Адаптивная и интеллектуальная телеметрия обсадных колонн эксплуатационных скважин методом магнитной локации

Актуальность темы

В процессе эксплуатации скважин нефтяных месторождений происходит износ, старение и разрушение технологического оборудования, обеспечивающего добычу углеводородов.

Основная эксплуатационная нагрузка приложена к обсадной колонне скважины. Техническое состояние обсадной колонны влияет на весь процесс эксплуатации скважины. Методы качественного контроля за процессом износа и старения обсадных колонн эксплуатационных скважин — актуальная задача нефтепромысловой геофизики. От качества информации о техническом состоянии эксплуатационного оборудования скважины зависит продолжительность безаварийной и продуктивной работы.

В настоящее время интенсивного развития современных компьютерных и новейших информационных технологий в нефтепромысловой геофизике появилась еще одна проблема, требующая решения, — экономические затраты на научное и техническое совершенствование геофизических методов исследования скважин значительно опережают рост эффективности геофизических исследований.

Причина такого дисбаланса в нефтепромысловой геофизике заключается в пределе возможности существующих принципов измерений, применяемых технологий исследования скважин и используемых методиках интерпретации результатов исследований, которые были заложены в 50-е — 60-е годы ХХ-ого столетия.

В настоящее время необходимы принципиально новые подходы к увеличению качества и эффективности геофизических исследований.

В диссертационной работе на примере геофизического метода магнитной локации обсадных колонн разработаны два направления совершенствования исследований обсадных колонн магнитными локаторами.

Первое направление — исследованы физические процессы, протекающие в измерительном канале типового магнитного локатора. По результатам исследований разработаны метрологическое обеспечение геофизического метода магнитной локации обсадных колонн и основы теории интерпретации интервалов перфорации на диаграммах типовых магнитных локаторов с использованием тригонометрических рядов Фурье.

Второе направление — разработаны новые принципы исследования обсадных колонн магнитными локаторами. Эти принципы включают в себя адаптивную и интеллектуальную телеметрию обсадных колонн магнитными локаторами.

Адаптивная система скважинной телеметрии имеет встроенное метрологическое обеспечение, и конечным результатом исследований является «измерительная информация» о техническом состоянии обсадной колонны скважины.

Интеллектуальная система скважинной телеметрии обладает определённой «систематизированной информацией — знаниями» об обсадных колоннах и их дефектах. Конечным результатом исследований являются «специализированные знания» о каждой обсадной колонне, в которой проводились исследования.

Эффективность скважинной телеметрии обсадных колонн типовым магнитным локатором, адаптивной и интеллектуальной системами определяется по конечным результатам геофизических исследований.

Цель работы. Создать теоретические основы геофизического метода магнитной локации обсадных колонн скважин. Увеличить качественные характеристики результатов исследования обсадных колонн типовыми магнитными локаторами. На основе адаптивной и интеллектуальной системы измерений разработать новые принципы скважинной телеметрии обсадных колонн магнитными локаторами.

В диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. Анализ современного состояния геофизического метода магнитной локации обсадных колонн скважин.

2гр о о Теоретическое моделирование «соосной» и «несоосной» технологии исследования обсадных колонн магнитными локаторами.

3. Аналитическое моделирование количественных представлений дефектов обсадных колонн величинами образцовых эталонов на единой шкале измерений.

4. Разработка метрологической установки с образцами эталонных дефектов обсадных колонн на плоском и радиальном градуировочных дисках.

5. Разработка основ теории интерпретации, интервалов перфорации на диаграммах магнитных локаторов с использованием рядов Фурье.

6. Разработка теоретических и прагматических основ, принципа адаптивной телеметрии обсадных колонн методом магнитной локации.

7. Графическое моделирование по результатам исследований развёрток внутренней поверхности обсадных колонн Еу — фотограммами и RGBколерограммами.

8. Разработка теоретических и прагматических основ, принципа интеллектуальной телеметрии обсадных колонн методом магнитной локации.

Методика исследований. Нри решении задач, поставленных в диссертационной работе, использовались:

• теоретическое и экспериментальное изучение физических явлений, сопровождающих процесс перемещения измерительного преобразователя типового магнитного локатора по стволу обсадной колонны;

• аналитическое моделирование технологий исследования обсадных колонн типовыми магнитными локаторами;

• анализ и обобщение полученных результатов исследований и опыта промышленного использования типовых магнитных локаторов;

• экспериментальная проверка в лабораторных условиях и в скважинах нефтяных месторождений, выдвигаемых автором гипотез и перспективных идей;

• оформление экспериментально подтверждённых гипотез и перспективных идей в виде технических конструкций и аналитических теорий.

Научная новизна работы. В результате исследований в области магнитной локации обсадных колонн скважин впервые получены следующие результаты:

• на основе анализа выявлена неэффективность технических решений в измерительном канале типового магнитного локатора;

• созданы аналитические модели различных технологий исследования обсадных колонн типовыми магнитными локаторами;

• разработаны образцы эталонных дефектов обсадных колонн на плоском и радиальном градуировочных дисках;

• разработана метрологическая установка для градуировки и калибровки типовых магнитных локаторов;

• разработаны основы теории интерпретации интервалов перфорации на диаграммах типовых магнитных локаторов с использованием рядов Фурье;

• разработан способ графического моделирования развёрток внутренней поверхности обсадных колонн методом Еуфотограммы и RGB — колерограммы;

• на основе анализа и обобщения публикаций отечественных и зарубежных исследователей обоснованы и разработаны принципы адаптивной и интеллектуальной телеметрии обсадных колонн скважин методом магнитной локации.

Практическая ценность работы. Результаты работы позволят предотвратить аварийные остановки скважин по техническому состоянию обсадных колонн, сократить простои эксплуатационных скважин в период их ремонта, уменьшить экономические затраты на ремонт технологического оборудования скважины, сократить время геофизических исследований эксплуатационных скважин методом магнитной локации и повысить качество геофизической информации.

Автором защищаются следующие основные положения:

1. Теоретические основы геофизического метода магнитной локации обсадных колонн эксплуатационных скважин.

2. Теоретические и прагматические основы метрологического обеспечения геофизического метода магнитной локации обсадных колонн скважин.

3. Основы теории интерпретации, интервалов перфорации обсадных колонн на диаграммах магнитных локаторов с использованием рядов Фурье.

4. Способ графического моделирования на плоских носителях развёрток внутренней поверхности обсадных колонн в виде Еу — фотограмм и RGBколерограмм.

5. Принцип адаптивной телеметрии обсадных колонн эксплуатационных скважин, включающий в себя:

• автоматическое изменение масштаба записи диаграмм магнитного локатора в зависимости от геометрических размеров и физических свойств дефектов обсадной колонны;

• встроенное метрологическое обеспечение в измерительные каналы телеметрической системы магнитного локатора.

6. Принцип интеллектуальной телеметрии обсадных колонн эксплуатационных скважин методом магнитной локации, включающий в себя:

• информационную структуру интеллекта телеметрической системы магнитного локатора;

• способ исключения погрешностей в измерительных каналах системы интеллектуальной телеметрии магнитного локатора;

• логическую формализацию кругами Эйлера и диаграммами Жергона, «систематизированной информации — знаний» для системы интеллектуальной телеметрии магнитного локатора.

Личный вклад автора. Автор непосредственно участвовал в организации и проведении опытно-методических и научно-исследовательских работ ряда промыслово-геофизических и научных организаций:

• Тэбукское управление геофизических работ (ТУГР) и Экспедиция геолого — технологических исследований (ЭГТИ) Объединения «Коминефтегеофизика», г. Ухта;

• Ухтинская опытно-методическая геофизическая партия (УОМГП), г. Ухта, Научно — производственного объединения «ВРТИПИвзрывгеофизика», г. Раменское, Московской области;

• государственное предприятие «Дипос» (дистанционное испытание пластов и освоение скважин), г. Ухта, Республика Коми;

• Ухтинский государственный технический университет, кафедра «Геофизических методов, геоинформационных технологий и систем».

В десятках скважин нефтяных месторождений и в лабораторных условиях автором проведены эксперименты по моделированию и практическому подтверждению выдвигаемых гипотез и проверке перспективных идей. Автор участвовал в работе УОМГП института «ВНИПИвзрывгеофизика» над темой «Совершенствование технологии вскрытия продуктивных объектов перфорацией и методов интенсификации притоков».

Автором усовершенствован измерительный канал типового магнитного локатора и разработаны:

• теоретические основы метода магнитной локации обсадных колонн скважин;

• теоретические и прагматические основы метрологического обеспечения метода магнитной локации обсадных колонн;

• основы теории интерпретации, интервалов перфорации обсадных колонн на диаграммах магнитных локаторов с использованием рядов Фурье;

• способ представления геофизических диаграмм Еу — фотограммами и RGBколерограммами;

• принципы адаптивной и интеллектуальной телеметрии обсадных колонн методом магнитной локации.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы представлялись и обсуждались на:

• научно-технической конференции «Построение физико-геологической модели и системный подход при истолковании результатов геофизических исследований», г. Пермь, 1993 г.;

• Всероссийском научно-техническом совещании «Применение геофизических методов при решении геологических, инженерно-геологических и экологических задач», г. Пермь, 1994 г.;

• научно-техническом совещании «Геофизические методы при разведке недр и экологических исследованиях», г. Томск, 1996 г.;

• региональной конференции «Моделирование геологических систем и процессов», г. Пермь, 1996 г.;

• международной конференции-семинара им. Д. Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей», г. Ухта, 1998 г.;

• второй региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы геологии нефти и газа», г. Ухта, 1999 г.;

• научно-технические конференции в Ухтинском государственном техническом университете, г. Ухта, 2000 — 2001 г. г.

Эксперименты по моделированию и практическому подтверждению выдвигаемых гипотез и проверке перспективных идей проводились на южных месторождениях Республики Коми: Пашнинском, Мичаюсском, Северо — Савиноборском, Западно — Тэбукском, Джьерском, Вой — Вожском, Нерцовском, Аресском, Сосновском.

Публикации и использованные материалы. Автором по теме опубликовано 9 научных работ. В основу диссертационной работы положены результаты исследований, полученные автором за период работы с 1985 по 2001 г. г. в научных и производственных геофизических организациях.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3-х частей, содержащих 10 глав, заключения и библиографического списка. Диссертация содержит 127 страниц машинописного текста, 65 рисунков, 3 таблицы.

Список литературы

включает 53 наименования.

Заключение

Анализ современного состояния геофизического метода магнитной локации обсадных колонн эксплуатационных скважин, патентные исследования существующих типов магнитных локаторов, лабораторнью и экспериментальные исследования на действующих скважинах нефтяных месторождений позволили автору:

• усовершенствовать измерительный канал типового магнитного локатора;

• заложить теоретические и прагматические основы метода магнитной локации обсадных колонн скважин и метрологического обеспечения измерительного канала типового магнитного локатора;

• разработать установку по градуировке и калибровке измерительных каналов типовых магнитных локаторов;

• разработать основы теории интерпретации, интервалов перфорации обсадных колонн на диаграммах типовых магнитных локаторов с использованием рядов Фурье;

• теоретически обосновать и разработать новые принципы исследований обсадных колонн адаптивными и интеллектуальными системами скважинной телеметрии.

В итоге теоретических и экспериментальных исследований получены следующие результаты:

1. По результатам экспериментальных исследований в эксплуатационных скважинах нефтяных месторождений:

• изучены особенности взаимодействия измерительного преобразователя типового магнитного локатора с обсадной колонной;

• проанализированы «соосная» и «несоосная» технологии исследований обсадных колонн типовыми магнитными локаторами;

• выявлены области обсадной колонны с полной потерей информации измерительным преобразователем типового магнитного локатора и области с частичной, неполной регистрацией дефектов колонны;

• изучены закономерности формирования «позиционной информации» в интервалах перфорации обсадных колонн измерительным каналом типового магнитного локатора;

• систематизированы технические и методические проблемы метода магнитной локации обсадных колонн и теоретически обоснованы пути их решения;

• установлена зависимость информационных характеристик диаграмм магнитных локаторов от технических характеристик измерительных каналов телеметрических систем.

2. По результатам теоретических исследований:

• заложены теоретические основы геофизического метода магнитной локации обсадных колонн;

• созданы аналитические модели «соосной» и «несоосной» технологии исследования обсадных колонн типовыми магнитными локаторами;

• теоретически обосновано количественное представление дефектов обсадных колонн величинами образцовых эталонов на единой шкале измерений.

3. Разработано метрологическое обеспечение для градуировки и калибровки типовых магнитных локаторов.

4. Разработаны основы теории интерпретации, интервалов перфорации обсадных колонн на диаграммах магнитных локаторов с использованием рядов Фурье.

5. Теоретически обоснована и разработана концепция использования адаптивной системы измерений для скважинной телеметрии обсадных колонн методом магнитной локации и его метрологическое обеспечение.

6. Теоретически обоснован способ преобразования группы диаграмм, многоканальной системы адаптивной телеметрии обсадных колонн магнитного локатора, в Еу — фотограмму и RGB ~ колерограмму развёртки внутренней поверхности обсадной колонны.

7. Теоретически обоснована и разработана концепция использования интеллектуальной системы исследований для скважинной телеметрии обсадных колонн методом магнитной локации, которая включает в себя:

• оценку степени интеллекта технической системы скважинной телеметрии магнитного локатора;

• исключение погрешностей в измерительных каналах системы интеллектуальной телеметрии магнитного локатора;

• основы логической формализации «систематизированной информации — знаний» для интеллектуальной системы магнитного локатора.

8. Сформулирована проблема измерения параметров геофизической информации в системе интеллектуальной телеметрии магнитного локатора.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Моделирование межпластовых перетоков флюидов в заколонном пространстве скважины с отображением данных информационными картами// Тезисы докладов научно — технической конференции «Построение физико — геологической модели и ситемный подход при истолковании результатов геофизических исследований». — Пермь, 1993. — С. 49.

2. Субъективность геофизической информации при контроле за разработкой нефтяных месторождений централизованной эпизодической системой // Тезисы докладов Всероссийского научно — технического совещания «Применение геофизических методов при решении

191 геологических, инженерно — геологических и экологических задач". Пермь, 1994.

3. Совершенствование метода магнитной локации муфт для контроля технического состояния обсадных колонн скважин // Проблемы освоения природных ресурсов Европейского Севера / Сборник научных трудов Ухтинского индустриального института. — Ухта, 1994. — С. 75.

4. Информационные системы нефтепромысловой геофизики со встроенным метрологическим обеспечением // Сборник материалов Всероссийского научно — технического совещания «Геофизические методы при разведке недр и экологических исследованиях». — Томск, 1996. — С. 25.

5. Формы количественного определения информации в адаптивных телеметрических системах нефтепромысловой геофизики // Региональная научная конференция «Моделирование геологических систем и процессов». -Пермь, 1996.-С. 220.

6. Отбор геофизической информации из непериодических сообщений по операционным единицам в системе заданных функций // Международная конференция — семинар Д. Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей». — Ухта, 1998. — С. 60.

7. Формализация геологических объектов по результатам геофизических исследований // Материалы 2-ой региональной научно — практической конференции «Актуальные проблемы геологии нефти и газа». — Ухта, 1999. -С. 128.

8. Моделирование событий и реальных объектов нефтепромысловой геофизики элементами информационных технологий // Тезисы доклада научно — технической конференции УГТУ. — Ухта, 2000 г.

9. Интерпретация интервалов перфорации обсадных колонн на диаграммах магнитных локаторов // Тезисы доклада научно — технической конференции УГТУ. — Ухта, 2001 г.