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, таки всего месторождения,

что должно значительно увеличитьконечный коэффициент нефтеотдачи.

Мировая тенденция развития более надежных,экологически безопасных и эффективных технологий эксплуатации углеводородов

Концепцияинтеллектуального (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 месторожденияи средства исследованийобъединяют в комплексные

взаимосвязанные системы

SMART RESERVOIR

Один изэлементовсистемы –

«SMART WELL»

(«УМНАЯ СКВАЖИНА»)

«Умная скважина»

с разветвленнымистволами,

датчиками непрерывногоконтроля,

соединенными системойобратной связи

с

управляемымиустройствами

регулированияпритока

“Умная скважина”

D-17 на

месторождении Douglas

(Ливерпульский залив,

Великобритания)

“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 PumpPerforated 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 задвижеквблизи перфорационных отверстий

«умной скважины»оснащена датчиками положения задвижки,

притока флюидов, температуры…….

В 2001 г. типичная цена подобной задвижкиприближалась к 500 000 $.

МОДУЛИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯРАБОТЫ ПРИ БОЛЬШИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И ДАВЛЕНИЯХ

( система ADMARC, компания АББ )

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА( > 150 oC )

Общий видблока

Монтажные платыусилителя

и приемника/передатчика

РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ДАТЧИКИТЕМПЕРАТУРЫ

Бесконтактная термометрия

Контактная термометрияЛокальный датчик - - измерения в отдельной точкеРаспределенный датчик - -измерения непрерывного поля температурна протяженных интервалах

Волоконно-оптические датчики(optical fiber sensors)

Диаметры :внешний 75 - 125 микронсердцевины – 20 микрон

Волоконно –оптические

кабели

Волоконно –оптические

кабели

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ

ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ

НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ КУРСА

ОБЩЕЙ ФИЗИКИ :

Уровни энергииэлектронов

АТОМА

Электронные,колебательные

и вращательныеуровни энергииМОЛЕКУЛЫ

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

ОПИСЫВАЕТСЯРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ БОЛЬЦМАНА

ИЗАВИСИТ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

)(

0)( kT

E

p

p

enEn

ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ПОТОКА ФОТОНОВ В ВЕЩЕСТВЕИНТЕНСИВНОСТЬ УМЕНЬШАЕТСЯ

ЗА СЧЕТ ПОГЛОЩЕНИЯ И РАССЕЯНИЯ

I(x) I + dI

dI = - I(x) (x) dx - коэффициент экстинкции

= поглощения + рассеяния

xeII 0

В оптическом волокне поглощение света малои экстинкция определяется процессами рассеяния

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ

ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ

Закон Бугера - Ламберта

xeII 0

- коэффициент экстинкции (только за счет рассеяния)

Виды рассеяния - упругое (релеевское)

неупругое :а) рассеяние Бриллюена (Мандельштама - Бриллюена)б) комбинационное (рамановское) рассеяние

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯТЕМПЕРАТУР 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 РАСПРЕДЕЛЕНИЯТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ

ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ

ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ

Неупроугоекомбинационное (рамановское) рассеяние

СТ =0 - кол АСТ =0 + кол

кол = Екол./h

Начальная частота света 0 уменьшается или увеличиваетсяна 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

Уменьшениечастоты

Увеличениечастоты

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ

ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ

ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ

)exp()( 4

kTЕ

II

КОЛ

СТ

АСТ

СТ

АСТ

СПЕКТРРАССЕЯННОГО

СВЕТА

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ

ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ

I(t) I(X) T(X)

Лазер

Датчик

Оптоволоконные системы температурных измеренийОптоволоконные системы температурных измерений

Incident Raleigh LightBrillouin

Anti-StokesRaman Band

StokesRaman Band

Incident Raleigh LightBrillouin

Anti-StokesRaman Band

StokesRaman Band

Incident Raleigh LightBrillouin

Anti-StokesRaman Band

StokesRaman Band

Излучение лазераБриллюен

Раман(Анти-Стокс)

Раман(Стокс)

Спектры рассеянного излучения

Спектры рассеянного излучения

Рассеянное излучениеРассеянное излучение

10 нс импульсы лазерного излучения Оптич. волокно

Зеркала

ВЫЯВЛЕНИЕ УТЕЧКИ ГАЗА ПО ТЕМПЕРАТУРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ

ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ В НЕФТИ ПО ТЕМПЕРАТУРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ

Охлаждение пластана 5оС

из-за ростасодержания

воды в нефтиот 20%до 35 %

Изменения профиля температурреальной продуктивной скважины

(с августа 2000 г. по октябрь 2001 г.)

Изменения профиля температурреальной продуктивной скважины

(с августа 2000 г. по октябрь 2001 г.)

50.0

55.0

60.0

65.0

70.0

75.0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Depth (m)

Te

mp

era

ture

(D

eg

C)

01/08/01

31/01/00

Поступление газа

Т пласта

Прорыв холодной воды

Данные фирмы Sensa , Schlumberger

Глубина (метры)

Т(оС)

ОЦЕНКА ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИНЫ ПО ТЕМПЕРАТУРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ

Распределениятемпературы

при продуктивностискважины

250500

1000

баррелей в сутки

С сайта: http://lscom.ru/io_rtr2.html