Файл в формате PPT (3,6 МB)

реклама
Лекционный курс
«Экспериментальные
методы
физических исследований»
Раздел
СРЕДСТВА И МЕТОДЫ
ТЕРМОМЕТРИИ
Тема
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ
ТЕРМОМЕТРИИ В НЕФТЕГАЗОВОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
По набору специальностей,
охвату всей технологической цепочки
нефтегазового производства, университет уникален.
Таких вузов в мире всего три-четыре.
Наш университет является средоточием
интеллектуального потенциала
нефтегазового комплекса.
А.И. Владимиров ,В.И. Грайфер
Новые образовательные программы подготовки
и повышения квалификации специалистов
для освоения месторождений углеводородов
Журнал «Нефтяное хозяйство» № 5, 2006
……..Подготовка специалистов, необходимых для создания
и эксплуатации интеллектуальных нефтяных месторождений,
будет проводиться как по имеющимся в вузе нефтегазовым
специальностям и направлениям, так и по новым
образовательным программам. ……..
В.И. Грайфер, генеральный директор ОАО «РИТЭК»
Развивая тему
Интеллектуальной Скважины,
РИТЭК озадачился проектом создания
Интеллектуального Месторождения
…На базе
оптиковолоконной системы
специалисты компании работают над
созданием комплекса приборов,
контролирующих работу как
отдельных скважин, так
и всего месторождения,
что должно значительно увеличить
конечный коэффициент нефтеотдачи.
Мировая тенденция развития более надежных,
экологически безопасных и эффективных
технологий эксплуатации углеводородов
Концепция
интеллектуального (умного) месторождения
SMART RESERVOIR
SMART RESERVOIR
Metering & Control
Systems
Floating Production
Storage & Offloading
Vessels
Tension Leg
Platforms
Surface Well
Systems
Turret Mooring
Systems
Light Well
Intervention
Subsea Drilling
Systems
Subsea Processing
Smart Well
Control Systems
Subsea Template
Systems
Subsea Manifold
Guidelineless
Deepwater Trees
ROV Tie-In Systems
Для «умного» управления
разработкой все
элементы месторождения
и средства исследований
объединяют в комплексные
взаимосвязанные
системы
SMART RESERVOIR
Один из
элементов
системы –
«SMART
WELL»
(«УМНАЯ
СКВАЖИНА»)
«Умная скважина»
с разветвленными
стволами,
датчиками непрерывного
контроля,
соединенными системой
обратной связи
с
управляемыми
устройствами
регулирования
притока
Tubing Hanger
Adjustable Swivel
“Умная
скважина”
D-17
на
месторождении
Douglas
(Ливерпульский
залив,
Великобритания)
TRSSV
4.5” Tubing Joints
ESP Packer
Adjustable Spacer
Full Bore Isolation Valve
Crossover to 3.5”
Auto Y - Tool
Flow Meter
ESP Pump
Perforated Pup Joint
FO On/Off Disconnect Tool
Retrievable Packer
Hydraulic Sliding Sleeve
Retrievable Packer
Hydraulic Sliding Sleeve
Retrievable Packer
Mechanical Sliding Sleeve
Hydraulic Isolation Tool
Downhole Turn Around Sub Bull Nose
Каждая из электронно - управляемых задвижек
вблизи перфорационных отверстий
«умной скважины»
оснащена датчиками положения задвижки,
притока флюидов, температуры…….
В 2001 г. типичная цена подобной задвижки
приближалась к 500 000 $.
МОДУЛИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ
РАБОТЫ ПРИ БОЛЬШИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И ДАВЛЕНИЯХ
( система ADMARC, компания АББ )
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
( > 150 oC )
Общий вид
блока
Монтажные платы
усилителя
и
приемника/передатчика
РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ДАТЧИКИ
ТЕМПЕРАТУРЫ
Бесконтактная термометрия
Контактная термометрия
Локальный датчик - измерения в отдельной точке
Распределенный датчик -измерения непрерывного поля температур
на протяженных интервалах
Волоконно-оптические датчики
(optical fiber sensors)
Волоконно –
оптические
кабели
Диаметры :
внешний 75 - 125 микрон
сердцевины – 20 микрон
Волоконно –
оптические
кабели
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ
ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ
ИЗ КУРСА
ОБЩЕЙ ФИЗИКИ :
Уровни энергии
электронов
АТОМА
Электронные,
колебательные
и вращательные
уровни энергии
МОЛЕКУЛЫ
ИЗМЕНЕНИЕ ЭНЕРГИИ
ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
С ФОТОНАМИ
В АТОМЕ :
Е = Е электр.
В МОЛЕКУЛЕ :
Е = Е электр. +
+ Е колебат. +
+ Е вращат. 
Е = Е электр. +
+ Е колебат.
ЧИСЛО АТОМОВ (МОЛЕКУЛ)
С ДАННОЙ ЭНЕРГИЕЙ
ОПИСЫВАЕТСЯ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ БОЛЬЦМАНА
И
ЗАВИСИТ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
n( E p )  n0 e
(
Ep
kT
)
ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ПОТОКА ФОТОНОВ В ВЕЩЕСТВЕ
ИНТЕНСИВНОСТЬ УМЕНЬШАЕТСЯ
ЗА СЧЕТ ПОГЛОЩЕНИЯ И РАССЕЯНИЯ
dI = - I(x) (x) dx
I(x)
I + dI
 - коэффициент экстинкции
 = поглощения + рассеяния
I  I 0e
 x
В оптическом волокне поглощение света мало
и экстинкция определяется процессами рассеяния
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ
ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ
Закон
Бугера - Ламберта
I  I 0e
 x
 - коэффициент экстинкции (только за счет рассеяния)
Виды рассеяния упругое (релеевское)
неупругое :
а) рассеяние Бриллюена (Мандельштама - Бриллюена)
б) комбинационное (рамановское) рассеяние
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ
ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ
Упругое релеевское рассеяние
– рассеяние света без изменения длины волны
на объектах, размеры которых меньше длины волны.
Сечение рассеяния :
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ
ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ
Неупругое рассеяние
Мандельштама — Бриллюэна
– на флуктуациях плотности, возникающих в результате
распространения упругих волн в конденсированных
средах (твердых телах и жидкостях)
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ
ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ
Неупроугое
комбинационное (рамановское) рассеяние
Начальная частота света 0 уменьшается или увеличивается
на величину кол из-за изменения энергии колебаний молекул
кол = Екол./h
СТ =0 - кол
АСТ =0 + кол
Стоксовская и антистоксовская частоты рассеяния
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ
ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ
РАМАНОВСКОЕ РАССЕЯНИЕ
«СТОКС» Слабая зависимость
от температуры
«АНТИ-СТОКС» Сильная зависимость
от температуры
Уменьшение
частоты
Увеличение
частоты
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ
ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ
СПЕКТР
РАССЕЯННОГО
СВЕТА
I АСТ  АСТ 4
ЕКОЛ
(
) exp( 
)
I СТ
 СТ
kT
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ
ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ
I(t)  I(X)  T(X)
Оптоволоконные системы
температурных измерений
10 нс импульсы лазерного излучения
Оптич. волокно
Лазер
Рассеянное
излучение
Incident
Incident
Incident
Излучение
Raleigh
Raleigh
Light
Raleigh
Light
Light
лазера
Brillouin
Brillouin
Brillouin
Бриллюен
Датчик
Зеркала
Спектры
рассеянного
излучения
Stokes
Stokes
StokesРаман
Anti-Stokes
Anti-Stokes
Anti-Stokes
Раман
Raman
Raman
Band
Raman
Band Band
(Стокс)
Raman
Raman
Band
Raman
Band
(Анти-Стокс)
Band
ВЫЯВЛЕНИЕ УТЕЧКИ ГАЗА
ПО ТЕМПЕРАТУРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ
ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ В НЕФТИ
ПО ТЕМПЕРАТУРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ
Охлаждение пласта
на 5оС
из-за роста
содержания
воды в нефти
от 20%
до 35 %
Изменения профиля температур
реальной продуктивной скважины
(с августа 2000 г. по октябрь 2001 г.)
Прорыв холодной воды
Temperature (Deg C)
75.0
01/08/01
70.0
31/01/00
65.0
Т
(оС) 60.0
Т пласта
Поступление
газа
55.0
50.0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Depth
(m)
Глубина
(метры)
Данные фирмы Sensa , Schlumberger
3500
4000
4500
ОЦЕНКА ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИНЫ
ПО ТЕМПЕРАТУРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ
Распределения
температуры
при продуктивности
скважины
250
500
1000
баррелей в сутки
С сайта: http://lscom.ru/io_rtr2.html
Скачать