Помощь студентам в учебе
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ЭХОМЕТРИРОВАНИЯ МНОГОИМПУЛЬСНЫМИ СИГНАЛАМИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИНАХ
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Анализ методов и средств определения уровня жидкости в нефтяных скважинах 12
1.1 Описание и особенности объекта исследования 12
1.2 Сравнительный анализ методов эхометрирования, применяемых в
геолого-промысловых и гидродинамических системах исследования скважин 20
1.2.1 Инструменты и техника эхометрирования 23
1.2.2 Расчет скорости распространения акустических волн в затрубном
пространстве 25
1.2.3 Определение временного положения отраженных волн на эхограммах . 31
2 Разработка системы определения уровня жидкости в нефтяных скважинах на основе применения многоимпульсного зондирующего сигнала 36
2.1 Система эхометрирования скважин на основе многоимпульсного
зондирования 36
2.2 Испытание разработанной системы для локации уровня жидкости с
помощью натурного эксперимента 41
2.2.1 Описание экспериментальной установки 41
2.2.2 Анализ и обсуждение результатов натурного эксперимента 43
2.3 Построение математической модели эхограммы при многоимпульсном зондировании 44
2.3.1 Исследование временных и спектральных характеристик эхограмм ... 44
2.3.1.1 Анализ характеристик зондирующего и отраженного акустических
сигналов 44
2.3.1.2 Статистический анализ шумов 46
2.3.2 Математическая модель эхограммы 48
3 Исследование надежности определения временного положения
акустических сигналов на эхограммах в системе многоимпульсного зондирования скважин 56
3.1 Оптимальное определение временного положения акустических
сигналов по ФЧХ эхограммы 56
3.1.1 Случай сильного сигнала. Коррелированная выборка ФЧХ 57
3.1.2 Случай сильного сигнала. Некоррелированная выборка ФЧХ 61
3.1.3 Случай слабого сигнала. Некоррелированная выборка ФЧХ 63
3.2 Определение временного положения акустических сигналов по ФЧХ эхограммы с равновесной и неравновесной обработкой 66
3.2.1 Равновесная обработка 66
3.2.2 Неравновесная обработка 67
3.3 Оптимальное определение временного положения акустических
сигналов по функциям группового запаздывания (ФГЗ) эхограммы 69
3.3.1 Применение аппарата ФГЗ для оценки временного положения
акустических сигналов в условиях дисперсии среды из распространения 69
3.3.2 Случай сильного сигнала. Коррелированная выборка ФГЗ 72
3.3.3 Случай сильного сигнала. Некоррелированная выборка ФГЗ 76
3.3.4 Случай слабого сигнала. Некоррелированная выборка ФГЗ 78
3.4.Определение временного положения акустических сигналов по ФГЗ эхограммы с равновесной и неравновесной обработкой 80
3.5. Исследование эффективности фазочастотных методов путем статистического моделирования 82
3.5.1 Разработка алгоритмов фазочастотного прослеживания эхограмм 82
3.5.2. Исследование точности получаемых оценок временного положения сигналов на эхограмме с помощью разработанных алгоритмов 86
4 Анализ применения разработанных методов и алгоритмов для определения уровня жидкости на действующих нефтяных скважинах .. 93
4.1 Опытно-методическая обработка реальных эхограмм 93
4.2 Оценка результатов испытаний и прогноз экономической эффективности
применения разработанных методов на действующих скважинах 104
4.3 Рекомендаций и инструкций по использованию многоимпульсного зондирующего сигнала для локации уровня жидкости в нефтяных скважинах
105
Заключение 115
Литература 119
Приложение 1. Описание и характеристики некоторых электронных уровнемеров 127
Акты внедрения 131
1 Анализ методов и средств определения уровня жидкости в нефтяных скважинах 12
1.1 Описание и особенности объекта исследования 12
1.2 Сравнительный анализ методов эхометрирования, применяемых в
геолого-промысловых и гидродинамических системах исследования скважин 20
1.2.1 Инструменты и техника эхометрирования 23
1.2.2 Расчет скорости распространения акустических волн в затрубном
пространстве 25
1.2.3 Определение временного положения отраженных волн на эхограммах . 31
2 Разработка системы определения уровня жидкости в нефтяных скважинах на основе применения многоимпульсного зондирующего сигнала 36
2.1 Система эхометрирования скважин на основе многоимпульсного
зондирования 36
2.2 Испытание разработанной системы для локации уровня жидкости с
помощью натурного эксперимента 41
2.2.1 Описание экспериментальной установки 41
2.2.2 Анализ и обсуждение результатов натурного эксперимента 43
2.3 Построение математической модели эхограммы при многоимпульсном зондировании 44
2.3.1 Исследование временных и спектральных характеристик эхограмм ... 44
2.3.1.1 Анализ характеристик зондирующего и отраженного акустических
сигналов 44
2.3.1.2 Статистический анализ шумов 46
2.3.2 Математическая модель эхограммы 48
3 Исследование надежности определения временного положения
акустических сигналов на эхограммах в системе многоимпульсного зондирования скважин 56
3.1 Оптимальное определение временного положения акустических
сигналов по ФЧХ эхограммы 56
3.1.1 Случай сильного сигнала. Коррелированная выборка ФЧХ 57
3.1.2 Случай сильного сигнала. Некоррелированная выборка ФЧХ 61
3.1.3 Случай слабого сигнала. Некоррелированная выборка ФЧХ 63
3.2 Определение временного положения акустических сигналов по ФЧХ эхограммы с равновесной и неравновесной обработкой 66
3.2.1 Равновесная обработка 66
3.2.2 Неравновесная обработка 67
3.3 Оптимальное определение временного положения акустических
сигналов по функциям группового запаздывания (ФГЗ) эхограммы 69
3.3.1 Применение аппарата ФГЗ для оценки временного положения
акустических сигналов в условиях дисперсии среды из распространения 69
3.3.2 Случай сильного сигнала. Коррелированная выборка ФГЗ 72
3.3.3 Случай сильного сигнала. Некоррелированная выборка ФГЗ 76
3.3.4 Случай слабого сигнала. Некоррелированная выборка ФГЗ 78
3.4.Определение временного положения акустических сигналов по ФГЗ эхограммы с равновесной и неравновесной обработкой 80
3.5. Исследование эффективности фазочастотных методов путем статистического моделирования 82
3.5.1 Разработка алгоритмов фазочастотного прослеживания эхограмм 82
3.5.2. Исследование точности получаемых оценок временного положения сигналов на эхограмме с помощью разработанных алгоритмов 86
4 Анализ применения разработанных методов и алгоритмов для определения уровня жидкости на действующих нефтяных скважинах .. 93
4.1 Опытно-методическая обработка реальных эхограмм 93
4.2 Оценка результатов испытаний и прогноз экономической эффективности
применения разработанных методов на действующих скважинах 104
4.3 Рекомендаций и инструкций по использованию многоимпульсного зондирующего сигнала для локации уровня жидкости в нефтяных скважинах
105
Заключение 115
Литература 119
Приложение 1. Описание и характеристики некоторых электронных уровнемеров 127
Акты внедрения 131
Данная работа посвящена решению задачи повышения достоверности контроля уровня жидкости (скважинного флюида) в нефтедобывающих скважинах. В нефтяной отрасли контроль уровня жидкости проводится, как с целью мониторинга нефтедобывающих скважин, оборудованных насосами различных типов (так называемый «механизированный фонд скважин»), так и с целью гидродинамических исследований (ГДИС) нефтедобывающих скважин, с различными способами эксплуатации - как механизированной, так и немеханизированной добычей, для получения оценок фильтрационноемкостных свойств пластов углеводородного сырья.
В настоящее время одной из основных задач геолого-промысловых исследований является контроль уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины, что является важнейшим параметром работы насосного оборудования. Для надлежащей работы, как для электроцентробежных установок, так и при штанговой эксплуатации, насос должен всегда быть полностью погружен в жидкость для нормальной работы и иметь «подпор» (столб жидкости над насосом) рекомендованный производителем. Фильтрационные свойства пласта не постоянны, поэтому приток жидкости из пласта постоянно изменяется, эти изменения могут произойти достаточно быстро, приводя к перегреву электродвигателя из-за недостаточного притока из пласта, и как следствие, срыву подачи. Согласно отраслевому регламенту контроль уровня жидкости для каждой добывающей скважины должен проводиться не реже двух раз в месяц, однако нефтяные компании зачастую проводят технологический контроль чаще, особенно на высокодебитных скважинах.
Кроме того, уровень жидкости в межтрубном пространстве часто служит для оценки забойного давления при (ГДИС). Действительно для абсолютного большинства ГДИС, проводящихся на механизированном фонде скважин основным параметром, по которому проводятся расчеты, является забойное давление, либо давление на приеме насоса. Существует 2 вида контроля забойного давления - это стационарные погружные системы телеметрии и оперативные исследования [1].
Системы телеметрии дают очень оперативный результат, поскольку непосредственно контролируют глубинные давления в режиме реального времени. Однако, точности таких систем достаточно низкие, а затраты на их приобретение и эксплуатацию достаточно высоки, поскольку требуется эффективная защита от крайне агрессивной среды в которой они работают. Высокие температурные и вибрационные нагрузки, агрессивные компоненты скважинного флюида часто приводит к полному или параметрическому отказу датчиков системы телеметрии даже в течение одного межремонтного периода скважины (6... 18 месяцев). Справедливости ради, необходимо сказать, что существуют высоконадежные системы телеметрии зарубежного производства, обладающие высокими точностными характеристиками и высокой надежностью, однако стоимость таких систем очень высока, что ограничивает массовое использование таких систем, поэтому в основном они используются только на высокодебитных скважинах расположенных на морских нефтедобывающих платформах.
Оперативные исследования можно также разделить на два типа: это глубинные, где непосредственное измерение давления осуществляется при помощи погружных скважинных приборов на проволоке или кабеле (манометров-термометров) и опосредованная оценка глубинного давления посредством пересчета поверхностно определенного уровня в значение давления. Измерения, проводимые при помощи погружных манометров, как правило, либо не проводятся на механизированном фонде, либо проводятся крайне редко, так как требуют остановки скважины, подъема насосного оборудования, а это серьезные потери для нефтяной компании связанные с недополученной нефтью и последующими затратами на проведение работ по установке насосного оборудования и выводу скважины на режим. Спуск погружных манометров возможен только при определенном типе подъема жидкости из скважины, при котором внутреннее пространство НКТ свободно от оборудования.
Опосредованные оценки забойного давления посредством пересчета данных уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины и устьевого межтрубного давления используются очень широко для механизированного фонда скважин. Этот метод дешев, не требует остановки добычи нефти и универсален по отношению к типу подъема жидкости из скважины.
Сегодня для определения уровней раздела газ-жидкость в скважинах применяются, в основном, методы эхометрирования, основанные на измерении времени прохождения звуковой волны в межтрубном пространстве скважины. Современные электронные уровнемеры в автоматическом режиме проводят распознавание отражения от уровня жидкости, измерение времени прохождения сигнала и оценку скорости звука.
Существует две основных проблемы данного метода:
1. низкая точность оценок скорости звука в затрубном газе исследуемой скважины;
2. сложность распознавания положения на эхограмме отражения от уровня жидкости.
И если в последнее время в некоторых организациях предложили методы, которые позволяет получать оценки скорости звука, удовлетворяющие по точности и надежности современным требованиям, то надежных методов распознавания временного положения сигналов на эхограммах до сих пор нет.
Все существующие алгоритмы распознавания отраженного эхосигнала работают сегодня только во временной области, хотя и используют различные первоначальные данные о сигнале, его фазе, амплитуде, длительности. Это приводит к тому, что во многих практических случаях эти алгоритмы не позволяют получить надежные оценки временного положения отраженных сигналов, так как основная энергия шума может располагаться как раз в информационной, сигнальной части спектра сигнала, либо отношение сигнал/шум настольно низкое, что данный подход является недостаточно эффективным и не дает желаемых результатов. К сожалению, такие случаи не редки.
Поэтому одним из перспективных направлений увеличения точности и надежности определения уровня жидкости в межтрубном пространстве нефтедобывающей скважины является разработка новых методов и средств зондирования скважины на основе формирования более мощных энергетических посылок и применения более эффективных алгоритмов для оценки времени регистрации отраженных сигналов.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование эффективности системы многоимпульсного зондирования скважин для определения уровня жидкости в межтрубном пространстве при наличии высокого уровня шумов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ существующих методов и средств для определения уровня жидкости в нефтяных скважинах;
2. Разработать систему определения уровня жидкости в нефтяных скважинах на основе применения многоимпульсного зондирующего сигнала;
3. Построить алгоритмы фазочастотного прослеживания эхограмм для надежного определения временного положения сигналов в системе многоимпульсного зондирования скважин;
4. Провести исследования эффективности разработанной системы на экспериментальной установке и действующих скважинах
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Показана принципиальная возможность использования многоимпульсного зондирующего сигнала для определения уровня жидкости в нефтедобывающих скважинах
2. Разработана система акустического зондирования скважин многоимпульсными сигналами
3. Получены оценки отношения сигнал/шум на эхограммах при многоимпульсном зондировании
4. Построена математическая модель многоимпульсной эхограммы
5. Разработаны алгоритмы фазочастотного прослеживания для определения временного положения сигналов по коррелированным выборкам ФЧХ и ФГЗ участков эхограмм
Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, теории случайных функций, цифровой обработки сигналов и полей, статистического моделирования.
Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе теоретических результатов и формулируемых на их основе выводов обеспечивается строгостью математических выкладок, базирующихся на аппарате интегрального и дифференциального исчисления, теории вероятностей и математической статистике. Справедливость выводов относительно эффективности предложенной системы подтверждена статистическим моделированием и опытно-методической обработкой реальных эхограмм.
Практическая значимость. Разработанная система многоимпульсного зондирования скважин и методы фазочастотного прослеживания эхограмм использованы для определения уровня жидкости на реальных нефтедобывающих скважинах, где традиционные методы моноимпульсного зондирования оказались не эффективными (Акты внедрения прилагаются). На устройство для определения уровня жидкости получен патент.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Система многоимпульсного зондирования для определения уровня жидкости в нефтедобывающих скважинах
2. Математическая модель эхограммы при многоимпульсном
зондирующем сигнале
3. Методы и алгоритмы определения временного положения сигналов на эхограммах по коррелированным выборкам ФЧХ и ФГЗ участков эхограмм
4. Результаты исследования надежности получаемых оценок уровня жидкости на экспериментальной установке и действующих скважинах при многоимпульсном зондирующем сигнале
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на VIII международном симпозиуме имени академика М.А.Усова (Томск, 2004г.), 4 и 5 всероссийских научно-технических конференциях «Современные технологии гидродинамических и диагностических исследований скважин на всех стадиях разработки месторождений» ( Томск, 2005г., 2006г.), VII Международной научно-практическая конференции «Интеллектуальные информационно-телекоммуникационные системы» (Томск, 2006г.), 2-м Международном форуме "Актуальные проблемы современной науки" (Самара, 2006г.).
Публикации. Полученные автором результаты достаточно полно изложены в 5 научных работах, одна из которых опубликована в реферируемом журнале и 2 патентах на устройство и способ определения уровня жидкости в нефтяных скважинах.
Реализация результатов исследований. Результаты диссертационной работы внедрены в компаниях ООО Томское научно-производственное и внедренческое общество «Сиам», ООО «Сиам Мастер» при изготовлении и эксплуатации программно-аппаратного комплекса «СиамМастер4К», предназначенного для определения уровня жидкости в межтрубном пространстве нефтедобывающих скважин на основе многоимпульсного зондирующего сигнала.
В настоящее время одной из основных задач геолого-промысловых исследований является контроль уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины, что является важнейшим параметром работы насосного оборудования. Для надлежащей работы, как для электроцентробежных установок, так и при штанговой эксплуатации, насос должен всегда быть полностью погружен в жидкость для нормальной работы и иметь «подпор» (столб жидкости над насосом) рекомендованный производителем. Фильтрационные свойства пласта не постоянны, поэтому приток жидкости из пласта постоянно изменяется, эти изменения могут произойти достаточно быстро, приводя к перегреву электродвигателя из-за недостаточного притока из пласта, и как следствие, срыву подачи. Согласно отраслевому регламенту контроль уровня жидкости для каждой добывающей скважины должен проводиться не реже двух раз в месяц, однако нефтяные компании зачастую проводят технологический контроль чаще, особенно на высокодебитных скважинах.
Кроме того, уровень жидкости в межтрубном пространстве часто служит для оценки забойного давления при (ГДИС). Действительно для абсолютного большинства ГДИС, проводящихся на механизированном фонде скважин основным параметром, по которому проводятся расчеты, является забойное давление, либо давление на приеме насоса. Существует 2 вида контроля забойного давления - это стационарные погружные системы телеметрии и оперативные исследования [1].
Системы телеметрии дают очень оперативный результат, поскольку непосредственно контролируют глубинные давления в режиме реального времени. Однако, точности таких систем достаточно низкие, а затраты на их приобретение и эксплуатацию достаточно высоки, поскольку требуется эффективная защита от крайне агрессивной среды в которой они работают. Высокие температурные и вибрационные нагрузки, агрессивные компоненты скважинного флюида часто приводит к полному или параметрическому отказу датчиков системы телеметрии даже в течение одного межремонтного периода скважины (6... 18 месяцев). Справедливости ради, необходимо сказать, что существуют высоконадежные системы телеметрии зарубежного производства, обладающие высокими точностными характеристиками и высокой надежностью, однако стоимость таких систем очень высока, что ограничивает массовое использование таких систем, поэтому в основном они используются только на высокодебитных скважинах расположенных на морских нефтедобывающих платформах.
Оперативные исследования можно также разделить на два типа: это глубинные, где непосредственное измерение давления осуществляется при помощи погружных скважинных приборов на проволоке или кабеле (манометров-термометров) и опосредованная оценка глубинного давления посредством пересчета поверхностно определенного уровня в значение давления. Измерения, проводимые при помощи погружных манометров, как правило, либо не проводятся на механизированном фонде, либо проводятся крайне редко, так как требуют остановки скважины, подъема насосного оборудования, а это серьезные потери для нефтяной компании связанные с недополученной нефтью и последующими затратами на проведение работ по установке насосного оборудования и выводу скважины на режим. Спуск погружных манометров возможен только при определенном типе подъема жидкости из скважины, при котором внутреннее пространство НКТ свободно от оборудования.
Опосредованные оценки забойного давления посредством пересчета данных уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины и устьевого межтрубного давления используются очень широко для механизированного фонда скважин. Этот метод дешев, не требует остановки добычи нефти и универсален по отношению к типу подъема жидкости из скважины.
Сегодня для определения уровней раздела газ-жидкость в скважинах применяются, в основном, методы эхометрирования, основанные на измерении времени прохождения звуковой волны в межтрубном пространстве скважины. Современные электронные уровнемеры в автоматическом режиме проводят распознавание отражения от уровня жидкости, измерение времени прохождения сигнала и оценку скорости звука.
Существует две основных проблемы данного метода:
1. низкая точность оценок скорости звука в затрубном газе исследуемой скважины;
2. сложность распознавания положения на эхограмме отражения от уровня жидкости.
И если в последнее время в некоторых организациях предложили методы, которые позволяет получать оценки скорости звука, удовлетворяющие по точности и надежности современным требованиям, то надежных методов распознавания временного положения сигналов на эхограммах до сих пор нет.
Все существующие алгоритмы распознавания отраженного эхосигнала работают сегодня только во временной области, хотя и используют различные первоначальные данные о сигнале, его фазе, амплитуде, длительности. Это приводит к тому, что во многих практических случаях эти алгоритмы не позволяют получить надежные оценки временного положения отраженных сигналов, так как основная энергия шума может располагаться как раз в информационной, сигнальной части спектра сигнала, либо отношение сигнал/шум настольно низкое, что данный подход является недостаточно эффективным и не дает желаемых результатов. К сожалению, такие случаи не редки.
Поэтому одним из перспективных направлений увеличения точности и надежности определения уровня жидкости в межтрубном пространстве нефтедобывающей скважины является разработка новых методов и средств зондирования скважины на основе формирования более мощных энергетических посылок и применения более эффективных алгоритмов для оценки времени регистрации отраженных сигналов.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование эффективности системы многоимпульсного зондирования скважин для определения уровня жидкости в межтрубном пространстве при наличии высокого уровня шумов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ существующих методов и средств для определения уровня жидкости в нефтяных скважинах;
2. Разработать систему определения уровня жидкости в нефтяных скважинах на основе применения многоимпульсного зондирующего сигнала;
3. Построить алгоритмы фазочастотного прослеживания эхограмм для надежного определения временного положения сигналов в системе многоимпульсного зондирования скважин;
4. Провести исследования эффективности разработанной системы на экспериментальной установке и действующих скважинах
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Показана принципиальная возможность использования многоимпульсного зондирующего сигнала для определения уровня жидкости в нефтедобывающих скважинах
2. Разработана система акустического зондирования скважин многоимпульсными сигналами
3. Получены оценки отношения сигнал/шум на эхограммах при многоимпульсном зондировании
4. Построена математическая модель многоимпульсной эхограммы
5. Разработаны алгоритмы фазочастотного прослеживания для определения временного положения сигналов по коррелированным выборкам ФЧХ и ФГЗ участков эхограмм
Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, теории случайных функций, цифровой обработки сигналов и полей, статистического моделирования.
Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе теоретических результатов и формулируемых на их основе выводов обеспечивается строгостью математических выкладок, базирующихся на аппарате интегрального и дифференциального исчисления, теории вероятностей и математической статистике. Справедливость выводов относительно эффективности предложенной системы подтверждена статистическим моделированием и опытно-методической обработкой реальных эхограмм.
Практическая значимость. Разработанная система многоимпульсного зондирования скважин и методы фазочастотного прослеживания эхограмм использованы для определения уровня жидкости на реальных нефтедобывающих скважинах, где традиционные методы моноимпульсного зондирования оказались не эффективными (Акты внедрения прилагаются). На устройство для определения уровня жидкости получен патент.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Система многоимпульсного зондирования для определения уровня жидкости в нефтедобывающих скважинах
2. Математическая модель эхограммы при многоимпульсном
зондирующем сигнале
3. Методы и алгоритмы определения временного положения сигналов на эхограммах по коррелированным выборкам ФЧХ и ФГЗ участков эхограмм
4. Результаты исследования надежности получаемых оценок уровня жидкости на экспериментальной установке и действующих скважинах при многоимпульсном зондирующем сигнале
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на VIII международном симпозиуме имени академика М.А.Усова (Томск, 2004г.), 4 и 5 всероссийских научно-технических конференциях «Современные технологии гидродинамических и диагностических исследований скважин на всех стадиях разработки месторождений» ( Томск, 2005г., 2006г.), VII Международной научно-практическая конференции «Интеллектуальные информационно-телекоммуникационные системы» (Томск, 2006г.), 2-м Международном форуме "Актуальные проблемы современной науки" (Самара, 2006г.).
Публикации. Полученные автором результаты достаточно полно изложены в 5 научных работах, одна из которых опубликована в реферируемом журнале и 2 патентах на устройство и способ определения уровня жидкости в нефтяных скважинах.
Реализация результатов исследований. Результаты диссертационной работы внедрены в компаниях ООО Томское научно-производственное и внедренческое общество «Сиам», ООО «Сиам Мастер» при изготовлении и эксплуатации программно-аппаратного комплекса «СиамМастер4К», предназначенного для определения уровня жидкости в межтрубном пространстве нефтедобывающих скважин на основе многоимпульсного зондирующего сигнала.
Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в данной работе с целью разработки системы акустического зондирования скважин многоимпульсными сигналами для определения уровня жидкости в проблемных скважинах позволяют сделать следующее заключение.
1. Проведенный анализ существующих геолого-промысловых и гидродинамических систем исследования скважин показал, что задача определения уровня жидкости в скважине имеет важное значение, так как неверные оценки этого параметра могут привести: к перегреву и поломке дорогостоящего насосного оборудования и дополнительным потерям недополученной прибыли из за простоя скважины, невозможности осуществления мониторинга работы скважины.
2. В современных электронных уровнемерах определение уровня жидкости в затрубном пространстве скважины производится методами эхометрирования. При этом одна из основных проблем получения надежных оценок уровня связана со сложностью определения временного положения отраженного сигнала на эхограммах. Причинами этого являются, как правило, низкое отношение сигнал/шум, особенно при вводе скважины в эксплуатацию после ремонта.
3. Одним из перспективных направлений увеличения точности и надежности определения уровня жидкости в межтрубном пространстве нефтедобывающей скважины состоит в разработке новых методов и средств зондирования скважины на основе формирования более мощных энергетических посылок и применения более эффективных алгоритмов для оценки времени регистрации отраженных сигналов. Решению этих задач посвящены следующие разделы работы.
4. Было показано, что применение в качестве зондирующей посылки многоимпульсного сигнала с последующей процедурой сжатия может обеспечить существенное увеличения отношения сигнал/шум на регистрируемых эхограммах.
5. Была предложена система локации уровня жидкости на основе многоимпульсного сигнала, в которой в течении одного измерения уровнемер генерирует не один, а серию импульсов. При этом автоматический клапан, генерирующий зондирующий сигнал отрывается и закрывается по определенной программе.
6. Проведенные испытания разработанной системы на экспериментальной установке показали принципиальную возможность увеличения надежности определения уровня жидкости в нефтедобывающих скважинах.
7. Показано, что оптимальная обработка ФЧХ эхограммы реализует оптимальные алгоритмы определения временного положения;
8. Были получены оптимальные оценки временного положения сильного сигнала по коррелированной выборке ФЧХ эхограммы. Показано, что наличие корреляции не меняет структуру алгоритма определения временного положения сигнала, а изменяет только весовые коэффициенты. Это особенно важно, так как основная энергия отражения сосредоточена в узкой области частот и получить независимую выборку ФЧХ затруднительно.
9. Показано, что процедура оценки оптимальная при слабом сигнале, является оптимальной и при сильном, но не наоборот. Это дает возможность построить алгоритмы с равновесной и неравновесной обработкой, более простые для практической реализации и достаточно эффективные даже при малых отношениях сигнал/помеха;
10. Получены оптимальные оценки временного положения сильного сигнала при наличии дисперсии скорости в скважине как для коррелированной, так и некоррелированной выборки ФГЗ;
11. Предложены алгоритмы выделения огибающей эхосигнала на основе ФГЗ для случая слабого сигнала;
12. Проведенные исследования на модели эхограммы показали, что разработанные фазочастотные алгоритмы определения временного положения сигналов обеспечивают высокую точность получения оценок даже при отношениях сигнал/шум близких к единице, а следовательно их можно использовать в разрабатываемой системе для более надежного определения уровня жидкости в проблемных скважинах.
13. Разработан аппаратно программный комплекс, позволяющий производить измерение уровня жидкости на основе предложенного многоимпульсного зондирующего сигнала.
14. Произведены испытания разработанного комплекса на действующих нефтяных скважинах, в результате которых была выявлена высокая эффективность применения многоимпульсного метода зондирования по сравнению с традиционным одноимпульсным методом.
15. Сформулированы рекомендации и инструкции по использованию разработанного комплекса. Было рекомендовано использовать комплекс при проведении долговременных технологических операций, при проведении гидродинамических исследований связанных с многократным измерением уровня жидкости, а также при проведении промысловых исследований в случаях, когда определение уровня жидкости традиционным методом не дает результата из-за низкого отношения сигнал/шум
1. Проведенный анализ существующих геолого-промысловых и гидродинамических систем исследования скважин показал, что задача определения уровня жидкости в скважине имеет важное значение, так как неверные оценки этого параметра могут привести: к перегреву и поломке дорогостоящего насосного оборудования и дополнительным потерям недополученной прибыли из за простоя скважины, невозможности осуществления мониторинга работы скважины.
2. В современных электронных уровнемерах определение уровня жидкости в затрубном пространстве скважины производится методами эхометрирования. При этом одна из основных проблем получения надежных оценок уровня связана со сложностью определения временного положения отраженного сигнала на эхограммах. Причинами этого являются, как правило, низкое отношение сигнал/шум, особенно при вводе скважины в эксплуатацию после ремонта.
3. Одним из перспективных направлений увеличения точности и надежности определения уровня жидкости в межтрубном пространстве нефтедобывающей скважины состоит в разработке новых методов и средств зондирования скважины на основе формирования более мощных энергетических посылок и применения более эффективных алгоритмов для оценки времени регистрации отраженных сигналов. Решению этих задач посвящены следующие разделы работы.
4. Было показано, что применение в качестве зондирующей посылки многоимпульсного сигнала с последующей процедурой сжатия может обеспечить существенное увеличения отношения сигнал/шум на регистрируемых эхограммах.
5. Была предложена система локации уровня жидкости на основе многоимпульсного сигнала, в которой в течении одного измерения уровнемер генерирует не один, а серию импульсов. При этом автоматический клапан, генерирующий зондирующий сигнал отрывается и закрывается по определенной программе.
6. Проведенные испытания разработанной системы на экспериментальной установке показали принципиальную возможность увеличения надежности определения уровня жидкости в нефтедобывающих скважинах.
7. Показано, что оптимальная обработка ФЧХ эхограммы реализует оптимальные алгоритмы определения временного положения;
8. Были получены оптимальные оценки временного положения сильного сигнала по коррелированной выборке ФЧХ эхограммы. Показано, что наличие корреляции не меняет структуру алгоритма определения временного положения сигнала, а изменяет только весовые коэффициенты. Это особенно важно, так как основная энергия отражения сосредоточена в узкой области частот и получить независимую выборку ФЧХ затруднительно.
9. Показано, что процедура оценки оптимальная при слабом сигнале, является оптимальной и при сильном, но не наоборот. Это дает возможность построить алгоритмы с равновесной и неравновесной обработкой, более простые для практической реализации и достаточно эффективные даже при малых отношениях сигнал/помеха;
10. Получены оптимальные оценки временного положения сильного сигнала при наличии дисперсии скорости в скважине как для коррелированной, так и некоррелированной выборки ФГЗ;
11. Предложены алгоритмы выделения огибающей эхосигнала на основе ФГЗ для случая слабого сигнала;
12. Проведенные исследования на модели эхограммы показали, что разработанные фазочастотные алгоритмы определения временного положения сигналов обеспечивают высокую точность получения оценок даже при отношениях сигнал/шум близких к единице, а следовательно их можно использовать в разрабатываемой системе для более надежного определения уровня жидкости в проблемных скважинах.
13. Разработан аппаратно программный комплекс, позволяющий производить измерение уровня жидкости на основе предложенного многоимпульсного зондирующего сигнала.
14. Произведены испытания разработанного комплекса на действующих нефтяных скважинах, в результате которых была выявлена высокая эффективность применения многоимпульсного метода зондирования по сравнению с традиционным одноимпульсным методом.
15. Сформулированы рекомендации и инструкции по использованию разработанного комплекса. Было рекомендовано использовать комплекс при проведении долговременных технологических операций, при проведении гидродинамических исследований связанных с многократным измерением уровня жидкости, а также при проведении промысловых исследований в случаях, когда определение уровня жидкости традиционным методом не дает результата из-за низкого отношения сигнал/шум
