УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ГАЗОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН Российский патент 2000 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к области газовой промышленности и может быть использовано при проведении газогидродинамических исследований скважин.

Известно цифровое устройство для обработки информации частотных датчиков, которое может быть использовано для измерений параметров газового потока при исследовании скважин, включающее задающий генератор, формирователь эталонного интервала, блок управления, нескольких измерительных каналов, блок вычислений, запоминающее устройство, распределитель [1].

Известен автономный комплексный прибор для гидродинамических исследований скважин, содержащий программный блок, сумматор периодов, счетчик импульсов, регистр сдвига, коммутатор разрядов, первичные преобразователи контролируемых параметров, схему И-ИЛИ, дешифратор, блок изменения скорости изменения контролируемого параметра и блок управления счетчиком номера канала [2].

Известен способ проведения газогидродинамических исследований скважин при стационарных и нестационарных режимах фильтрации, который включает измерение давления, температуры, дебита на каждом режиме с помощью манометров, термометров и расходомерных устройств, визуальную регистрацию измеренных значений и последующую обработку результатов измерений по известным методикам [3].

Указанные устройства и способ не позволяют проводить одновременное измерение и обработку данных с визуализацией результатов для оценки качества работ в процессе проведения газогидродинамических исследований. При наличии осложнений в работе скважины, например, выносе жидкости и песка, такой контроль результатов исследований необходим, чтобы избежать ошибок при измерении параметров газового потока, а в случае возникновении опасных ситуаций - для остановки работ. Исследования скважин на стационарных и нестационарных режимах фильтрации отличаются методами обработки данных и скоростями протекания газогидродинамических процессов. Последний фактор наиболее характерен для месторождений Крайнего Севера, где высокая проницаемость пластов обуславливает быструю стабилизацию и восстановление давления в скважине. Однако указанные устройства не предусматривают автоматическое изменение алгоритма обработки и регулировку скорости записи данных при последовательной смене различных режимов фильтрации в рамках одного исследования.

Задачей изобретения является разработка способа проведения газогидродинамических исследований, позволяющего одновременно измерять и обрабатывать данные при последовательной смене стационарных и нестационарных режимов фильтрации в рамках одного исследования с визуализацией результатов в режиме "реального времени" для контроля качества работ, и создание устройства, обладающего высоким быстродействием.

Целью изобретения является повышение качества газогидродинамических исследований скважин и достоверности полученных результатов.

Указанная цель достигается тем, что предлагается устройство для проведения газогидродинамических исследований скважин, включающее первичный преобразователь, подключенный через сумматор периодов к одному из входов счетчика, второй вход которого соединен через делитель частоты с опорным генератором, выход счетчика подключен к одному из входов программного блока, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам делителя частоты и сумматора периодов, которое, кроме того, снабжено блоком контроля режимов работы скважины, блоком вычислений на стационарных режимах работы скважины, блоком вычислений на нестационарных режимах работы скважины, блоком сравнения, блоком памяти, блоком ввода информации и блоком визуализации, при этом вход блока контроля режимов работы скважины соединен с третьим выходом программного блока, а выходы подключены к входам блока вычислений на стационарных режимах работы скважины и блока вычислений на нестационарных режимах работы скважины, выходы которых подключены к второму и третьему входам программного блока, четвертый выход которого подключен к входу блока сравнения, выход которого через блок памяти подключен к четвертому входу программного блока, к пятому входу которого подключены входы блока визуализации и блока ввода информации. В способе проведения газогидродинамических исследований скважин, включающем измерение давления, температуры, дебита на стационарных и нестационарных режимах фильтрации, в процессе последовательной смены режимов в рамках одного исследования непрерывно измеряют частоту сигналов первичного преобразователя, пропорциональную измеряемым параметрам газа, методом зависимого счета, при реализации которого число импульсов измеряемой частоты, задающее длительность интервала счета импульсов опорной частоты, рассчитывают по формуле:
N_i = N_сmax • k • (f_i-Δf_i)/f₀,
где N_i - число импульсов измеряемой частоты, задающее длительность интервала счета импульсов опорной частоты;
N_сmax - емкость счетчика, регистрирующего импульсы опорной частоты;
k - коэффициент деления частоты опорного генератора;
f_i - частота сигнала первичного преобразователя, измеренная на предыдущем шаге;
f_о - частота опорного генератора;
Δf_i - допустимое изменение частоты сигнала первичного преобразователя за время между двумя следующими друг за другом измерениями, при превышении которого программный блок останавливает измерения до восстановления нормального значения параметра или поступления внешней команды и выдает сигнал об ошибке измерений, а максимальная продолжительность одного измерения устанавливается с помощью коэффициента деления частоты опорного генератора по формуле:
τ_max = k • N_сmax/f₀,
где τ_max - максимальная продолжительность одного измерения;
k - коэффициент деления частоты опорного генератора;
N_сmax - емкость счетчика, регистрирующего импульсы опорной частоты;
f_о - частота опорного генератора, при этом реальные значения измеряемых параметров, рассчитанные по измеренной частоте и градуировкам первичного преобразователя, хранящимся в блоке памяти, подают на блок контроля режимов работы скважины, где сравнивают величины и скорости изменения этих параметров с заданными граничными значениями, определяют начало и окончание каждого режима по трем и более последовательно поступающим сигналам и изменяют алгоритм обработки данных, причем результаты обработки и измерений записывают в память устройства, если их изменение по сравнению с предыдущей записью больше заданных граничных значений, и вместе с сигналами об ошибках, вырабатываемых при выходе результатов за заданные пределы, подают на блок визуализации, откуда выводят информацию в режиме "реального времени".

Указанное устройство включает первичный преобразователь 1, подключенный через сумматор периодов 2 к одному из входов счетчика 3, второй вход которого соединен через делитель частоты 4 с опорным генератором 5, выход счетчика 3 подключен к одному из входов программного блока 6, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам делителя частоты 4 и сумматора периодов 2. Устройство снабжено также блоком контроля 7 режимов работы скважины, блоком вычислений 8 на стационарных режимах работы скважины, блоком вычислений 9 на нестационарных режимах работы скважины, блоком сравнения 10, блоком памяти 11, блоком ввода информации 12 и блоком визуализации 13, при этом вход блока контроля 7 режимов работы скважины соединен с третьим выходом программного блока 6, а выходы подключены к входам блока вычислений 8 на стационарных режимах работы скважины и блока вычислений 9 на нестационарных режимах работы скважины, выходы которых подключены к второму и третьему входам программного блока 6, четвертый выход которого подключен к входу блока сравнения 10, выход которого через блок памяти 11 подключен к четвертому входу программного блока 6, к пятому входу которого подключены выход блока ввода информации 12, а к его пятому выходу подключен вход блока визуализации 13.

Входные сигналы с частотами f_i, пропорциональными величинам измеряемых параметров, с преобразователя 1 поступают на сумматор периодов 2. Измерение частоты производится методом зависимого счета. Сумматор периодов 2 формирует временной интервал τ_i, в течение которого сигнал с опорного генератора 5 частотой f₀ через делитель частоты 4, имеющего коэффициент деления k, поступает на счетчик 3. Программный блок 6 задает сумматору 2 количество суммируемых периодов N_i, входных сигналов, чтобы установить длительность этого интервала, который рассчитывается по формуле:
τ_i = N_i/f_i,
где τ_i - длительность временного интервала;
N_i - количество суммируемых периодов входного сигнала;
f_i - частота входного сигнала.

После окончания интервала τ_i программный блок 6 считывает количество зарегистрированных счетчиком импульсов N_с опорной частоты f_о/k и рассчитывает частоту входного сигнала по формуле:
f_i = (f₀/k)• (N_i/N_c),
где f_i - частота входного сигнала;
f_о - частота опорного генератора;
k - коэффициент деления частоты опорного генератора;
N_i - количество суммируемых периодов входного сигнала;
N_с - количество зарегистрированных счетчиком импульсов.

Погрешность измерения частоты методом зависимого счета уменьшается с ростом числа импульсов опорной частоты N_с, количество которых зависит от длительности интервала τ_i и ограничено емкостью счетчика N_сmax. В процессе измерений частота входного сигнала изменяется в широких пределах, поэтому введена регулировка N_i для поддержания длительности интервала τ_i в пределах, обеспечивающих максимальную величину N_c. Регулировка производится следующим образом. Поскольку параметры газового потока, измеряемые при исследовании скважин, изменяются с конечной скоростью, для каждого параметра задается допустимое изменение Δf_i за время между двумя соседними измерениями. Количество суммируемых периодов N_i рассчитывается программным блоком 6 по результатам предыдущего измерения частоты f_i с учетом допустимого изменения Δf_i по формуле:
N_i = N_сmax • k • (f_i-Δf_i)/f₀,
где N_i - количество суммируемых периодов входного сигнала;
N_cmax - емкость счетчика импульсов;
k - коэффициент деления частоты опорного генератора;
f_i - частота входного сигнала;
Δf_i - допустимое изменение частоты входного сигнала за время между двумя следующими друг за другом измерениями;
f_о - частота опорного генератора.

Затем полученная величина округляется с недостатком программным блоком 6 до целого значения, которое задается сумматору 2. Если изменение параметра за время между двумя соседними измерениями превышает допустимое значение Δf_i , то программный блок 6 останавливает измерения до восстановления нормального значения параметра или поступления внешней команды и выдает сигнал об ошибке измерений, который поступает на блок визуализации 13. Точность измерений при нестационарных процессах зависит от максимальной продолжительности одного измерения τ_max, которая зависит от частоты опорного генератора и коэффициента деления k, который программный блок 6 задает делителю частоты 4 в соответствии с формулой:
τ_max = k • N_сmax/f₀,
где τ_max - максимальная продолжительность одного измерения;
k - коэффициент деления частоты опорного генератора;
N_сmax - емкость счетчика, регистрирующего импульсы опорной частоты;
f_о - частота опорного генератора.

Реальные значения измеряемых параметров рассчитываются программным блоком 6 по частоте входных сигналов f_i и градуировкам первичного преобразователя 1, которые хранятся в записывающем устройстве 11. Затем реальные значения параметров передаются в блок контроля 7 режимов работы скважины, который сравнивает величины и скорости изменения этих параметров с заданными граничными значениями и определяет режим работы скважины, в соответствии с которым изменяется алгоритм обработки данных. Режим считается стационарным, а данные передаются в блок вычисления 8, если значение параметра, характеризующего дебит скважины, например, давления на входе измерителя расхода газа, больше заданного граничного значения и скорость изменения измеряемых параметров ниже заданного граничного значения для каждого параметра. Если величина параметра, характеризующего дебит скважины, изменяется и пересекает граничное значение, то начинается нестационарный режим, который продолжается, пока скорость изменения измеряемых параметров выше заданного граничного значения. В этом случае данные передаются на блок вычислений 9. Проверка начала и окончания каждого режима проводится на трех и более последовательно поступающих входных сигналах. В блоках вычислений 8 и 9 результаты измерений обрабатываются по заданному алгоритму и поступают в программный блок 6. Если результаты расчета выходят за ранее заданные пределы, то программный блок 6 формирует сигнал об ошибке вычислений, который поступает на устройство визуализации 13. Результаты вычислений и измерений передаются в блок памяти 11 через блок сравнения 10, который разрешает запись данных, если величина изменения поступающих сигналов по сравнению с предыдущей записью больше заданных граничных значений. Таким образом производится регулировка скорости записи данных в зависимости от скорости изменения измеряемых параметров. Это позволяет оптимизировать объем требуемой памяти устройства при проведении исследований с последовательной сменой стационарных и нестационарных режимов. Результаты вычислений и измерений, а также сигналы об ошибках измерений и вычислений поступают на устройство визуализации информации 13, которое выводит результаты в режиме "реального времени", что позволяет быстро оценить качество исследований и при необходимости внести изменения в программу работ, в том числе остановить проведение исследований при выявлении опасных осложнений в работе скважины. С помощью устройства ввода информации 12 оператор осуществляет выбор данных, выводимых на устройство визуализации информации 13, и в случае необходимости изменяет алгоритм работы прибора.

Предлагаемое устройство и способ проведения газогидродинамических исследований скважин обеспечивают автоматизацию, высокое качество и безопасность газогидродинамических исследований скважин, значительно увеличивая объем получаемой информации. Высокое быстродействие устройства позволяет проводить исследования скважин на газовых месторождениях Крайнего Севера, где высокая проницаемость пластов обуславливает быстрое протекание процессов стабилизации и восстановления давления в скважине. Кроме того, устройство имеет малые габариты и вес. Предлагаемый способ не требует выпуска газа в атмосферу, что позволяет сберечь запас природного газа и существенно снизить техногенную нагрузку на окружающую среду.

Источники информации
1. А.с. N 1525609 МКИ G 01 R 23/10 SU, опубл. 30.11.89.

2. А.с. N 939741 МКИ E 21 B 47/00 SU, опубл. 30.06.82 (прототип).

3. А. И. Гриценко, З.С. Алиев, О.М. Ермилов, В.В. Ремизов, Г.А.Зотов. Руководство по исследованию скважин. - М.: Наука, 1995, с. 17, рис. 1, с. 178, с.263 (прототип).

Изобретение относится к газовой промышленности и позволяет повысить качество газогидродинамических исследований скважин (ГИС) и достоверность полученных результатов. При проведения ГИС осуществляют измерение давления, температуры, дебита на стационарных и нестационарных режимах фильтрации. В процессе последовательной смены режимов в рамках одного исследования непрерывно измеряют частоту сигналов первичного преобразователя (ПП), пропорциональную измеряемым параметрам газа, методом зависимого счета. При этом число импульсов измеряемой частоты, задающее длительность интервала счета импульсов опорной частоты, рассчитывают по приведенной математической формуле. При превышении допустимого измерения частоты сигнала ПП за время между двумя следующими друг за другом измерениями программный блок останавливает измерения до восстановления нормального значения параметра или поступления внешней команды и выдает сигнал об ошибке измерений. Максимальная продолжительность одного измерения устанавливается с помощью коэффициента деления частоты опорного генератора по приведенной формуле. При этом реальные значения измеряемых параметров, рассчитанные по измеренной частоте и градуировкам ПП, хранящимся в блоке памяти, подают на блок контроля режимов работы скважины, где сравнивают величины и скорости измерения этих параметров с заданными граничными значениями. Определяют начало и окончание каждого режима по трем и более последовательно поступающим сигналам и изменяют алгоритм обработки данных. Результаты обработки и измерений записывают в блок памяти, если их изменение по сравнению с предыдущей записью больше заданных граничных значений. Вместе с сигналами об ошибках, вырабатываемых при выходе результатов за заданные пределы, результаты измерений подают на блок визуализации, откуда выводят информацию в режиме "реального времени". 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для проведения газогидродинамических исследований скважин, включающее первичный преобразователь, подключенный через сумматор периодов к одному из входов счетчика, второй вход которого соединен через делитель частоты с опорным генератором, выход счетчика подключен к одному из входов программного блока, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам делителя частоты и сумматора периодов, отличающееся тем, что оно снабжено блоком контроля режимов работы скважины, блоком вычислений на стационарных режимах работы скважины, блоком вычислений на нестационарных режимах работы скважины, блоком сравнения, блоком памяти, блоком ввода информации и блоком визуализации, при этом вход блока контроля режимов работы скважины соединен с третьим выходом программного блока, а выходы подключены к входам блока вычислений на стационарных режимах работы скважины и блока вычислений на нестационарных режимах работы скважины, выходы которых подключены к второму и третьему входам программного блока, четвертый выход которого подключен к входу блока сравнения, выход которого через блок памяти подключен к четвертому входу программного блока, к пятому входу которого подключен выход блока информации, а к его пятому выходу подключен вход блока визуализации. 2. Способ проведения газогидродинамических исследований скважин, включающий измерение давления, температуры, дебита на стационарных и нестационарных режимах фильтрации, отличающийся тем, что в процессе последовательной смены режимов в рамках одного исследования непрерывно измеряют частоту сигналов первичного преобразователя, пропорциональную измеряемым параметрам газа, методом зависимого счета, при реализации которого число импульсов измеряемой частоты, задающее длительность интервала счета импульсов опорной частоты, рассчитывают по формуле
N_i = N_cmax• k • (f_i- Δf_i)/f₀ ,
где N_i - число импульсов измеряемой частоты, задающее длительность интервала счета импульсов опорной частоты;
N_cmax - емкость счетчика, регистрирующего импульсы опорной частоты;
k - коэффициент деления частоты опорного генератора;
f_i - частота сигнала первичного преобразователя, измерения на предыдущем шаге;
f₀ - частота опорного генератора;
Δf_i - допустимое измерение частоты сигнала первичного преобразователя за время между двумя следующими друг за другом измерениями, при превышении которого программный блок останавливает измерения до восстановления нормального значения параметра или поступления внешней команды и выдает сигнал об ошибке измерений,
а максимальная продолжительность одного измерения устанавливается с помощью коэффициента деления частоты опорного генератора по формуле
τ_max = k • N_cmax/f₀ ,
где τ_max - максимальная продолжительность одного измерения;
k - коэффициент деления частоты опорного генератора;
N_cmax - емкость счетчика, регистрирующего импульсы опорной частоты;
f₀ - частота опорного генератора,
при этом реальные значения измеряемых параметров, рассчитанные по измеренной частоте и градуировкам первичного преобразователя, хранящимся в блоке памяти, подают на блок контроля режимов работы скважины, где сравнивают величины и скорости измерения этих параметров с заданными граничными значениями, определяют начало и окончание каждого режима по трем и более последовательно поступающим сигналам и изменяют алгоритм обработки данных, причем результаты обработки и измерений записывают в память устройства, если их измерение по сравнению с предыдущей записью больше заданных граничных значений, и вместе с сигналами об ошибках, вырабатываемых при выходе результатов за заданные пределы, подают на блок визуализации, откуда выводят информацию в режиме "реального времени".