Лекционный курс «Физические основы измерений и эталоны» 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
Floating Production Storage & Offloading Vessels Turret Mooring Systems Tension Leg Platforms Light Well Intervention Guidelineless Deepwater Trees Subsea Manifold Smart Well Control Systems Subsea Template Systems Metering & Control Systems Surface Well Systems ROV Tie-In Systems Subsea Processing Subsea Drilling Systems SMART RESERVOIR
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
Умная скважина D-17 на месторождении Douglas (Ливерпульский залив, Великобритания) Tubing Hanger Adjustable Swivel 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 $.
МОДУЛИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ РАБОТЫ ПРИ БОЛЬШИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И ДАВЛЕНИЯХ ( система ADMARC, компания АББ )
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ( > 150 o C ) 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)
Диаметры : внешний микрон сердцевины – 20 микрон Волоконно – оптические кабели
Волоконно – оптические кабели
Конструкция оптоволоконного кабеля
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
ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ПОТОКА ФОТОНОВ В ВЕЩЕСТВЕ ИНТЕНСИВНОСТЬ УМЕНЬШАЕТСЯ ЗА СЧЕТ ПОГЛОЩЕНИЯ И РАССЕЯНИЯ I(x)I + dI dI = - I(x) (x) dx - коэффициент экстинкции = поглощения + рассеяния В оптическом волокне поглощение света мало и экстинкция определяется процессами рассеяния
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ Закон Бугера - Ламберта - 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 :
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
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ Неупроугое комбинационное (рамановское) рассеяние СТ = 0 - кол АСТ = 0 + кол кол = Е кол./h Начальная частота света 0 уменьшается или увеличивается на величину кол из-за изменения энергии колебаний молекул Стоксовская и антистоксовская частоты рассеяния
РАМАНОВСКОЕ РАССЕЯНИЕ «АНТИ-СТОКС» - Сильная зависимость от температуры «СТОКС» - Слабая зависимость от температуры Уменьшение частоты Увеличение частоты ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ СПЕКТР РАССЕЯННОГО СВЕТА
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ I(t) I(X) T(X)
Лазер Датчик Оптоволоконные системы температурных измерений Incident Raleigh Light Brillouin Anti-Stokes Raman Band Stokes Raman Band Incident Raleigh Light Brillouin Anti-Stokes Raman Band Stokes Raman Band Incident Raleigh Light Brillouin Anti-Stokes Raman Band Stokes Raman Band Излучение лазера Бриллюен Раман (Анти-Стокс) Раман (Стокс) Спектры рассеянного излучения Рассеянное излучение 10 нс импульсы лазерного излучения Оптич. волокно Зеркала
ВЫЯВЛЕНИЕ УТЕЧКИ ГАЗА ПО ТЕМПЕРАТУРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ
ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ В НЕФТИ ПО ТЕМПЕРАТУРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ Охлаждение пласта на 5 о С 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.) Изменения профиля температур реальной продуктивной скважины (с августа 2000 г. по октябрь 2001 г.) Поступление газа Т пласта Прорыв холодной воды Данные фирмы Sensa, Schlumberger Глубина (метры) Т ( о С)
ОЦЕНКА ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИНЫ ПО ТЕМПЕРАТУРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ Распределения температуры при продуктивности скважины баррелей в сутки
С сайта: