Лекционный курс Экспериментальные методы физических исследований Раздел СРЕДСТВА

Лекционный курс «Экспериментальные методы физических исследований» Раздел СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ТЕРМОМЕТРИИ Тема СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ТЕРМОМЕТРИИ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Национальный исследовательский университет (НИУ) В соответствии с Указом Президента России от 7 октября 2008 г. на базе ведущих ВУЗов России были созданы 27 НИУ для обеспечения квалифицированными кадрами высокотехнологичного сектора российской экономики. Наш университет получил статус НИУ в 2010 году

«По набору специальностей, охвату всей технологической цепочки нефтегазового производства, университет уникален. 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

SMART RESERVOIR Metering & Control Systems Surface Well Systems Floating Production Storage & Offloading Vessels Tension Leg Platforms Turret Mooring Systems Light Well Intervention Subsea Drilling Systems Subsea Processing Smart Well Control Systems Subsea Template Systems Subsea Manifold Guidelineless Deepwater Trees ROV Tie-In Systems

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

Tubing Hanger Adjustable Swivel “Умная скважина” D-17 на месторождении Douglas (Ливерпульский залив, Великобритания) 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 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 500 000 $.

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)

Волоконно – оптические кабели Диаметры : внешний 75 - 125 микрон сердцевины – 20 микрон

Волоконно – оптические кабели

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 d. I = - I(x) dx I(x) I + d. I - 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 :

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ 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 Неупроугое комбинационное (рамановское) рассеяние Начальная частота света 0 уменьшается или увеличивается на величину кол из-за изменения энергии колебаний молекул кол = Екол. /h СТ = 0 - кол АСТ = 0 + кол Стоксовская и антистоксовская частоты рассеяния

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ РАМАНОВСКОЕ РАССЕЯНИЕ «СТОКС» - Слабая зависимость от температуры «АНТИ-СТОКС» Сильная зависимость от температуры Уменьшение частоты Увеличение частоты

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ СПЕКТР РАССЕЯННОГО СВЕТА

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОШЬЮ ОПТОВОЛОКОННЫХ ДАТЧИКОВ I(t) I(X) T(X)

Оптоволоконные системы температурных измерений 10 нс импульсы лазерного излучения Оптич. волокно Лазер Рассеянное излучение Incident Излучение Incident Raleigh Light Raleigh лазера Brillouin Бриллюен Датчик Зеркала Спектры рассеянного излучения Stokes Раман Anti-Stokes Raman (Стокс) Raman Band Raman (Анти-Стокс)Raman Band

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. ) Прорыв холодной воды Т (о. С) Поступление газа Т пласта Глубина (метры) Данные фирмы Sensa , Schlumberger

ОЦЕНКА ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИНЫ ПО ТЕМПЕРАТУРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ Распределения температуры при продуктивности скважины 250 500 1000 баррелей в сутки

С сайта: http: //lscom. ru/io_rtr 2. html