Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Информационно-измерительные системы

Диссертационная работа:

Храбров Игорь Юрьевич. Разработка информационно-измерительной системы оперативного контроля жидких и твердых включений в сложных потоках продукции газовых скважин : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.16 Москва, 2005 186 с. РГБ ОД, 61:05-5/2844

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 3

1. Проблемы оперативного контроля жидких и твердых
включений в продукции газовых скважин 10

  1. Оперативный контроль примесей в продукции скважин - актуальная задача рациональной разработки газовых месторождений 10

  2. Промысловые методы и средства контроля жидких и твердых примесей при исследовании и эксплуатации газовых скважин 17

  1. Специальные технические средства контроля твердых и жидких включений в потоке продукции газовых скважин 20

  2. Современные методы и средства контроля твердых примесей в газовом потоке 28

1.3. Перспективы применения спектрометрического метода для контроля
жидких и твердых примесей в многофазном потоке продукции газовых
скважин 40

2. Разработка и обоснование принципов построения
измерительного преобразователя мелкодисперсных жидких и
твердых примесей в продукции газовых скважин 50

  1. Анализ идеи регистрации примесей по спектру ударного воздействия и разработка основных требований к измерительному преобразователю. 50

  2. Разработка обобщенной функции преобразования измерительного преобразователя 53

  3. Разработка принципов построения и анализ технических решений по конструкции измерительного преобразователя 56

  4. Разработка и анализ принципов построения электронных преобразователей информационных сигналов 66

3. Исследование и анализ процессов взаимодействия примесей
с измерительным преобразователем 72

3.1. Разработка экспериментального лабораторного стенда 72

  1. Установка для исследования измерительного преобразователя при регистрации твердых примесей в воздушном потоке 72

  2. Установка для исследования измерительного преобразователя при регистрации капельной жидкости в воздушном потоке 82

  1. Создание промыслового полигона 87

  2. Исследования амплитудно-частотной характеристики измерительного преобразователя 90

  3. Оценка информационных свойств сигналов ударного воздействия капельной жидкости и твердых примесей 105

  4. Разработка и исследование информационных моделей контроля концентрации примесей в сложных потоках продукции газовых скважин. 112

  1. Основные принципы, положенные в основу построения информационных моделей 112

  2. Информационная модель контроля твердых примесей в газовом потоке 115

  3. Информационная модель контроля жидких мелкодисперсных примесей в газовом потоке 119

4. Разработка и создание информационно-измерительной
системы оперативного контроля жидких и твердых примесей.
125

  1. Разработка структуры информационно-измерительной системы 125

  2. Скважинный измерительный модуль. Построение измерительных каналов контроля примесей 128

  1. Разработка и анализ структурных схем измерительных каналов контроля примесей 129

  2. Схемотехнические и конструктивные решения 135

  1. Основные модули информационно-вычислительного устройства ИИС. 143

  2. Применение ИИС на Уренгойском ГНКМ 152

Заключение 166

Список литературы 168

Приложение 182

Введение к работе:

Исключительно высокие темпы роста добычи газа в конце XX века в России были основаны на открытии и освоении уникальных сеноманских залежей Западной Сибири, где сосредоточено по разным оценкам от 80 до 90% запасов газа страны. Современное состояние и перспективы развития газовой промышленности связаны с разработкой таких месторождений, как Медвежье, Уренгойское, Ямбургское, Заполярное в Надым-Пур-Тазовском регионе, Бованенковское, Крузенштерновское и Харасовейское на полуострове Ямал [1],

Поддержание высоких уровней добычи и эффективная разработка газовых месторождений в значительной степени зависят от технически грамотной эксплуатации скважин [7]. Поэтому получение оперативной и достоверной геолого-промысловой информации об основных параметрах работы каждой скважины является одной из первостепенных задач. В утвержденных в 1997 году «Основных положениях по автоматизации, телемеханизации и созданию информационно-управляющих систем предприятий добычи и подземного хранения газа» приведен список измеряемых параметров по скважинам, в который входят расход газа и расход жидкости, наличие в продукции абразивных механических примесей и глинопесчаной смеси, устьевое давление и температура продукции. Без полного набора автоматизировано измеренных и переданных в банк данных устьевых параметров со скважин не представляется возможным решение задачи расчета оптимальных режимов работы добывающих скважин.

Продукция газовых скважин представляет многофазный поток со сложной структурой, в котором помимо газовой фазы содержатся жидкая (пластовая и/или конденсационная вода) и твердая (абразивный песок и глинопесчаная смесь) фазы [1-=-3]. Соотношение фаз в потоке продукции однотипных газовых скважин может изменяться в широких пределах.

Даже для отдельной скважины это соотношение непостоянно и может меняться в процессе ее эксплуатации. Отмечено, что на газовых скважинах в зимний период эксплуатации при повышенных отборах газа наблюдается существенно больший вынос воды и механических примесей, чем в летний период. Увеличение выноса жидкости и механических примесей имеет место на поздних стадиях эксплуатации скважин. Например, согласно данным 1998г., количество сеноманских газовых скважин на Уренгойском ГНКМ (промышленная эксплуатация начата в апреле 1978 г.), работающих с повышенным выносом механических примесей составляет 32% от действующего фонда скважин. Потери в суточной добыче газа от проекта разработки в связи с ограничениями по дебиту скважин из-за выноса пластового песка и пластовых вод за 1999 г. в ООО «Уренгойгазпром» составили более 47 млн. м3 газа, причем за 6 лет количество потерь возросло в 9,5 раза [1, 8-ї-12],

Сам факт появления пластового песка и жидкости в продукции газовых скважин является случайным процессом [6]. В подобной ситуации возникают задачи своевременного обнаружения аварийной концентрации песка в газе и оптимизации режимов эксплуатации скважин по дебиту и депрессии. Последнее необходимо поддерживать так, чтобы исключить образование песчаных пробок, заиление шлейфов и снизить до минимума износ газопромыслового оборудования.

Следовательно, важным параметром, определяющим режим работы скважин, особенно на поздней стадии эксплуатации месторождения, является вынос механических примесей (абразивных и неабразивных).

В настоящее время ввиду отсутствия надежных средств контроля выноса механических примесей не представляется возможным поддерживать безаварийный режим эксплуатации скважин.

Создание высокоточных датчиков давления и температуры даже для условий Крайнего Севера было трудной, но достаточно выполнимой задачей. Намного сложнее выбрать принципы и создать технические

средства поточного покомпонентного измерения расхода газожидкостной смеси и индикаторов наличия абразивных механических примесей в продукции скважин.

Таким образом, при оперативном контроле основных технологических параметров работы газовых скважин наибольшие проблемы связаны с измерением расхода (раздельно по газу и жидкости) и оценкой концентрации абразивных примесей (песка) в потоке. До последнего времени попытки многих отечественных и зарубежных исследователей создать новые технические средства измерения этих важнейших параметров, в частности, связанные с комплексным использованием классических методов измерения расхода однофазных потоков, а также использованием минисепарационных установок, не привели к желаемым результатам, в основном, из-за их низкой надежности в реальных условиях промысловых потоков скважин.

На добывающих газовых скважинах большинства месторождений Западной Сибири для оценки параметров многофазного потока продукции на различных режимах работы скважин выполняется стандартный комплекс газодинамических исследований (ГДИ) с использованием сепарационных установок и диафрагменных измерителей критического течения (ДИКТ) [4, 5]. В редких случаях ГДИ проводятся с использованием устьевой установки «Надым-2М», позволяющей контролировать расход газа, а также содержание в продукции механических примесей и жидкости. Для проведения таких исследований необходимо привлечение значительного количества людских ресурсов и специальной техники. Они производятся с большой дискретностью по времени и не отвечают требованиям по оперативности и достоверности информации, используемой для управления режимом эксплуатации скважин. Кроме того, эти исследования связаны с выбросом газа в атмосферу, что не соответствует требованиям экологической безопасности разработки месторождений.

Использование расходомеров переменного перепада давления, используемых в расходоизмерительных комплексах «Сокол», «Пингвин» и измерительном коллекторе «Надым-2М», осложнено ввиду тяжелых климатических условий и многофазности реальных потоков продукции скважин [13, 14].

Из-за отсутствия оперативной и достоверной информации о содержании примесей в потоке продукции скважин и непринятия своевременных мер по изменению режима их эксплуатации происходит преждевременный износ подземного и устьевого технологического оборудования, возникают аварийные ситуации, что приводит к потере добываемой продукции, загрязнению окружающей среды, остановке и простою скважин.

Поэтому весьма актуальной является задача создания информационно-измерительных систем оперативного контроля жидких и твердых примесей в потоке продукции газовых скважин,

В последнее время решением проблемы оперативного контроля расходных параметров потока скважин активно заняты ряд российских и зарубежных организаций и фирм. Анализ их опыта показывает, что в основном их усилия направлены на создание и внедрение многофазных расходомеров для контроля дебита скважин по газу и жидкости в условиях ограниченных газосодержаний.

Среди зарубежных фирм, выпускающих многофазные расходомеры, наибольших успехов достигли фирмы Agar, Framo Engineering AS, Controlotron, Roxar Flow Measurement (RFM), Schlumberger, Kongsberg Offshore A.S, A.S Norske Shell и Shell Research. Однако производимые ими измерительные системы не ориентированы на условия разработки газонефтеконденсатных месторождений Крайнего Севера России. К недостаткам продукции указанных фирм можно отнести также ограничения по диапазону изменения расходного газосодержания потока, наличие элементов, подверженных абразивному износу и применение

радиоактивных источников. Установка измерительных систем требует обычно существенного изменения технологической обвязки скважин. Кроме указанных выше недостатков, зарубежные измерительные системы отличаются высокой стоимостью.

Из отечественных работ можно выделить разработку бесконтактного расходомера двухфазного потока РГЖ-001, созданного в Научно-исследовательском институте измерительных систем (НИИИС), Н. Новгород [15, 16]. К недостаткам расходомера РГЖ-001 можно отнести сложную форму измерительного участка и возможность появления погрешностей измерения из-за загрязнения рабочих поверхностей датчиков и абразивного износа. Кроме того, эта работа не доведена до широкого промышленного применения.

Важно подчеркнуть, что все вышеперечисленные разработки не решают проблемы контроля выноса механических примесей, а также контроля выноса жидких включений в начальный период обводнения скважин. Из зарубежной и отечественной литературы известны специальные разработки различных детекторов и систем контроля за пескопроявлением. Среди прочих следует выделить детекторы песка и жидкости контактного типа, чувствительный элемент которых непосредственно контактирует с протекающей по трубопроводу средой, например пьезоэлектрические детекторы фирм Schlumberger, Gaz de France, а также отечественные типа «Спектр» [17, 18]. Такие детекторы пытаются применять для контроля за пескопроявлением на скважинах, эксплуатирующих подземные хранилища газа при ограниченных дебитах. Однако нет достаточной информации относительно работоспособности таких детекторов на высокодебитных скважинах в суровых климатических условиях Крайнего Севера России,

Большой практический интерес представляют совместные разработки кафедры Автоматизации технологических процессов РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и фирмы «ГАНГ-Нефтегазавтоматика»,

создающих измерительные системы контроля технологических параметров работы газовых, газоконденсатних и нефтяных скважин серии «Поток» [19-ь34]. В основе разработок лежит спектрометрический метод бессепарационного измерения расхода фаз (газовой, жидкой и твердой) многофазных потоков продукции эксплуатационных скважин. Информационно-измерительные системы (ИИС), созданные на основе этого метода, позволяют получать информацию о составе многофазной продукции скважин непосредственно из характеристик потока — флуктуации давления в измерительном участке трубопровода. До последнего времени системы серии «Поток» применялись в основном на нефтяных и малообводненных газовых скважинах. Приведенные в диссертационной работе исследования показали, что спектрометрический метод позволяет оперативно измерять расходные параметры продукции газовых скважин, находящихся на поздних стадиях эксплуатации, т.е. работающих с повышенным выносом воды и механических примесей [35442].

Проблемы применения спектрометрического метода для контроля жидких и твердых примесей в потоке продукции газовых скважин являются предметом специальных исследований, представленных в диссертационной работе.

Целью работы является разработка информационно-измерительной системы оперативного контроля жидких и твердых включений в сложных потоках продукции газовых скважин на основе спектрометрического метода.

Основные научные и технические задачи, которые потребовалось решить в рамках представленной диссертационной работы, следующие: 1. Предложить и обосновать функцию преобразования измерительного преобразователя расхода жидких и твердых включений.

  1. Разработать принципы построения и создать измерительный преобразователь контроля жидких и твердых включений в продукции газовых скважин.

  2. Разработать и создать экспериментальные стенды для исследования измерительного преобразователя.

  3. Исследовать характеристики измерительного преобразователя и оценить его информационные свойства.

  4. Разработать и исследовать информационные модели контроля расхода жидких и твердых примесей в газовом потоке.

  5. Разработать и создать информационно-измерительную систему контроля примесей в газовом потоке.

  6. Внедрить ИИС и оценить результаты промышленной эксплуатации.

Подобные работы
Муратов Ирек Мугазамович
Разработка и исследование информационно-измерительных систем контроля конвейерного оборудования
Селезнев Сергей Викторович
Разработка информационно-измерительной системы для оперативного контроля влажности природного газа
Агальцов Андрей Геннадиевич
Разработка и исследование лазерного преобразователя информации для системы непрерывного автоматического контроля точек росы
Милонов Михаил Валерьевич
Разработка системы измерения концентраций химических соединений в жидкости массочувствительными пьезокварцевыми сенсорами
Панов Юрий Федорович
Разработка информационно-измерительной системы стратегического управления приборостроительным производственным объединением
Андреев Сергей Викторович
Исследование и разработка человеко-машинных систем управления автомобилем с использованием аппарата нечеткой логики
Краячич Александр Валерьевич
Исследование и разработка информационно-измерительной системы для непрерывного мониторинга состояния прочности сложных механических конструкций
Артеменко Юрий Николаевич
Исследование и разработка информационно-измерительной системы радиотелескопа миллиметрового диапазона РТ-70
Максимов Николай Васильевич
Разработка и исследование автоматизированной системы испытаний низкочастотных многоканальных информационно-измерительных систем
Тихонравов Александр Владимирович
Разработка информационно-измерительных и управляющих систем координатно-измерительных машин и измерительных роботов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net