Научный электронный журнал КубГАУ . № 06(14), 2005 УДК 681.3:622.24 МОДИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ ВНУТРИСКВАЖИННОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ Видовский Л. А. – доцент Параскевов В. Н. – ст. преп. Кубанский государственный технологический университет В статье рассмотрена модернизация внутрискважинного измерителя давления и температуры, разработанного на кафедре ВТ и АСУ КубГТУ. Модернизация позволяет увеличить продолжительность записи параметров давления и температуры; программно в широких пределах изменять периодичность записи параметров. Современные системы контроля и автоматизации технологических процессов бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин достаточно совершенны. Разработаны математические модели различных технологических ситуаций и физико-химических процессов, реализованы алгоритмы управления, компьютерные системы для сбора информации и реализации управляющих воздействий. Базовыми параметрами, подлежащими контролю практически во всех технологических процессах нефтегазодобывающей отрасли, являются давление и температура. Существует широкий спектр средств для измерения этих параметров в наземных условиях, однако для измерений внутри скважины на забое, межколонном и заколонном пространстве применимы лишь немногие специально разработанные приборы, а для измерений горного давления в цементном камне крепи скважины практически отсутствуют. В настоящее время контроль давления в отдельных пластах многопластовых залежей не проводится в необходимом объеме как из-за низких метрологических характеристик погружных скважинных преобразователей давления, так и из-за их недостаточного количества. В течение ряда лет на кафедре ВТ и АСУ разрабатывается методология идентификации термобарометрических процессов взаимодействия с окружающей средой подземных нефтегазовых объектов (скважин, трубопроводов, нефтегазохранилищ). Инструментальной составляющей методологии является проблемно-ориентированная АИС, использующая для измерения специально разработанные магнитоупругие датчики давления (авторское свидетельство). Разработан вариант АИС [1; 2] с электрическим каналом связи между наземной аппаратурой и скважинным прибором (СП), а также вариант АИС с автономным СП, имеющим встроенную электронную память. В АИС с каналом связи используется разработанный во ВНИИКРнефть под руководством А. Л. Видовского заколонный измеритель давления и температуры ЗИД-1, который может быть опущен в скважину в кольцевой зазор не менее 20 мм. В зависимости от модификации скважинного снаряда возможно измерение температуры и одного из следующих давлений: - жидкой (газообразной) фазы среды, - твердой фазы среды, - полное давление [3]. Давление и температура в виде электрических сигналов передаются к наземной регистрирующей аппаратуре по каротажному геофизическому кабелю. Наличие канала связи позволяет осуществлять контроль в реальном времени, а также передачу информации от датчика, который невозможно извлечь назад из среды измерений (например, датчик в цементном камне заколонного пространства), однако существенно усложняет тарировку датчиков и, главное, спуск в скважину. К тому же стоимость каротажного кабеля превышает стоимость самого спускаемого в скважину снаряда. Для исключения проблемы канала связи в тех технологических ситуациях, где это допустимо, для расширения области применения был разработан автономный погружной внутрискважинный измеритель давления и температуры ВИД-1 [4; 5], представляющий собой металлический цилиндр диаметром 32 и длиной 1200 миллиметров. Управление опросом датчиков давления и температуры и записью считанных данных в память выполняет электронная схема, собранная на стандартных дискретных логических элементах. Пределы измерения давления от 20 до 400 атм., температуры – от 20 до 80 градусов. Предел допускаемой основной приведенной погрешности в процентах от верхнего предела измерений по давлению 2 %; по температуре – 1,5 %. Интервал времени между записями в память показаний датчиков устанавливается перед запуском прибора и может составлять 2 сек.,4 сек., 8 сек., 16 сек., 1 или 2 минуты. Спуск измерителя может быть осуществлен на проволоке через лубрикатор в фонтанные скважины, либо его креплением непосредственно на насосно-компрессорных трубах и спуском-подъемом во время плановых ремонтов. Время пребывания измерителя в скважине определяется емкостью запоминающего устройства, интервалом между измерениями, емкостью источника питания и может составлять до 7 суток. Запоминающее устройство имеет автономное питание и сохраняет информацию даже при отключении основного источника. Развитие технологий производства электронных компонентов позволило разработать модернизированный вариант внутрискважинного измерителя давления и температуры. В модернизированном ВИДе опросом датчиков давления и температуры управляет микроконтроллер. В качестве датчика давления использован 10-битный цифровой температурный датчик фирмы Analog Devices AD7416, позволяющий измерять температуру в интервале –40 ºС ¸ +125 ºС с погрешностью ±2 ºС. Датчик имеет встроенный последовательный интерфейс для связи с микроконтроллером. Генератор датчика давления собран на двух транзисторах по стандартной схеме LC генератора. Индуктивность L1 является обмоткой магнитоупругоферритового сердечника – чувствительного элемента датчика давления. В качестве элементов памяти используются электрически перепрограммируемые элементы памяти фирмы Atmel AT24C256 объемом 256 Кбайт. Прибор позволяет применять элементы памяти любого объема в количестве до 4 элементов. Элементы памяти работают в диапазоне температур –55 ºС¸125 ºС, выдерживают не менее 100000 циклов записи, сохраняют данные после снятия напряжения питания не менее 40 лет и имеют встроенный последовательный интерфейс для связи с микроконтроллером. В качестве микроконтроллера управления используется микроконтроллер фирмы Atmel Attiny12, способный работать в диапазоне температур –40 ºС¸ +85 ºС (в промышленном исполнении). Микроконтроллер работает в диапазоне частот 0±4 Мгц, потребляя при этом на частоте 4 Мгц в активном режиме не более 2,2 Ма, а в режиме пониженного энергопотребления 0,5 Ма. Микроконтроллер имеет встроенную флэш-память объемом 1 Кбайт для хранения микропрограммы управления. На рисунке 1 приведена схема модернизированного ВИД. Рисунок 1 – Схема модернизированного ВИД Модернизированный ВИД выполнен в виде металлического цилиндра диаметром 25 мм и длиной 500 мм. После подъема измерителя из скважины он подключается к компьютеру, осуществляется считывание информации из запоминающего устройства, восстановление по тарировочным характеристикам датчиков кривых изменения во времени давления и температуры. Дальнейшая интерпретация осуществляется совместно с геологическими службами НГДУ. Устройство подключается к компьютеру через LPT-порт, считывание и запись информации обеспечивает драйвер. Интервалы и порядок опроса датчиков определяются записью в память устройства специальных коэффициентов. Модернизированный ВИД обладает следующими преимуществами: - большой диапазон объема электронной памяти позволяет проводить измерения в течение длительного времени; - пониженное энергопотребление и наличие режимов "засыпания" позволяют обходиться стандартными элементами питания, что удешевляет стоимость эксплуатации; - меньшие габариты прибора расширяют диапазон условий применения измерителя; - программируемый способ задания параметров измерения позволяет в широких пределах изменять режимы опроса датчиков и записи считанных данных. Список литературы 1. Видовский, Л. А. Опыт автоматизации с помощью микро-ЭВМ термобарометрических исследований скважин / Л. А. Видовский, В. Ю. Калашников // Азербайджанское нефтяное хозяйство. – 1987. – № 5. – С. 15–20. 2. Видовский, Л. А. Автоматизированная система сбора информации о термобарометрических режимах скважин / Л. А. Видовский, А. Е. Цуприков, В. Ю. Калашников. – Краснодарский ЦНТИ, 1986. – Информ. листок № 83–86. – 3 с. 3. Видовский, А. Л. Методика измерения давления и температуры в зацементированной части заколонного пространства скважины аппаратурой ЗИД-1 / А. Л. Видовский. – Краснодар : ротапринт ВНИИКРнефти, 1975. – 45 с. 4. Видовский, Л. А. Метрологические характеристики и промысловые испытания внутрискважинного измерителя давления и температуры ВИД-1 / Л. А. Видовский, В. Н. Параскевов // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. – Краснодар : КубГАУ, 2003. – № 01(1). – Режим доступа: http://www.ej.kubagro.ru/2003/01/17/p17.asp. 5. Видовский, Л. А. Автономный прибор для измерения давления и температуры в скважинах / Л. А. Видовский, В. Н. Параскевов, П. Т. Ничепуренко // Труды Кубанского государственного технологического университета. – 2002. – Вып. 9. |
Научный электронный журнал КубГАУ . № 06(14), 2005 |