Компьютеризованный аппаратурно-методический комплекс для геофизических исследований действующих скважин

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. Одновременно резко уменьшился прирост запасов из-за сокращения разведочного бурения и уменьшения размеров и запасов вновь разведанных месторождений. 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 неуклонный 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 скважин (далее ГИДС).

Технология геофизических исследований действующих скважин основана на теоретических исследованиях, методических и аппаратурных разработках, выполнявшихся в течение нескольких десятков лет рядом организаций. В результате сложилось направление ГИС, существенно отличающееся по решаемым задачам, условиям проведения, методике и технике исследований от каротажа скважин.

Значительный вклад в формирование этого направления внесли Басин Я. Н., Белышев Г. А., Бернштейн Д. А., Валиуллин P.A., Головацкая И. В., Гулин Ю. Н., Гуторов Ю. А., Дахнов В. Н., Дворкин И. Л., Кирпиченко И. В., Коноплёв Ю. В., Корженевский А. Г., Кременецкий М. И., Лукьянов Э. Е., Непримеров H.H., Орлинский Б. М., Петросян Л. Г., Позин Л. З., Прямов П. А., Резванов P.A., Чёрный В. Б., Швецова Л.Е.

Компьютеризованный аппаратурно-методнческгш комплекс.

Введение

10.

К началу работ по теме настоящей диссертации имелась технология ГИДС, основанная на научно-обоснованных методиках проведения исследований и интерпретации, использовании комбинированной аппаратуры (К2−321, Напор) и комплексной (КСА-Т7) аппаратуры, аналоговых фоторегистраторов и цифровых регистраторов ТРИАС, ПВК, CAMOTJTOP. Заметим, что последние разрабатывались для каротажных работ.

Появление компьютерных и процессорных технологий поставило вопрос о техническом перевооружении отрасли промысловой геофизики в целом и направления ГИДС в частности. Техническое перевооружение, в свою очередь, ведёт к необходимости пересмотра многих методических вопросов, особенно в части компьютерной обработки данных и компьютерной поддержки интерпретации. При этом резко возрастает эффективность ГИДС при решении геологических и технических задач за счёт повышения объёма и качества получаемого исходного материала, скорости и глубины его обработки. Таким образом, компьютеризация способна коренным образом перестроить технологический процесс ГИДС.

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. 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. Например, в геофизических предприятиях используются недавно разработанная цифровая скважинная аппаратура АГАТ (Уфа), ПОИСК (Уфа), компьютерные регистраторы КЕДР (Саратов), программные пакеты обработки PRIME (Уфа), АО СИЭЛ (г. Тюмень), ГЕККОН (г. Москва). Технологический комплекс на ряде предприятий строится на основе совместного применения 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.

Введение

11 было бы ожидать. Отметим, что на момент начала промышленного применения первого варианта компьютерного комплекса ГРАНАТ (1989 г) указанные разработки отсутствовали.

Разработка аппаратурно-методического комплекса для ГИДС 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.

Целью работы является повышение информативности, достоверности и оперативности геофизических исследований ГИДС скважин при их испытании, эксплуатации и ремонте за счёт комплексного подхода к разработке компьютерной технологии ГИДС и создания на этой основе аппаратурно-методического комплекса.

Выполнение поставленной цели требует решения следующих основных задач.

1) Анализ современного состояния технологии геофизических исследований ГИДС нефтяных скважин.

2) Научное обоснование и разработка методики решения основных задач ГИДС применительно к компьютерной технологии:

• исследование методических вопросов решения задач ГИДС на основе использования многопараметровой цифровой аппаратуры;

• разработка методов компьютерной обработки данных при решении задач ГИДС.

3) Научное обоснование и разработка принципов комплексного подхода к разработке аппаратуры, методики и программного обеспечения для ГИДС.

4) Разработка цифровой скважинной аппаратуры:

• сравнительный анализ различных принципов построения цифровой скважинной аппаратуры;

• исследования по оптимизации конструкции датчиков и разработка новых типов датчиков;

• разработка модульной программно-управляемой скважинной аппаратуры на принципах сетевой телеметрической системы;

• оценка перспектив развития базового аппаратурного комплекса.

Введение

12.

5) Разработка компьютерного регистрирующего и обрабатывающего комплекса для геофизических исследований действующих скважин:

• 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 интерпретации:

• 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 практического использования в геофизических предприятиях разработанного аппаратур-но-методического комплекса.

Научная новизна.

1. Обоснован и реализован принцип построения программного обеспечения компьютеризованного аппаратурно-методического комплекса для исследования действующих скважин как функционально законченной единой системы, включающей подсистемы:

• управления регистрирующим комплексом;

• регистрации исходных данных и условий измерения;

• метрологической поддержки скважинной аппаратуры на принципе индивидуальной градуировки;

• компьютерной поддержки оперативной интерпретации.

2. Показана возможность применения в скважинной аппаратуре в качестве чувствительного элемента датчика температуры фольгового никелевого резистора на полиамидной плёночной подложке, что позволило достичь улучшения метрологических характеристик датчика и увеличить его надёжность.

3. Определены критерии качества датчика термоанемометра и предложен.

Введение

13 способ улучшения его характеристик за счёт использования принципа направления теплового потока вдоль поверхности корпуса датчика.

4. Предложена и разработана система построения модульной программно-управляемой скважинной аппаратуры на принципах двухпроводной сетевой телеметрической системы.

5. Предложен и реализован способ температурной компенсации датчика давления с использованием специального служебного телеметрического канала и коррекции показаний на программном уровне станции.

6. 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-методический комплекс для исследования действующих скважин, представляющий собой единую систему, включающую модульную многоканальную скважинную аппаратуру, специализированную компьютеризованную регистрирующую станцию и интегрированную программную среду регистрации и обработки данных.

Основные защищаемые положения: 1. Построение скважинной 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.

Введение

14.

2. Программное обеспечение должно представлять собой интегрированную систему, обеспечивающую управление аппаратурой, метрологическую поддержку скважинной аппаратуры, регистрацию данных, оперативную обработку данных ГИДС и компьютерную поддержку интепрета-ции, разработку и совершенствование обрабатывающих программ.

3. 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.

4. 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.

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 ТверьГеофизи-ка. В разработке последнего поколения скважинной аппаратуры ГРАНИТ и регистрирующего комплекса ОНИКС принимали активное участие Шейфот А. И., Брызгалов В. 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 Валиуллин P.A., 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., Адиевым 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.

Введение

15 бы невозможно без участия Хаматдинова Р. Т., Бурдо В. Б., Казака В. Г., Коновалова В. А., 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.

Основные результаты диссертационной работы следующие.

1. Разработан комплексный подход к технологическому процессу геофизических исследований ГИДС скважин:

• определены участники технологического процесса и их функции, привлекаемые ресурсы, проанализировано их взаимодействие на разных этапах решения задач ГИДС;

• определены требования к скважинной аппаратуре, компьютерной станции и её программному обеспечению;

• разработаны принципы построения программного обеспечения интерпретации (компьютерной поддержки интерпретации);

• рассмотрены вопросы совместимости отдельных компонентов технологического процесса как основополагающие при комплексном подходе к этому процессу.

Разработанные принципы легли в основу создания аппаратурно-методического комплекса ГРАНИТ-ОНИКС. i.

2. Изучены особенности методики проведения исследований и обработки данных ГИДС применительно к компьютерной технологии:

• даны рекомендации по проведению термических, манометрических, потокометрических и других исследований;

• предложен и обоснован «принцип избыточности» при проведении ГИДС- ,.

• разработаны способы обработки «зашумлённых» данных;

• предложены принципы компьютерной обработки данных при решении основных задач ГИДС. :

Результаты исследований в области методики использованы, в частности, при создании пакета программ компьютерной поддержки интерпрета-Компъютеризованиый аппаратурио-методическгш комплекс ции.

3. Разработана модульная программно-управляемая аппаратура нового поколения ГРАНИТ:

• определены и воплощены принципы построения аппаратуры на основе современных процессорных технологий;

• разработан сетевой принцип. совместной работы модулей на остове одножильного интерфейса;

• разработаны новые датчики температуры, термоанемометра, индикатора влагосодержания- ' !

• разработана унифицированная плата ТЛС, позволяющая модернизировать старый парк аппаратуры;

• сформулированы и воплощены принципы построения аппаратуры, обеспечивающие оптимизацию метрологического обеспечения.

4. Разработан наземный компьютерный регистрирующий комплекс: i.

• определены функциональные требования и принципы построения регистрирующего комплекса;

• разработано программное обеспечение контроля, управления и регистрации;

• разработаны и испытаны два варианта регистрирующего комплекса;

• разработана система метрологического обеспечения обработки данных в реальном времени, предусматривающая использование индивидуальных метрологических описаний модулей;

• разработана структура описаний скважинной аппаратуры, позволяющая обслуживать разнообразные типы аппаратуры с использованием унифицированного кабельного интерфейса.

5. Разработана программная среда оперативной обработки данных ОНИКС, имеющая два уровня обработки данных с пакетом программ компьютерной поддержки интерпретации.

6. Обеспечен серийный выпуск аппаратурно-методического комплекса и внедрение его на производстве.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Анализ состояния технологии геофизических исследований ГИДС скважин и решаемых задач с позиций компьютеризации этой технологии, теоретические исследования, разработка лабораторных макетов и экспериментальной скважинной аппаратуры и их испытаний, разработка и сравнительные испытания различных регистрирующих систем, исследования в области создания алгоритмов обработки данных ГИДС позволили автору разработать компьютеризованный аппаратурно-методический комплекс для геофизических исследований ГИДС скважин.