1535

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

Керноотборный снаряд содержит корпус, подвеску керноприемной трубы, керноприемную трубу, узел кернорвателей и бурильную головку.

При проведении работ по отбору керна бурильная головка образует столбик керна, который проходит через узел кернорвателей, разжимая цанговый кернорватель и, поднимая лепестки рычажкового кернорвателя, поступает в керноприемную трубу. После окончания выбуривания массива горной породы при помощи кернорвателей производится отрыв столбика керна от забоя и подъем образцов породы на поверхность. При отборе изолированного керна керноприемная труба заполняется изолирующей жидкостью, ограничивающей контакт керна с буровым раствором. Внутреннее пространство керноприемной трубы, заполненное изолирующим агентом, сверху перекрывается заглушкой, снизу – пластиковой диафрагмой.

Недостатками известного керноотборного снаряда является возможность бурения сплошным забоем при заклинивании, что приводит к отклонению от заданного интервала отбора керна, особенно при его отборе в разрезах скважин с чередованием пластов, смешанных по прочности. Это обусловлено тем, что нагрузка от веса колонки керна, поступившей в процессе бурения в керноприемник, воспринимается на забое вновь формируемым керном. В настоящее время отбор керна происходит практически вслепую, так как специалисты во время ведения данных работ не получают какую-либо информацию о возможном заклинивании и вообще о состоянии изменения керна в керноприемной трубе.

Таким образом, к основным недостаткам существующей системы можно отнести следующие: из-за заклинивания керна в процессе отбора бурение может происходить сплошным забоем, понижается вынос керна и теряется интервал отбора керна. Это приводит к тому, что, во-первых, снижается процент отбираемого керна; во-вторых, увеличиваются непроизводительные затраты времени, что значительно отражается на экономической эффективности всего процесса бурения; в-третьих, нарушается заданный интервал отбора керна, что в первую очередь отражается на качестве отбираемого керна [3].

Задачей данного проекта является расширение эксплуатационных возможностей системы, обеспечение непрерывного отбора и сохранение заданных интервалов отбора керна, повышение качества отбираемого керна и получение на поверхности информации о работе и состоянии системы.

Поставленная задача решается предлагаемой системой непрерывного отбора керна, которая включает керноотборный снаряд и содержит корпус, подвеску керноприемнойтрубы, керноприемную трубу, узелкернорвателей и бурильнуюголовку.

Новым является то, что система оборудована блоком контроля отбора керна, включает датчик измерения уровня керна (уровнемер) в керноприемной трубе и систему передачи данных. Система непрерывного отбора керна позволяет реализовать непрерывный отбор керна (100 %) и позволяет информировать о возможном заклинивании в процессе отбора, независимо от рода сложности пород, что дает возможность принять правильное решение и сэкономить значительное количество времени. Данная система позволяет контролировать процесс отбора керна непосредственно на поверхности скважины и в случае заклинивания получить об этом информацию и иметь возможность устранить данную проблему.

591

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Система непрерывного отбора керна включает керноотборный снаряд и содержит корпус, подвеску керноприемной трубы, керноприемную трубу, узел кернорвателей, бурильную головку и блок контроля отбора керна с уровнемером и системой передачи данных.

Система непрерывного отбора керна работает следующим образом. При проведении работ по отбору керна бурильная головка образует столбик керна, который проходит через узел кернорвателей и поступает в керноприемную трубу. Уровнемер, установленный наверху керноприемной трубы, фиксирует текущее значение уровня керна, поступающего в процессе бурения в керноприемную трубу, и формирует сигнал, который с помощью системы передачи данных передается на поверхность для информированияспециалистовотекущемзначенииуровнякернавкерноприемнойтрубе.

Датчик уровня уровнемера устанавливается наверху керноприемной трубы. Микроволновой генератор датчика уровня уровнемера формирует звуковой сигнал, частота которого изменяется во времени по линейному закону (линейный частотно-модулированный сигнал). Этот сигнал излучается в направлении керна, отражается от него, и часть сигнала через определенное время, зависящее от скорости света, возвращается обратно в антенну.

Разница частоты переданного и отраженного сигнала пропорциональна времени распространения электромагнитной волны до керна и обратно. Зная, что скорость распространения волны равна скорости света и зная время распространения, можно легко вычислить расстояние от антенны до текущего уровня керна.

После окончания выбуривания массива горной породы при помощи кернорвателей производится отрыв столбика керна от забоя и подъем образцов породы на поверхность.

Во вторичном блоке контроля отбора керна реализована программа, которая работает по следующему алгоритму:

–при изменяющемся значении уровня керна в керноприемной трубе система информирует о положительном процессе отбора керна;

–при постоянном значении уровня керна в керноприемной трубе система информирует о непоступлении керна в керноприемник и о возможном заклинивании.

Преимущества предлагаемого решения:

–возможность непрерывного отбора керна и информирование о возможных заклиниваниях;

–сокращение материальных затрат и времени;

–сохранение заданного интервала отбора керна и повышение выноса керна;

–минимальное участие человека, что крайне актуально в нефтегазовом деле. Данное технологическое решение выполнено на уровне изобретения и имеет

заявку для получения патента РФ.

Список литературы

1.Патент РФ № 2049220, Е 21В 25/08.

2.Патент РФ № 2252307, Е 21В 25/08.

3.Руководство по эксплуатации. СК-178/100 РЭ, ТУ 3664-008-50783875.

Уфа, 2011.

592

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

К.Н. Шакирова

Научный руководитель – Е.С. Анохина Альметьевский государственный нефтяной институт

Рассмотрены метрологические характеристики средств измерений, влияющие на результат измерений и погрешность.

Ключевые слова: диапазон измерений, градуировочная характеристика, шкала, чувствительность измерительного прибора.

Метрологические характеристики, т.е. характеристики свойств измерений устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально – действительными метрологическими характеристиками.

Номенклатура метрологических характеристик предусматривает следующие группы: характеристики, предназначенные для определения результата измерений; характеристики погрешностей средств измерений (суммарная погрешность; систематическая и случайная составляющая погрешности; погрешности вследствие гистерезиса); характеристики чувствительности средств измерения (функция влияния; характеристики изменения метрологической характеристики под воздействием влияющих на средство измерения величин); динамические характеристики – характеристики динамических средств измерений, отражающих зависимость выходного сигнала от изменяющегося во времени входного сигнала (переходная, импульсная, амплитудно-частотная и фазовая характеристики; частотные характеристики – время установления показания прибора, время реакции и т.д.); характеристики свойств средства измерения, влияющих на погрешность из-за взаимодействия средств измерений. В стандарте для каждой характеристики установлены способы нормирования и формы представления, приведены рекомендации по выбору комплексов метрологических характеристик. Основными метрологическими характеристиками являются: диапазон измерений (или показаний) и различные составляющие погрешности средств измерений.

Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики:

1. Диапазон измерений – область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями, т.е. наименьшим и наибольшим значением измеряемой величины.

2. Шкала – часть устройства, представляющая собой совокупность отметок и проставленных у некоторых из них чисел отсчетов или других символов, соответствующих ряду последовательных значений величины.

3. Отметка шкалы – это знак (штрих, точка и т.п.) на шкале, соответствующая некоторому отдельному значению измеряемой величины. Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется делением шкалы.

593

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

4.Цена деления шкалы – разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

5.Диапазон измерений – разность значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.

6.Чувствительность измерительного прибора – отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Различают абсолютную и относительную чувствительность прибора. Абсолютная чувствительность определяется по формуле

S = Dl / Dx,

где Dl – изменение сигнала на выходе; x – измеряемая величина; Dx – изменение измеряемой величины.

Относительная чувствительность

Sо = Dl / (Dx/x).

Неизменность во времени метрологических характеристик измерительного прибора определяет его стабильность. Стабильность средств измерений определяется как наибольшая разность между повторными показаниями измерительного прибора (наибольший разброс показаний) при многократном измерении одной и той же величины при неизменных внешних условиях. Этот показатель является конструктивной характеристикой и отражает качество прибора. Характеристикой преобразования называют реализованную в средстве измерений зависимость выходного размера физической величины или размера информативного параметра выходного сигнала от входного размера физической величины или от информативного параметра входного сигнала. Обратную зависимость называют градуировочной характеристикой.

Характеристика преобразования и градуировочная характеристика – функции, выражающие по отношению друг к другу преобразования (прямое и обратное). В идеальном средстве измерений, при идеальных условиях его использования последовательное осуществление прямого и обратного преобразований входного размера физической величины или размера информативного параметра входного сигнала с истинным значением Xи приводит к этому же значению Xи. Однако ввиду неизбежных изменений свойств средств измерений и воздействия на средство измерений внешних факторов одним и тем же значениям Xи будут соответствовать разные значения выходной физической величины или информативного параметра выходного сигнала. Истинная характеристика преобразования отображает случайные процессы внутри и вне средства измерений и представляет собой случайную функцию

Yи (Xи).

Функция обратного преобразования по отношению к этой случайной функции может быть лишь случайной. Следовательно, истинная градуировочная характеристика – также случайная функция

594

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

Xи (Yи).

В действительности невозможно знать заранее, какой окажется реализация случайной функции, поэтому средству измерений приписывают так называемую номинальную характеристику преобразования – неслучайную функцию:

~yи = jн (xи),

Эта функция должна по возможности меньше отличаться от математического ожидания случайной функции Yи(Xи).

Приведем так называемую номинальную градуировочную характеристику – неслучайную функцию

~xи = Yн (yи),

где Yн – функция, обратная по отношению к функции jн.

Номинальная градуировочная характеристика измерительного прибора может быть осуществлена его отсчетным устройством. Чтобы уяснить это, достаточно представить измерительный прибор как последовательно соединенные измерительный преобразователь, совершающий прямое преобразование, и отсчетное устройство, совершающее обратное преобразование (раскодирование) согласно номинальной градуировочной характеристике. Иногда номинальная градуировочная характеристика осуществляется в измерительном приборе лишь частично, когда отсчетное устройство позволяет только делать отсчеты, но не снимать показания. В этом случае показания нужно вычислить.

Для измерительного преобразователя, используемого как звено контура регулирования технологического процесса или как функциональный узел измерительного устройства, в качестве метрологической характеристики удобна номинальная характеристика преобразования. Для измерительного преобразователя, используемого с одним измерительным прибором (например, термопара с милливольтметром) или самостоятельно (с ЭВМ), удобнее метрологическая характеристика в виде номинальной градуировочной характеристики. Если для измерительного преобразователя регламентирована одна из упомянутых характеристик, то однозначно может быть определена другая. В числе метрологических характеристик любого измерительного преобразователя должна быть по крайней мере одна из них. Характеристика преобразования меры отсутствует, так как понятие измерительного преобразования к ней неприменимо. Приписание средству измерений номинальной градировочной характеристики или номинальной характеристики преобразования называют градуировкой средства измерений.

Многозначной регулируемой мере также приписывают номинальную градировочную характеристику

yн = Yн (q),

означающую зависимость приписываемого мере значения выходной физической величины или информативного параметра выходного сигнала от отсчета, установленного по ее отсчетному устройству. Значение ун называют номинальным значением меры или, реже, показанием меры.

595

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Список литературы

1.Авдеев Б.Я., Алексеев В.В., Антонюк Е.М. Метрология, стандартизация

исертификация. – М.: Академия, 2007. – 58 с.

2.Сергеев А.Г., Латышев М.В., Терегеря В.В. Метрология, стандартизация

исертификация. – М.: Логос, 2001. – 121 с.

596

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

АВТОМАТИЗАЦИЯ ДОЛИВА ЖИДКОСТИ

ВСКВАЖИНУ ПРИ СПУСКОПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЯХ

ИГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

А.А. Шамгунова

Научный руководитель – Е.С. Анохина Альметьевский государственный нефтяной институт

В процессе бурения скважин особо важным является поддержание постоянного уровня жидкости в скважине, что во время спускоподъемных операций и геофизических исследований не выполняется (принимается в расчет не реальное значение уровня, а лишь расчетное). Это опасно тем, что увеличивается вероятность образования газонефтеводопроявления, что может привести к потере бурового

идругого оборудования, человеческим жертвам, загрязнению окружающей среды

ит.д. Данный проект представляет собой решение существующей проблемы путем установки уровнемера, благодаря чему станет возможным исключить газоводонефтепроявления, т.е. обеспечить безопасность, исключить влияние человеческого фактора и полностью автоматизировать систему.

Ключевые слова: спускоподъемные операции, геофизические исследования, газонефтеводопроявления, бурение нефтяных и газовых скважин, долив жидкости в скважину.

Спускоподъемные операции в бурении – трудоемкий процесс, общая продолжительность которого за время бурения скважины возрастает с увеличением ее глубины, а также с ростом механической скорости. Для облегчения труда рабочих

иускорения работ созданы и разрабатываются различные механизмы, приспособления и инструменты для подъема и спуска, свинчивания и развинчивания элементов бурового снаряда. Дальнейшая механизация и автоматизация ручного труда и трудоемких операций при сооружении скважин, в том числе и спускоподъемных операций, – один из путей повышения производительности буровых работ, улучшения условий и безопасности труда.

Несмотря на совершенствование противовыбросового оборудования и технологии проводки, освоения и ремонта скважин, количество открытых фонтанов

иубытки от них сокращаются медленно. Чаще всего причиной этого является отсутствие должного контроля человека за поведением скважины, при которой невозможно определить начало газонефтеводопроявления и своевременно принять меры по его ликвидации.

Одним из недостатков существующей системы является опасность возникновения открытых фонтанов. Эти самые тяжелые аварии при бурении и ремонте скважин. Как правило, открытые фонтаны сопровождаются многими последствиями:

–потерей бурового и другого оборудования;

–непроизводственными материальными и трудовыми затратами;

–загрязнением окружающей среды (разливы нефти или минерализованной воды, загазованность и др.);

597

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

–перетоками внутри скважины, вызывающими истощение месторождения

изагрязнение вышележащих горизонтов;

–человеческими жертвами [1].

Наш проект относится к системе, применяемой для предотвращения газонефтеводопроявлений при спускоподъемных операциях (СПО) в процессе бурения нефтяных и газовых скважин. Одной из таких систем является противовыбросовое оборудование.

На сегодняшний день работают по следующей схеме: необходимое условие в процессе бурения – постоянный долив жидкости в скважину, особенно при СПО. Однако бурильщик не получает информации об уровне жидкости и, сделав лишь примерные расчеты, доливает раствор периодически. А жидкости требуется либо больше, либо меньше. Главный недостаток этой конструкции – несовершенство обеспечения безопасной работы при СПО, так как повышается опасность возникновения ГНВП.

Мы предлагаем автоматизировать систему долива жидкости в скважину. Эта система состоит из уровнемера, микропроцессора и линии дистанционной передачи. Она установлена горизонтально и строго параллельно в верхней части противовыбросового оборудования, на разъемном желобе или устьевой воронке. Элементы прибора не выступают во внутреннюю часть скважины в целях сохранности и обеспечения правильной работы прибора. Система будет поддерживать уровень жидкости в скважине. Принцип работы: уровнемер на устьевой воронке фиксирует динамическое изменение уровня жидкости в скважине при СПО, и формируется сигнал. Этот сигнал поступает во вторичный блок системы, в котором сравнивается текущее значение с заданным. Если значения не соответствуют друг другу, вырабатывается сигнал рассогласования, который поступает в исполнительный механизм. Таким образом, необходимый объем жидкости будет доливаться в скважину. Уровнемер же распространяет высокочастотные звуковые волны по внутренней части скважины от поверхности измеряемого продукта. Принятые эхо-сигналы обрабатываются в электронном блоке уровнемера с помощью программного обеспечения и преобразуются в значения уровня. В отличие от ультразвука, на данный метод измерения не влияют пыль, пары, налипание продукта [2].

Реализация проекта позволит исключить непроизводительные затраты времени; мы сможем получать информацию об уровне жидкости в скважине при СПО. И это даст возможность предотвратить ГНВП, исключить влияние человеческого фактора на производстве и полностью автоматизировать систему.

Список литературы

1. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. – М.: Academia,

2010. – 33 с.

2. Исакович Р.Я. Технологические измерения и приборы. – М.: Недра, 1979. –

58 с.

598