Виды оптоволоконных датчиков.
Термобарические датчики
• Измерение пластового давления
• Проверка гидродинамической связанности пласта и гидропрослушивания, испытание на неустановившихся режимах
• Выявление утечек из НКТ, обсадных колон, зоны поглощения и нарушения потока
• Исследование качества перфорации и характеристик газлифтных клапанов
Внутрискважинная расходометрия
• Решает задачу разделения добычи и устанавливает коэффициент продуктивности отдельных зон или всей скважины.
• Позволяют сократить объемы испытаний скважин с надводным устьем или полностью отказаться от таких испытаний-> эксплуатационный эффект, сокращение ТО и повышение экологический стандартов
• Не имеют сужения в стволе скважины и не стоят на пути движения флюида
• Настраиваются на 1, 2, 3-ехфахный поток
Непрерывный скважинный сейсмомониторинг
• Периодическое вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП)
• Межскважинное сейсморазведочное построение
• Наземная сейсмокалибровка
• Мониторинг спровоцированной добычей микросейсмической активности или
картирования трещин (ГРП)
Типы оптоволоконных датчиков по построению
Точечные - работа в локализованной зоне
Распределенные - датчики на рассеянии. Сбор информации по всей длине оптического волокна.
Квази-распределенные - Точечные датчики, объединенные в массивы на одном волокне и мультиплексированные по частоте (WDM), либо по времени (TDM).
Типы волоконных датчиков по типу действия
фазовые — датчики, в которых используется высоко когерентный источник излучения и производится измерение фазы волны, изменяющейся под влиянием внешнего параметра;
со спектральным кодированием — датчики, где, в отличие от фазовых, используется источник излучения с широким спектром с возможностью анализа всего спектра;
амплитудные — датчики, в которых измеряемый параметр модулирует интенсивность проходящей или отраженной волны;
туннельные — датчики, где используется эффект туннелированное излучение через малый зазор;
поляризационные — датчики, использующие информацию о поляризации световой волны;
Типы рассеивания светового импульса. Ограничения для передачи информации по волоконно-оптической линии.
Принцип волоконно-оптической связи крайне прост: электрический сигнал преобразуется в световой который передается по оптическому волокну на удаленный приемник где он опять преобразуется - в первоначальный электрический сигнал. У волоконно-оптической связи имеется много преимуществ перед другими способами связи. Сигнал может посылаться без усиления на более длинные расстояния; не возникает никаких проблем с помехами от электрических полей; пропускная способность - намного выше чем у сетей с парными или коаксиальными кабелями; само волокно намного легче и меньше по размеру чем медная жила.
Основным ограничением для передачи информации по волоконно-оптической линии связи является затухание оптического сигнала по мере его распространения по волокну. Информация содержащаяся в световом сигнале посланном по волокну должна быть получена и преобразована в свою исходную форму. По мере распространения по волокну оптический сигнал затухает из-за релеевского рассеяния (объяснение этого явления приводится ниже). Некоторая часть световой энергии поглощается а часть этой энергии уходит из волокна наружу на дефектах возникающих в стекле при чрезмерных изгибах волокна. Если световой энергии потеряно (т.е. ушло на затухание) очень много то сигнал может оказаться слишком слабым чтобы приемник на дальнем конце мог различить в этом сигнале отдельные импульсы.
Для измерения характеристик оптического волокна оптический рефлектометр использует явления релеевского рассеяния и френелевского отражения. Посылая в волокно световой импульс и измеряя время его распространения и интенсивность его отражения от точек находящихся внутри волокна рефлектометр выводит на экран дисплея рефлектограмму "уровень отраженного сигнала в зависимости от расстояния".
Релеевское рассеяние
При посылке светового импульса по волокну часть импульса натыкается на имеющиеся в стекле микроскопические частицы (которые называются "примесью") и рассеивается во всех направлениях. Это явление называется релеевским рассеянием. Часть световой энергии - около 00001% - рассеивается назад в направлении противоположном направлению распространения импульса; это называется обратным рассеянием. Поскольку в процессе изготовления волокна примеси распределяются равномерно по всему волокну это явление рассеяния возникает по всей его длине.
Релеевское рассеяние похоже на рассеивание частицами влаги луча света от карманного фонарика в ночном тумане. В густом тумане рассеивание будет сильнее так как в воздухе больше частиц влаги. Туман вы видите потому что частицы влаги рассеивают небольшое количество света по направлению к вам. Если туман не очень густой то луч света может распространяться на большое расстояние но в густом тумане свет из-за эффекта рассеяния затухает довольно быстро. Частицы примесей в волокне действуют как частицы влаги в тумане отражая при попадании на них света небольшое количество световой энергии назад к ее источнику.
Френелевское отражение
Всегда когда свет распространяющийся в каком-нибудь материале (например в оптическом волокне) попадает в материал с другой плотностью (например в воздух) часть световой энергии (до 4%) отражается назад к источнику света в то время как остальная световая энергия продолжает распространяться дальше. Резкие изменения плотности материала имеют место на концах волокна у обрывов волокна и иногда у оптоволоконных стыков. Количество отраженного света зависит от величины изменения плотности материала (которая характеризуется показателем преломления - более высокий показатель преломления означает большую плотность) а также от того угла под которым свет падает на поверхность раздела между двумя материалами. Это явление называется френелевским отражением. Оно используется в оптическом рефлектометре для точного определения мест обрывов волокна.
Френелевское отражение напоминает ситуацию со светом карманного фонарика падающим на оконное стекло. Большая часть света проходит через стекло но какая-то его часть отражается назад к вам. От угла под которым луч света падает на оконное стекло зависит куда попадет отраженный свет: назад в фонарик или же к вам в глаза.
Основные преимущества волоконно-оптических датчиков морских райзеров
В настоящее время делается акцент на целостности управления и мониторинге состояния морских добычных установок в целях обеспечения надежности всех компонентов и, следовательно, безопасности эксплуатации. С развитием новых, более совершенных сенсорных технологий, эта философия распространяется на те части установок, которые в настоящее время считаются неинспектируемыми.
За последние пару лет для мониторинга гибких трубопроводов был разработан ряд методов. Большинство из них были разработаны для контроля целостности внешней оболочки или натяжных бронированных проводов. Одной из наиболее перспективных технологий для мониторинга в реальном времени является включение оптических волокон в гибкие райзеры.
Встроенные оптические волокна также могут быть использованы для измерения других параметров в трубе, в частности температуры.
Распределенные измерения были определены как наиболее эффективный подход, позволяющий не только обнаружить оговоренные события, но и их локализацию. Кроме того, это позволяет создать визуализацию условий по всей длине райзера в режиме реального времени
Другие системы зондирования райзеров, вместо непрерывного измерения по всей длине волокна, производят измерения в одной точке. Распределенное решение является уникальным в системах мониторинга, с точки зрения способности генерировать следы в пространстве и во времени.
Последнее реализации волоконно-оптического контроля, встроенные в гибкие райзеры, является важным шагом на пути превращения райзеров в структуру контроля. Встраиваемых систем мониторинга обеспечения актива может безопасно работать на своем оптимальном уровне для максимального периода времени. Совместное использование оптических датчиков и полностью распределенных сенсоров позволяют различные мероприятия, которые будут контролироваться. Это включает в себя нарушение внешней оболочки, контроль уровня конденсата, полимерные температуры, температуры трубы во время эксплуатации, напряжение и обрыв провода.
Некоторые преимущества волоконно-оптических сенсорных систем для применения в системах райзеров мониторинга их мультиплексирование, которое превышает большинство обычных электронных датчиков и требует использования меньшего количества кабелей, их устойчивость к электромагнитным помехам. Стоит учесть тот факт, что они являются пассивными датчиками, используя только сигналы низкой мощности света, чтобы взаимодействовать с измерениями и передавать данные зондирования через оптический кабель.
Цели и задачи при использовании датчиков УЭС в бурении. Основные преимущества и недостатки.
Основные цели и задачи при использовании датчиков УЭС в бурении можно подразделить на три типа. К первому типу относиться фиксация момента вскрытия и глубина вскрытия продуктивного интервала. Для осуществления этой цели используются кольцевые датчики и фокусировочные устройства. Они позволяют получать удельное электрическое сопротивление пород перед долотом на расстоянии приблизительно в 60 сантиметров. При ранее полученных данных о сопротивлении продуктивного интервала в соседних скважинах возможно осуществление геостопинга (остановки процесса бурения по росту сопротивления при приближении к продуктивному интервалу).
Ко второму типу относиться получение образа ствола скважины. Оно осуществляется посредством точечных датчиков, которые представляют собой, по сути, приборы МБК (микробокового каротажа). Они установлены в колонне и при ее вращении в процессе бурения вращаются вместе с ней, получая азимутальное сопротивление ствола скважины, которое впоследствии преобразуется в образ ствола скважины. По данному образу можно судить о типе литологии разбуриваемых горных пород, наклонном залегании пластов, наличии вторичной пористости (трещин) и ее направлении.
К третьему типу относиться проводка горизонтального участка ствола скважины в пределах продуктивного интервала. Она осуществляется с помощью модуля аппаратуры, состоящего как минимум из пяти зондов ИК (индукционного каротажа) с различной длинной элементов (зондов) и амплитудно-частотной характеристикой. О положении колонны судят по удельному электрическому сопротивлению, получаемому через проводимости с зондов ИК. Над продуктивным интервалом и под ним обычно располагаются интервалы с резко отличным удельным электрическим сопротивлением, которое выявляется зондами различной глубинности. По этим данным и судят о положении бурового инструмента.
Основным преимуществом данного метода является получение сразу всех параметров пород, их удельного электрического сопротивления, угла залегания, их литотипе, насыщении, пористости и проницаемости без сильного воздействия на них проникновения бурового раствора.
Основным недостатком данного метода является получение большого объема информации, который затруднительно оперативно и достоверно обработать.
Системы измерения в процессе бурения в режиме реального времени: применение и составные части
Данные от первичных преобразователей через коммутатор поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), затем через кодирующее устройство (КУ), усилитель-передатчик поступают в канал связи. На поверхности закодированная различными способами информация расшифровывается в обратном порядке и поступает на системы отображения и обработки для принятия решений по технологическому режиму.
На протяжении многих лет основным препятствием для практического использования измерений в процессе бурения был канал связи. Он является основным и решающим фактором, так как именно от него зависит конструкция телесистем, компоновка, информативность, надежность, удобство работы, а также условия прохождения сигналов.
Диапазон существующих в настоящее время каналов весьма широк, и представлен гидравлическим, электромагнитным, акустическим, электропроводным и многими другими типами каналов связи.
В результате многолетних исследований и практического использования в реальных условиях бурения широкое применение нашли три канала связи:
оптоволоконный
электропроводный;
гидравлический;
электромагнитный.
Оптоволоконный канал связи
В системе MWD используется система оптоволоконных датчиков и оптоволоконный канал передачи данных. Оптоволоконные датчики расположены вдоль компоновки низа бурильной колонны. Информация, полученная с этих датчиков, передается по одному или нескольким оптоволоконным кабелям, проходящим вдоль всей буровой колонны. Этот канал связи обеспечивает двустороннюю связь КНБК с поверхностью. Вместе с тем, один или несколько электрических кабелей, расположенных вдоль оптоволокна обеспечивает питания компонентов КНБК
Гидравлический канал связи
Это - наиболее распространенный метод передачи данных, используемый в системах ИПБ. Для этого в бурильной компоновке установлен клапан, который ограничивает поток бурового раствора в соответствии с цифровой информацией, которую необходимо передать. Это создает колебания давления, несущие информации. Колебания давления распространяются через буровой раствор к поверхности, где регистрируются датчиками давления. На поверхности полученные сигналы давления обрабатываются компьютером, чтобы восстановить информацию.
Электропроводный канал связи. Некоторые сервисные компании в настоящее время развивают системы с электрическим каналом связи. Эти системы используют электрические провода, встроенные в каждую бурильную трубу, через которые осуществляется передача информации. Эти системы обещают скорость передачи данных на несколько порядков выше, чем у систем с гидравлическим или электромагнитным каналами связи, как от скважинного инструмента на поверхность, так и с поверхности до скважинного инструмента.
Электромагнитный канал связи.
Для использования этого метода необходимо встраивание электрического изолятора в бурильную колонну. Для передачи данных устройство генерирует переменное напряжение между верхней частью (основная бурильная колонна выше изолятора) и нижней частью (долото и другие устройства ниже изолятора). На поверхности один электрод присоединен к устью скважины, которое находится в контакте с бурильной колонной. Второй электрод присоединен к стержню, вбитому в землю на некотором удалении. Устье скважины и стержень формируют два электрода дипольной антенны. Разность потенциалов между этими двумя электродами - сигнал, который расшифровывается компьютером.
Системы с электромагнитным каналом связи генерируют переменное напряжение между секциями буровой колонны на очень низкой частоте (2-12 Гц). Данные наложены на излучение посредством цифровой модуляции.
Визуализатор обсадной колонны в режиме реального времени: принцип работы и преимущества применения.
Визуализатор обсадной колонны фиксирует изменение напряженного состояния, а именно контролирует дифференциальные давления между внутренней и внешней стенками обсадной колонны, отслеживает изменения формы обсадной колонны с высоком пространственным разрешением (~ 1 см) и высокоточным (~ 10 микро-деформации) измерением деформации вдоль и вокруг сечения трубы, которые затем переводятся в количественную оценку деформации.
ВУРВ чувствителен ко всем видам деформации, включая осевое сжатие, изгиб, овализацию, изменение температуры и давления. ВУРВ позволяет на ранних стадиях выявлять и количественно оценивать геомеханические нагрузки, такие как уплотнения резервуара и его расширение, скольжения поверхности сдвига и др.
ВУРВ был успешно опробован 6 августа 2008 года в газовой эксплуатационной скважине. Основной целью являлось продемонстрировать готовность ВУРВ к долгосрочному мониторингу состояния скважины.
ВУРВ была установлена на двух последовательных трубах 7" обсадной колонны. На верхней трубке угол намотки составил 60°, а на нижней 20°. Разные углы наматывания были выбраны для того, чтобы зафиксировать различия между давлением, температурой и осевыми деформациями.
Оптоволоконный кабель составлял около 50 м в длину и содержал более 5000 брэгговских решетчатых датчиков, расположенных с шагом 1 см.
ВУРВ позволяет:
проводить мониторинг деформации песчаного экрана и формы обсадной трубы;
получать трехмерные изображения деформации высокого разрешения на экране;
фиксировать все трубные напряжения;
процесс подъема жидкости по стволу скважины;
ключевые моменты цементирования обсадной колонны (нагнетания цемента, движение разделительных пробок).
Преимущества ВУРВ:
позволяют повысить уровень добычи за счет быстрого и более обоснованного принятия решений и использования и быстрой обработки информационных данных;
позволяют повысить производительность, предоставив своим сотрудникам и партнерам доступ к информации в режиме реального времени;
оптимизировать эффективность использования ресурсов для максимального увеличения доходности.
|
