ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ
УДК 621.3.049: 621.3.088.7
© Коллектив авторов, 2014
Оценка точностных характеристик параметров контроля угловых отклонений установочных площадок начальной ориентации тилтметров при проведении гидроразрыва пласта
Г.А. Цветков, д.т.н.,
Г.П. Хижняк, д.т.н,
(Пермский национальный
исследовательский
политехнический университет),
А.В. Шумилов, к.т.н,
(ОАО «Пермнефтегеофизика»),
И.А. Черных
(ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь»)
Адрес для связи: zvetkov71043@mail.ru
Ключевые слова: измерительные навигационные головки, тилтметр, скважина, неточность координат и ориентация приемников, акселерометр, ориентация, пространственные угловые отклонения от горизонта и по азимуту, азимутальное рассогласование установочных площадок под приборы контроля и диагностики развития трещин.
Estimation of accuracy characteristics of the control parameters of angular deviations of the tiltmeters initial orientation installation sites during hydrofracturing
G.A. Tsvetkov, G.P. Khizhnyak
(Perm National Research Polytechnic University, RF, Perm), A.V. Shumilov (Permneftegeofizika OAO, RF, Perm), I.A. Chernykh (LUKOIL-PERM LLC, RF, Perm)
E-mail: zvetkov71043@mail.ru
Key words: measuring navigation heads, tiltmeter , well, coordinates inaccuracy and receiver orientation, accelerometer , orientation, spatial angular horizon and azimuth deviation, azimuth mismatch of installation sites for equipment of monitoring and diagnostics of cracks development.
The problem of creating an automated measurement system using instruments and inertial navigation means , allowing to increase the accuracy of measurement of the angular mismatch of installation sites for scientific equipment , taking into account the dynamic measurement error, is considered on the basis of the executed research , hydrofracturing parameters control analysis . Enhancing the functionality of the measuring system is achieved by an additional measurement of spatial angular deviations, the angle of azimuthal mismatch of installation sites. The estimation of the accuracy characteristics of spatial angular deviations of installation sites for equipment for well logging from calibration errors, installation inaccuracy, tilt angles, incorrect initial orientation of devices.
Проведение гидроразрыва пласта (ГРП) нацелено на максимальное увеличение его проницаемости и площади дренирования без выхода создаваемой системы трещин за пределы пласта. При этом должен быть обеспечен контроль процесса ГРП и управление его направленностью в режиме реального времени. Наиболее эффективными методами, решающими указанную задачу, являются регистрация микросейсмов и измерение углов деформации отложений (tilt measuring). Измерение углов деформации выполняется высокочувствительными тилтметрами, обработка данных с помощью программного обеспечения, основанного на результатах теоретических и модельных исследований, проводится в режиме реального времени.
В данной работе на основании анализа материалов зарубежных [1] и отечественных [2-6] источников контроль ГРП в режиме реального времени осуществляется путем измерения возникающих при образовании трещин микросейсмов и углов деформации окружающей среды. В настоящее время данный метод является единственным способом непосредственной оценки области распространения трещин, их размера и ориентации. Эти измерения в режиме реального времени создают предпосылки для управления процессом распространения трещин в коллекторе, но имеют определенные ограничения и требуют совершенствования.
Измерение углов деформации
Измерение углов деформации (см. рисунок) осуществляется наклономером, или тилтметром. Каждый тилтметр имеет два сенсора, измеряющих угол наклона в двух взаимно перпендикулярных направлениях X и Y. Чувстви-
тельность сенсоров высока и составляет единицы нанора-диана, т.е. (5,7-10-8)°. Измерения тилтметрами проводятся как на поверхности, так и в наблюдательной скважине, расположенной вблизи от рабочей скважины, в которой проводится ГРП. Тилтметры распределяются с определенным шагом в интервале, охватывающем сверху и снизу область предполагаемого развития трещин, и прижимаются к колонне с помощью стандартных пружинных центраторов или магнитов.
К установке приборов предъявляются следующие требования: во-первых, исходное положение обоих сенсоров должно отвечать нулевым показаниям; во-вторых, взаимно перпендикулярные оси измерения (X и У) должны быть точно ориентированы относительно стран света. Увеличение размера трещины приводит к положительному или отрицательному наращиванию угла деформации в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Внешние помехи. Наблюдаемое в процессе гидроразрыва изменение углов деформации осложнено внешними помехами, которые особенно сильно проявляются при наземных измерениях, характеризующихся слабыми сигналами. К таким помехам относятся, например, пики изменения углов деформации, вызванные низкочастотными колебаниями оснований, проездом одиночных груженых грузовиков, а также более плавные изменения, связанные с движением железнодорожных составов, значительные периодические изменения вследствие приливных явлений в земной коре и изменения уровня грунтовых вод при их отборе. Все возможные виды помех необходимо определять до начала измерений, чтобы выделить их при обработке данных.
Ошибки в картировании тилтметрами системы трещин [1, 2] могут быть объединены в две основные груп-
Результаты измерения углов деформации (по материалам работы (1)):
а - измерение двухкомпонентным тилтметром: 1, 2 - соответственно начало и конец нагнетания жидкости разрыва; 3, 4 - изменение углов деформации по осям X и У соответственно до, в процессе и после нагнетания жидкости разрыва; б - характер внешних помех: 1 - изменение угла деформации, вызванное приливными явлениями; 2 - помехи, вызванные проездом груженого транспорта; в - оценка неопределенности результатов измерения: 1 - истинное положение вектора угла деформации; 2 - вектор случайной ошибки измерения; 3 - результат измерения, искаженный случайной помехой; 4 - область неопределенности; г - схема расположения результатов на планшете: 1, 2 - соответственно поперечная и продольная трещина; 3 - точки расположения тилт-метров; 4 - направление ствола горизонтальной скважины
пы: ошибки измерения и ошибки модели. Первые включают ошибки калибровки, неточности установки и неправильную начальную ориентацию тилтметров, низкочастотные колебания, внешние помехи, т.е. другие, кроме образования трещин, причины деформации поверхности. Суммарное действие ошибок измерения и моделирования приводит к неопределенности результатов картирования трещин (см. рисунок, е).
Оценка неопределенности результатов картирования, вызванная ошибками разного рода, осуществляется методом Монте-Карло на основе представлений, что каждое измерение деформации тилтметром содержит случайные ошибки, величина которых оценивается экспериментально.
Приборы регистрации и измерения
микросейсмов
Регистрация микросейсмов, возникающих в рабочей скважине, осуществляется трехкомпонентными гидрофонами или акселерометрами, которые помещаются в соседнюю наблюдательную скважину на разных уровнях либо на поверхности над зоной ГРП.
Вертикальное размещение комплекта приемников в наблюдательной скважине должно охватывать зону ГРП сверху и снизу, что позволяет оценить распространение трещин и вверх, и вниз. Такое условие в наблюдательной скважине не всегда достижимо по техническим причинам. Приемники могут быть размещены в вертикальных и наклонно направленных скважинах, а также в горизонтальном стволе, куда они вводятся специальными средствами, например с помощью скважинного трактора.
Эффективность регистрации микросейсмов зависит от характеристик приемников. Точечный источник микро-сейсма возбуждает в однородной изотропной среде продольные и поперечные волны, которые регистрируются в наблюдательной скважине или на поверхности каждым
трехкомпонентным приемником с ортогональными осями X, Y, X. Для правильного определения местонахождения источника микросейсма необходимо точно знать акустическую скорость среды и ориентацию приемников, расположенных в скважине или на поверхности.
Горизонтальные скорости обычно определяются одновременно с определением ориентации приемников путем регистрации мощного акустического сигнала, направленного в приемники из точки с известными координатами. Источником сигнала может быть, например, перфорация, проведенная на заданной глубине в рабочей скважине. Соотношение сигналов, зарегистрированных каждым приемником, дает возможность установить, как ориентированы сенсором оси приемников X, Y, X относительно направления на источник сигнала.
Измерение микросейсмов. Локализация серии микросейс-мов, возникающих в процессе проведения ГРП, осуществляется на основе алгоритмов, обрабатывающих комплекс измеряемых и априорных данных. К числу измеряемых данных относятся время вступления и амплитуды продольных и поперечных волн, фаза и другие характеристики. Априорные данные включают скоростную характеристику среды между контрольной скважиной и зоной ГРП, координаты наблюдательных скважин, их угол и азимут наклона, а также ориентацию осей приемников.
Оценка неопределенности положения источника
микросейсма
В работе [1] приводятся основные компоненты неопределенности и способы их устранения или подавления:
- неопределенность траектории скважины, обусловленная неточностью углов наклона и азимута наблюдательной и рабочей скважин;
- неопределенности, вызванные неточностью координат и ориентации приемников;
- неопределенность диаграмм направленности, к которой приводит низкое отношение сигнала к шуму и неоднородность среды вблизи приемников;
- неопределенность регистрации моментов вступления, вызванная в основном низким отношением сигнал/шум;
- неопределенности инверсии, связанные с идеализацией модели и принятыми в алгоритме допущениями; неопределенности скоростной модели среды, в основном влияющие на точность локализации источника микросейсма.
Совместное рассмотрение данных картирования трещин, полученны
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.