Введение к работе
Актуальность работы
В последние годы в нефтяной отрасли РФ наблюдалось падение добычи нефти. Одной из причин этого является высокая обводнённость добываемой продукции на большинстве нефтяных месторождений страны. Снижение темпов падения добычи может быть достигнуто за счёт быстрого ввода в эксплуатацию скважин, выходящих из бурения и повышения эффективности и уменьшения сроков капитального ремонта скважин, а также проведение мероприятий по интенсификации добычи. Важнейшее значение имеет оптимизация процесса добычи нефти по месторождениям.
Все указанные меры, способствующие снижению темпов падения добычи, эффективны при условии их информационного обеспечения методами промысловой геофизики. Без геофизического контроля эксплуатации месторождений и отдельных скважин невозможно как рациональное управление процессом разработки в целом, так и решение оперативных вопросов по выбору режимов работы скважин и их ремонту. В связи с этим в настоящее время наблюдается рост объёмов информационных услуг, оказываемых геофизическими предприятиями в процессе эксплуатации и капитального ремонта скважин. Объединяющим признаком такого рода услуг является то, что они связаны с проведением геофизических исследований действующих скважинах (далее ГИДС).
Между тем, техническая вооружённость промысловой геофизики в отношении ГИДС не соответствует современным требованиям и возможностям информационных технологий. Применение компьютерных технологий в системе ГИДС позволяет коренным образом повысить эффективность и оперативность решения задач контроля эксплуатации нефтяных месторождений и информационного обеспечения испытаний разведочных скважин и капитального ремонта эксплуатационных скважин. Однако новая технология требует и новых подходов при разработке аппаратуры и методики.
Основными составными частями технологии ГИДС являются скважинная аппаратура, регистрирующий комплекс (станция), средства обработки данных, интепретации и подготовки заключения.
Все известные научно-технические разработки, направленные на совершенствование технологии ГИДС, ограничиваются какой либо одной из указанных составных частей. Технологический комплекс на ряде предприятий строится на основе совместного при-
менения указанных составных частей в той или иной комбинации. Поскольку при разработке отдельных составляющих комплекса изначально не закладывалась прямая их увязка, эффективность подобных систем значительно меньше той, которую можно было бы ожидать.
Разработка компьютеризованного аппаратурно-методического комплекса для геофизических исследований действующих скважин на основе научно-обоснованных принципов комплексного подхода к разработке аппаратуры, методики и программного обеспечения является актуальной научно-технической проблемой. Решение этой проблемы вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса. Внедрение комплекса имеет важное народнохозяйственное значение в обеспечении снижения темпов падения добычи нефти.
Цель работы
Повышение информативности, достоверности и оперативности геофизических исследований действующих скважин при их испытании, эксплуатации и ремонте за счёт комплексного подхода к разработке компьютерной технологии ГИДС и создания на этой основе технологического комплекса.
Основные задачи исследования
-
Анализ состояния технологии геофизических исследований действующих нефтяных скважин.
-
Научное обоснование и разработка методики решения основных задач ГИДС применительно к компьютерной технологии:
исследование методических вопросов решения задач на основе использования многопараметровой цифровой аппаратуры;
разработка методов компьютерной обработки данных при решении задач ГИДС.
-
Научное обоснование и разработка принципов комплексного подхода к разработке аппаратуры, методики и программного обеспечения для ГИДС.
-
Разработка цифровой скважинной аппаратуры:
сравнительный анализ различных принципов построения циф
ровой скважинной аппаратуры;
в исследования по оптимизации конструкции датчиков и разработка новых типов датчиков;
в разработка модульной программно-управляемой скважинной аппаратуры на принципах сетевой телеметрической системы;
оценка перспектив развития базового аппаратурного комплекса.
5) Разработка компьютерного регистрирующего и обрабатывающе
го комплекса для геофизических исследований действующих сква
жин:
анализ состава обслуживаемой скважиной аппаратуры по особенностям ТЛС;
определение функциональных и эксплуатационных требований к комплексу;
определение принципов построения и разработка программного обеспечения станции на основе комплексного подхода к технологическому процессу;
6) Разработка программной среды компьютерной поддержки ин
терпретации:
в исследование возможности создания специализированной среды программирования для создания и совершенствования обрабатывающих программ и оценка её эффективности;
разработка алгоритмов и программ компьютерной обработки и
поддержки интерпретации.
7) Обеспечение опытно-промышленного опробования и практичес
кого использования в геофизических предприятиях разработан
ного технологического комплекса.
Научная новизна
1. Обоснован и реализован принцип построения программного
обеспечения компьютеризованного аппаратурно-методического ком
плекса для исследования действующих скважин как функциональ
но законченной единой системы, включающей подсистемы:
управления регистрирующим комплексом;
регистрации исходных данных и условий измерения;
метрологической поддержки скважинной аппаратуры на принципе индивидуальной градуировки;
в компьютерной поддержки оперативной интерпретации.
-
Исследована возможность применения в скважинной аппаратуре в качестве чувствительного элемента датчика температуры фольгового никелевого резистора на полиамидной плёночной подложке, что позволило достичь улучшения метрологических характеристик при высокой надёжности.
-
Определены критерии качества датчик термоанемометра и предложен способ улучшения его характеристик за счёт использования принципа направления теплового потока вдоль поверхности корпуса датчика.
-
Предложена и разработана система построения модульной программно-управляемой скважиннои аппаратуры на принципах двухпроводной сетевой телеметрической системы.
-
Предложен и реализован способ температурной компенсации датчика давления с использованием специального служебного телеметрического канала и коррекции показаний на программном уровне станции.
-
Разработаны базовые алгоритмы обработки и компьютерной поддержки интерпретации данных ГИДС:
усовершенствован алгоритм нахождения плотности по кривой давления за счёт углублённой обработки кривой градиента давления, что позволяет существенно увеличить разрешающую способность и по плотности оценивать нефтесодержание в потоке флюида;
предложена методика обработки данных термоиндикатора притоков, позволяющая устранить влияние температуры среды и предусматривающая выявление интервалов притоков на основе статистической обработки нескольких замеров по минимальному и максимальному критериям;
обоснована необходимость и предложен способ приведения к единой шкале всех показаний индикатора влагосодержания, зарегистрированных в скважине.
Основным защищаемым результатом является аппаратурно-ме-тодический комплекс для исследования действующих скважин, представляющий собой единую систему, включающую модульную многоканальную скважинную аппаратуру, специализированную компьютеризованную регистрирующую станцию и интегрированную прораммную среду регистрации и обработки данных.
Основные защищаемые положения:
-
Построение скважиннои аппаратуры для исследования действующих скважин в виде модульной системы на сетевом принципе с транзитным двухпроводным интерфейсом обеспечивает наибольшую гибкость при компоновке комплексов для решения различных задач и экономию при обслуживании.
-
Программное обеспечение должно представлять собой интегрированную систему, обеспечивающую управление аппаратурой, метрологическую поддержку скважиннои аппаратуры, регистрацию данных, оперативную обработку данных ГИДС и компьютерную поддержку интепретации, разработку и совершенствование обрабатывающих программ.
-
При регистрации данных целесообразно придерживаться принципа избыточности, заключающегося в том, что при использовании комплексной многоканальной аппаратуры необходимо при всех замерах регистрировать и совместно обрабатывать данные, поступающие по всем каналам аппаратуры.
-
Алгоритмы обработки данных ГИДС и алгоритмы компьютерной поддержки интерпретации должны быть ориентированны на обработку большого количества данных (до сотни кривых при исследовании одной скважины), зарегистрированных комплексной многоканальной аппаратурой с применением принципа избыточности.
Практическая значимость работы
Результаты работы позволили разработать единый аппаратурно-методический комплекс для ГИДС, состоящий из взаимоувязанных частей - цифровой скважинной аппаратуры, компьютерной станции и подсистемы оперативной обработки данных. Применение этого комплекса позволяет повысить качество исходного материала, уменьшить время проведения ГИС, обеспечить высокую оперативность получения интерпретационного заключения.
Разработанная автором система построения модульной программно-управляемой скважинной аппаратуры на базе двухпроводной сетевой телеметрической системы позволяет легко расширять базовый аппаратурный комплекс ГРАНИТ за счёт подключения вновь разрабатываемых модулей и модернизации старого парка аппаратуры. Применение новой аппаратуры повышает эффективность решения задач ГИДС и существенно сокращает время исследований.
Разработанный под руководством автора компьютерный регистрирующий и обрабатывающий комплекс ОНИКС позволяет работать как с новой аппаратурой ГРАНИТ, так и со старым парком аппаратуры. При этом отпадает необходимость использования многочисленных измерительных панелей для каждого типа аппаратуры. Пакет программ оперативной обработки данных позволяет непосредственно при работе на скважине оценить качество получаемого материала и, при необходимости, выдать его Заказчику как результат первичной обработки.
В конечном итоге, применение разработанного аппаратурно-ме-тодического комплекса позволит повысить достоверность и полноту данных о состоянии скважин и разрабатываемых месторождений и будет способствовать оптимизации эксплуатации скважин и рациональной разработке нефтегазовых месторождений.
Реализация в промышленности
Разработанный аппаратурно-методический комплекс ГРАНИТ-ОНИКС в настоящее время выпускается опытным производством НПЦ Тверьгеофизика. Всего выпущено 25 комплектов скважинной аппаратуры ГРАНИТ и 30 регистрирующих и обрабатывающих комплекса ОНИКС.
Комплексы находятся в промышленной эксплуатации и используются для решения промысловых задач в следующих крупных геофизических предприятиях: АО "Мегионнефтегеофизика", "Сургут-нефтегеофизика", "Ноябрьскнефтегазгеофизика", Красноярское УГР, Ноябрьская ГК.
Апробация работы
Основные результаты работ представлялись и обсуждались на научно-практической конференции "Компьютерные технологии ГИС" (Тверь, 1996), на техническом совете фирмы Халибартон (США, Хьюстон, 1997), на научно-практическом семинаре "Проблемы качества ГИС" (Тверь, 1997), на семинаре "Применение компьютерных технологий при производстве ГИС контроля разработки и КРС" (Нижневартовск, 1996), на координационных совещаниях по промысловой геофизике МНП (1980 - 1986), на международной геофизической конференции и выставке (Москва, 1997), на международных выставках "Нефть и газ" (Москва, 1989 -1995), на научно-практическом школе-семинаре "Состояние и пути развития методов, техники и технологии контроля за испытанием нефтегазовых скважин" (Тверь, 1993).
Объём работы. Диссертация состоит и введения, 7 глав и заключения. Текст изложен на 225 страницах, включая 66 рисунков, 9 .таблиц и список литературы из 192 наименований.
Исходный материал. Базовой основой диссертации являются 23 опубликованных научных работ и 14 авторских свидетельств на изобретения. Материалы диссертации отражены в научных отчётах, переданных с 1985 по 1995 г. в фонды ВНИГИК, г. Тверь.
В диссертации представлены результаты исследований, выполненных лично автором, под его руководством и при непосредственном участии с 1985 по 1997 гг. в ВНИГИК, НПФ НефтеТестСервис, НПЦ ТверьГеофизика. В разработке последнего поколения скважинной аппаратуры ГРАНИТ и комплекса ОНИКС принимали активное участие Шейфот А.И., Брызгалов В., Дмитриев А.Н., Юркина В.Г.
Реализация программного обеспечения выполнена Коршиковым С.Н. при постановке задач и руководстве автора.
Часть положений диссертации основаны на научных исследованиях, проведённых автором или при его участии в период с 1972 по 1985 гг. на специализации Геофизика Башгосуниверситета. В этих исследованиях принимали участие сотрудники специализации Ва-лиуллин Р.А., Филиппов А.И., Рамазанов А.Ш., Пацков Л.Л..
Большое положительное влияние на формирование диссертационной работы оказали дискуссии и творческие контакты автора с Орлинским Б.М., Кирпиченко Б.И., Алиевым Я.Р. Автор выражает благодарность Бродскому П.А., Фионову А.И. и Козяру В.Ф. за исключительно ценные советы по оформлению работы и подготовке к защите диссертации. Внедрение разработанного комплекса на геофизических предприятиях было бы невозможно без участия Бурдо В.Б., Хаматдинова Р.Т., Бурдо В.Б., Казака В.Г., Коновалова В.А., Попова И.Ф., Пасечника М.П., Шамихина А.Н. Автор выражает глубокую признательность этим учёным и производственникам, а также многим другим специалистам научных и производственных организаций, с которыми он с большим удовлетворением сотрудничал в ходе работы.