметров распределения краевых искажений и величины исправляющей способности μэф. Для выполнения второй задачи, решив ( ) относительно Ф(z), можно получить расчетную зависимость для определения требуемого z, обеспечивающего заданную допустимую вероятность ошибки регистрации
На основании таблицы функций Ф(z), определяется значение z, отвечающее предельно допустимой величине Ро. После этого для известных параметров δпр и δкв находим необходимую исправляющую способность μэф из соотношения z = (μэф - δпр )\δкв. Определение вероятности ошибочной регистрации единичных элементов методом стробирования для дискретного канала с ЧМ при скорости модуляции 600 Бод и наличии в канале связи нормальной флуктуационной помехи, если отношение сигнал/помеха на входе приемного устройства составляет 3,41. Полоса пропускания входного фильтра 1,4 кГц. Максимальная величина сдвига несущей частоты в каналообразующей аппаратуре 5Гц. Исправляющая способность устройства регистрации равна 46%. На входе приемника с ЧМ присутствуют два вида краевых искажений единичных элементов: случайные искажения, возникающие за счет флуктуационной помехи, и регулярные искажения — преобладания, появляющиеся под влиянием сдвига несущей частоты. Среднеквадритическая величина случайных краевых искажений δкв при ЧМ определяется по ( ): δкв =600/(2*14*1,41) = 15,2 %. Постоянное смещение характеристического момента восстановления δпр (преобладание) вычислим по ( ): δпр = 5*600:100/(200*400) = 1 %. Здесь ∆ƒ=200 Гц (для дискретного канала с ЧМ при скорости модуляции 600 Бод). Предварительно найдем значения параметров z= (μэф - δпр )\δкв =(46-1)\15,2= 2,96 Ро = 0,75-0,5Ф(2,96)(1+0,5Ф(2,96)) = 3,18*10-3
Определение минимально допустимой величины исправляющей способности устройства регистрации, если на выходе демодулятора краевые искажения единичных элементов распределены по нормальному закону с параметрами бкв=10 и бпр=0,8%. В процессе расчета АПД задается, что вероятность ошибочной регистрации по единичным элементам не должна превышать 1 • 10-5. Для того чтобы Ро удовлетворяла поставленному требованию, необходимо, чтобы Ф(z) > 1 — 1 • 10-5> 0, 99999. Из таблицы функций Крампа получаем, что z = 4,417. Наименьшее значение, при котором для заданных среднеквадратической величины краевых искажений бКВ=10 и бпр=0,8%, равно μMIN = zбКВ + бпр = 4,417* 10 + 0 ,8 = 45 %.
6. Список использованной литературы
Похожие статьи:
|
|