, (2)ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СТАНЦИЙ ГТИ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ПИЛОТНОГО ПРОЕКТА ОТРАСЛЕВОЙ ГЕОЛОГО - ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ РАО “ГАЗПРОМ”
Акимов Н. В.
1 , Кравцов С. А.2 , Филатов А. Н.1 , Чебанов С. Н.2 , Шибаев А. А.11 ЗАО “АМТ”, д. 30, 3-я линия В. О., а/я 446, Санкт-Петербург, 199004 , Россия,
2
П “Севергазгеофизика” - ДОАО “Газпромгеофизика”.
GTR - stations Exploitation Experiens into the RAO “GAZPROM” Pilot Project of the
Geologo - geophisical Information System.
N. V. Akimov1 , S. A. Kravtsov2 , A. N. Filatov1
, S. N. Chеbanov2 , A. A. Shibaev1 .
1
JC “AMT”, # 30,str 3, V. O., a.b. 446, Sankt-Peterburg, 199004 , Russia2
Nordgazgeophisica - SJC “Gazpromgeophisica”.
Первичная информация о вскрываемых бурением пластах-коллекторах, характере их насыщения и продуктивности, являющаяся основой отраслевой геолого-геофизической информационной системы РАО “Газпром”, может быть получена на базе информационного обеспечения станции ГТИ - “АМТ-101”, которое выполняет:
В результате совместной работы П “Севергазгеофизика” и ЗАО “АМТ” создана система “Скважина-Куст скважин” - нижний уровень отраслевой геолого-геофизической информации системы РАО “Газпром”, которая поэтапно внедряется с 1995 г.
Гибкость программного обеспечения станций “АМТ-101”, эффективная организация совместной работы П “Севергазгеофизика” и ЗАО “АМТ” позволили создать систему “Скважина - Куст скважин”, которая эффективно решает необходимый комплекс задач, с учетом интересов каждого конкретного заказчика.
В 1995-1998 г.г. с использованием 6 станций ГТИ “АМТ-101” проконтролировано бурение более 50 тысяч метров скважин глубиной до 3000 метров в Тюменской области; имеется опыт использования этих станций при бурении скважин глубиной до 6000 метров в других районах России, Украине и Казахстане.
П “Севергазгеофизика” является крупным предприятием, выполняющим на севере Тюменской области (Н.Уренгой - Ямбург) полный комплекс геофизических работ при разведке и разработке газовых месторождений.
ЗАО “АМТ” представляет собой динамично развивающуюся организацию, проектирующую и изготавливающую оборудование, аппаратурно-программные средства контроля технологических процессов в нефтегазовой промышленности, в том числе станции ГТИ; фирма выполняет ввод своего оборудования в эксплуатацию (монтаж-наладка, обучение персонала) и его сопровождение (гарантийный ремонт и прочие услуги) в течение всего срока эксплуатации; с 1987 по1998 г.г. фирма поставила геофизическим предприятиям 40 станций ГТИ.
Испытываемые аппаратура и программное обеспечение показали себя надежными. Получаемая с их использованием информация в процессе бурения скважин по объему, качеству и оперативности удовлетворяет требованиям геологических, геофизических и технологических служб нефтегазодобывающих, буровых предприятий. Станции могут работать с различными по составу комплектами технологических датчиков и другой измерительной аппаратуры (газоанализаторы, забойная инклинометрическая аппаратура) различных конструкций с различными типами выходных сигналов.
В результате совместных работ П “Севергазгеофизики” и ЗАО “АМТ” по пилотному проекту к настоящему времени полностью определились комплектность станции и круг её задач. Станция по комплектности и решаемым задачам стала аналогичной многофункциональным станциям ГТИ фирм “Geoservices”, “Anadrill Shlumberger”, “Magcobar Dresser”, “Totco” США и Западной Европы, “Геоэлектроника-Сервис”, “ИМС” (Россия). По ряду
конкретных характеристик (надежность аппаратуры и программного обеспечения, адаптивность программного обеспечения к геолого-технологическим условиям бурения и его “проверенность”, развитость “технологического модуля” станции, уровень автоматизации при решении задач интерпретации данных и др. характеристики) станция “АМТ-101” в большей мере отвечает требованиям РАО “ГАЗПРОМ” и других её Заказчиков. Следует иметь в виду, что математическое и программное обеспечение этой станции проверялось бурением в самых разных геолого-технологических условиях с 1987 г.; с его использованием проконтролировано бурение более 800 тыс. метров скважин. П “Севергазгеофизикой” и ЗАО “АМТ” при работе по пилотному проекту был разработан план мероприятий по совершенствованию станций “АМТ-101” в процессе их эксплуатации в П“Севергазгеофизика”. Часть этих мероприятий на сегодня выполнены. Реализован переход на компьютерную сеть (3 - 4 компьютера, включая выносные) с общей базой данных, на цветную печать; обеспечена работа с дисками большой емкости; дополнительно к контролю бурения на этапах углубка забоя, наращивание, спуско-подъемные операции, введен контроль цементирования обсадных колонн, переработан архив; обеспечено решение задачи определения продуктивности пластов-коллекторов по данным газового каротажа (построения треугольников) и других; изготовлены аппаратура и программное обеспечение распределенных устройств связи с объектом при использовании последовательного интерфейса (аппаратурно-программный комплекс информационного обмена нижнего уровня). При эксплуатации станций была обеспечена и проверена испытаниями передача информации со станций на большое расстояние по телефонной сети и радио-каналу.В настоящее время выполняется создание оптического газоанализатора с необходимыми характеристиками; выполняются работы по совершенстваованию отдельных технологических датчиков; разрабатывается новая версия программного обеспечения станции.
В настоящее время в состав станции входят:
·
комплект датчиков: нагрузки на крюке, перемещения талевого блока, крутящего момента на роторе, оборотов ротора, давления промывочной жидкости на входе в скважину, расхода промывочной жидкости на входе в скважину (числа ходов насоса), расхода промывочной жидкости на выходе скважины, уровня промывочной жидкости в емкостях циркуляционной системы, уровня промывочной жидкости в доливной емкости, плотности промывочной жидкости, температуры промывочной жидкости на входе и выходе скважины; в комплект, при необходимости, могут быть включены датчики: давления промывочной жидкости в затрубье, электропроводности промывочной жидкости на выходе скважины, вибрации бурильной колонны;·
аппаратурный комплекс газового каротажа: анализатор суммарного содержания газов в буровом растворе, анализатор компонентного состава газовой смеси;·
аппаратурно-программный комплекс информационного обмена нижнего уровня магистрального типа, выполняющий функции опроса и предварительной обработки сигналов датчиков и газовых анализаторов, забойной инклинометрической аппаратуры, а также связь с устройствами оперативного отображения информации (пультами, самописцами и т.п.);·
сетевой аппаратурно-программный комплекс приема, обработки, интерпретации, хранения и отображения информации: компьютеры (2-4) типа IBM PC, принтеры (черно-белые и/или цветные), устройства для работы с дискетами большой емкости (типа ZIP - drive); программное обеспечение станции, решающее задачи: опроса датчиков, газовых анализаторов, забойной инклинометрической системы, обработки, интерпретации, хранения информации;·
система бесперебойного энергоснабжения станции;
Станция обеспечивает:
Ё
автоматический прием и обработку сигналов технологических датчиков, аппаратуры газового каротажа, забойной инклинометрической системы, ввод справочной информации;Ё
интерпретацию полученной информации;Ё
контроль бурения: углубки забоя, наращивания, спуско-подъемных операций с контролем долива скважины, цементирования;Ё
распознавание осложнений, аварийных ситуаций на начальной стадии их возникновения, в том числе газонефтепроявлений и выбросов;Ё
определение литологического разреза, выделение пластов – коллекторов;Ё
определение пластового и порового давлений в процессе бурения (прогнозирование зон аномально высокого или низкого пластового давления);Ё
определение характера насыщения и оценку продуктивности пластов-коллекторов;Ё
контроль и прогноз траектории скважины;Ё
выполнение расчетов при решении геологических и технологических задач проводки скважины;Ё
визуализацию всей полученной по скважине информации на экране монитора;Ё
накопление и хранение всей полученной по скважине информации;Ё
формирование и печать документации по скважине в виде текстов, цифровых таблиц, графиков в функции глубины и времени;Ё
копирование информации по скважине для ее последующей обработки в центрах сбора, обработки, интерпретации информации по скважинам.
При решении задач контроля и оптимизации бурения станция автоматически измеряет и вычисляет, контролирует значения более 90 параметров, характеризующих режим, условия бурения и разрез скважины. При этом, как правило, на начальной стадии обработки данных измерений контролируемого технологического параметра определяются значения собственно параметра, его тренда и дисперсии, которые подвергаются дальнейшей обработке при решении задач контроля бурения, комплексной интерпретации полученной информации.
Аппаратурно-программный комплекс информационного обмена нижнего уровня - распределённого типа, с использованием многопользовательского интерфейса RS485. При этом, устройства непосредственно принимающие данные с датчиков, - контроллеры, расположены вблизи от мест сосредоточения
датчиков, т.е. на роторной, в циркуляционной системе и т.д. Такое построение системы сбора данных дает возможность настройки на комплект датчиков практически любого типа, сводит к минимуму влияние электрических помех, существенно снижает объем кабельного хозяйства. Технические ограничения на количество подключенных к системе датчиков отсутствуют, темп опроса данных для отдельных датчиков может достигать сотен раз в секунду, что важно при анализе быстро изменяющихся параметров - момента на роторе, нагрузки на долото и других. Поскольку во многих геофизических предприятиях для решения задач газового каротажа еще применяются газоанализаторы типа ХГ-1Г, был разработан модуль приема сигнала ионизационно-пламенного детектора и, благодаря использованию методов цифровой фильтрации, удалось получить точность, которую от такого устаревшего прибора никто не ожидал.Программное обеспечение станции работает на компьютерах типа IBM PC, объединенных в сеть. При этом вся система сбора информации с технологических датчиков, аппаратуры газового каротажа и другой подключена к основному компьютеру. На основном компьютере хранится весь архив информации, накопленной в процессе бурения, данные которого доступны терминальным компьютерам, включенным в локальную сеть, а также,
через телефонные или радио (космические) каналы связи - удаленным компьютерам. При этом можно одновременно контролировать бурение (в режиме ON-LINE) при помощи основного компьютера и использовать другие (второй, третий) компьютеры для работы с накопленными данными: их просмотра, выполнения расчетов, интерпретации, печати информации, передачи данных по каналам связи (в комбинированном режиме ON/OFF-LINE), что создает дополнительные преимущества при контроле, анализе бурения скважины и управлении бурением. Наличие третьего компьютера, вынесенного на рабочее место бурового мастера (начальника буровой) обеспечивает буровому мастеру оперативный доступ к текущей и накопленной информации по скважине.
Эффективность станций, в значительной мере, определяется использованием в программном обеспечении специальных цифровых фильтров обработки сигналов измерительной аппаратуры (технологические датчики, газоанализаторы) и алгоритмов интерпретации полученной информации, которые обеспечивают высокую помехоустойчивость результатов решаемых задач, с ошибкой определения контролируемых параметров на 1-3 порядка (в зависимости от частоты опроса) ниже, чем ошибка их измерения датчиками.
Используются рекурсивные фильтры, содержащие коррекцию выходных данных по тренду входных данных (измеренных значений параметров) вида:
, (1)
где: - входные данные; - выходные данные;
-постоянные фильтра.
Используемые фильтры являются вариантом адаптивных фильтров Калмана, в котором значения
управляются сигналом о ассиметрии-симметрии (по вероятностной оценке) знаков отклонений входных данных от выходных. В качестве базового элемента фильтра (1) принят экспоненциальный фильтр вида:
, (2)
в котором постоянная фильтра -
c определяется через постоянную времени фильтра T и частоту опроса f по формуле c=1/(1+T*f). Синтез фильтров был выполнен по их амплитудной и фазовой частотным характеристикам по требованиям, основанным на анализе динамики контролируемых параметров по данным измерений, полученных при использовании этих станций ГТИ с 1987 года для контроля бурения скважин в России, Украине, Казахстане. Фильтры изменяют усреднённую ошибку выходных данных относительно ошибки, содержащихся во входных данных - данных измерений. Это изменение может быть очень существенным. На основе формулы Хемминга для нерекурсивных фильтров, были получены соответствующие формулы для рекурсивных фильтров, которые также использовались при синтезе фильтров.Для фильтра (2) имеем:
(3)
где:
- дисперсии ошибок выходных и входных данных; при этом предполагается, что измерения не смещены, ошибки аддитивны и некоррелируемые.
Используемые рекурсивные фильтры показали себя в качестве гибкого математического инструмента обработки сигналов; при этом они требуют минимальных ресурсов памяти и времени, на порядки меньше, чем другие фильтры.
Программное обеспечение станции выполняет в реальном времени автоматический анализ геологической и технологической ситуации в бурящейся скважине с построением литологической колонки и распознаванием осложнений и аварийных ситуаций на ранней стадии их возникновения. Благодаря этому, использование этих станций ГТИ обеспечивает существенное снижение аварийности при бурении и потерь ресурсов (времени, денег) на ликвидацию осложнений и аварий, особенно на ликвидацию выбросов и открытых фонтанов. Благодаря этому, что немаловажно, буровые бригады начинают положительно относиться к наличию на скважинах станций контроля, которые контролируют в том числе и работу бригады, и оперативно взаимодействуют с операторами станций.
Особенностью П “Севергазгеофизика” является одновременная работа большого количества станций ГТИ при большой удаленности их от предприятия. Поэтому в ходе работ по реализации пилотного проекта геолого-геофизической информационной системы РАО “ГАЗПРОМ” возникли требования:
Первое требование, как было отмечено выше, было выполнено в части телефонного и радиоканала; возможность устойчивой передачи информации через спутниковую связь еще должна быть подтверждена испытаниями. При этом высокая стоимость каналов связи и отсутствие готовности со стороны заказчиков к приему и обработке информации в реальном времени диктуют использование сеансов и передачи сжатой информации за определенное время, а в случае отклонений от геолого-технологического наряда и режимно-технологической карты, в процессе ликвидации осложнений и аварий частота сеансов передачи увеличивается до необходимой.
Удовлетворение второго требования в полной мере будет обеспечено разработкой, которая сейчас и выполняется П “Севергазгеофизика” совместно с ЗАО “АМТ”.
В новой версии программного обеспечения (ПО) станции используется операционная система WNT Server для сервера базы данных (БД) и WNT Workstation для рабочих станций. Используется распределенная архитектура обработки информации на базе архитектуры клиент-сервер. Режим работы в реальном масштабе времени обеспечивается с применением специальных программных функций работы с таймером. Построение приложений выполняется на базе многопоточной архитектуры. Построение пользовательского интерфейса выполняется на основе последних стандартов. Клиентское ПО будет устанавливаться на компьютерах, входящих в состав локальной вычислительной сети или на удалённых компьютерах без необходимости переписывать ПО; работа ведется для оператора одинаковым образом. Архитектура ПО позволит расширять круг решаемых задач, не затрагивая структуру ПО. Разработана гибкая структура БД, что позволяет вводить изменения в состав данных, не нарушая существующих связей между её частями; система управления базой данных (СУБД) - MS SQL Server; ПО для работы с БД выполнено таким образом, что при смене СУБД не потребуется перерабатывать программный код, а необходимо лишь настроить системные ресурсы. Система на базе ОС WNT использует средства для соединения с другими сетями, построенными на базе OS/2, Nowell, MS DOS и др. Будет обеспечена всесторонняя поддержка
Internet, E-mail, возможность использования Microsoft NetMeeting для работы над документами в реальном масштабе времени в составе команды исполнителей, что дает большие возможности по доступу к информации и предоставляет пользователю универсальные технологии обработки. При этом все приемущества, работающего сейчас программного обеспечения станции, в новой версии сохраняются.Станция “АМТ-101” проявила себя в качестве гибкой, открытой системы, способной к необходимым в перспективе совершенствованиям, с хорошо отработанным в эксплуатации математическим и программным обеспечением. Станция надёжна, работоспособна, ремонтноспособна. Она легко адаптируема под конкретные требования Заказчика. Работает в самом широком диапазоне применяемых технических средств, с любым комплектом датчиков. Любая замена оборудования может быть произведена в поле с минимальными затратами времени. Расплатой за универсальность станции являются повышенные требования к профессиональнрй подготовке обслуживающего персонала.
По совокупности своих характеристик станция “АМТ-101” может быть принята в качестве технической базы нижнего уровня разрабатываемой геолого-геофизической информационной системы РАО “ГАЗПРОМ”
На сайт ПЕТРОФИЗИКА и ИНТЕРПРЕТАЦИЯ
При копировании просьба сохранять ссылки. Материалы с сайта www.petrogloss.narod.ru