Рязанцев Антон Эдуардович Заместитель начальника отдела внедрения новой техники НППГА «Луч»

С точки зрения геологии информация о дебитах скважин, получаемая при помощи систем расходометрии, необходима для построения гидродинамических моделей резервуара, а также интерпретации параметров насосных систем. И наконец, в части решения фискальных задач расходометрия дает точный учет продуктивности отдельно взятых скважин и месторождения в целом.

СУЩЕСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ ЗАМЕРНЫХ УСТАНОВОК

Сегодня на нефтяных и газовых месторождениях применяются различные схемы замерных установок. Самая примитивная из них — это схема с установкой одного высокоточного многофазного расходомера на группу скважин (рис. 1). Сразу отметим, что для получения информации по отдельно взятым скважинам данная схема совершенно не пригодна, и это ее основной недостаток.

Для решения проблемы, как правило, используется схема, в которой каждая скважина по очереди подключается к высокоточному расходомеру, в то время как все остальные пускаются через байпасную линию (рис. 2). Поскольку в данном случае переключения производятся по расписанию, то есть независимо от того, возникают ли какие-либо изменения в системе добычи или нет, то первым и основным недостатком этой схемы стоит считать высокий и необоснованный износ гидравлического коммутатора. Более того, при таких переключениях выпадают целые интервалы данных. Как следствие, теряется информация об изменениях в системе добычи и возникают существенные ошибки при вычислении продуктивности скважин.

Для иллюстрации работы переключаемой по расписанию системы на рис. 3 приведена временная развертка дебита газа для виртуального куста из 16 скважин за временной промежуток, равный 4000 минут. В течение этого времени произошло 36 событий — резких смен дебитов газа. Замерная система последовательно «опрашивала» скважины с интервалом в 100 минут. Таким образом, всего было выполнено 40 переключений. Из 36 событий переключаемая по расписанию система смогла зарегистрировать точный момент возникновения всего четырех — то есть порядка 10%. При отсутствии информации о моментах изменения продуктивности скважины (в данном случае выполняется только линейная интерполяция по крайним точкам) погрешность при измерении дебита составила около 10-20%.

СИСТЕМА КУСТОВОЙ РАСХОДОМЕТРИИ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПО СОБЫТИЯМ

Система кустовой расходометрии необходима для обнаружения изменений в системе добычи и учета продуктивности скважин. Разумеется, если никаких изменений не происходит, то и продуктивность не меняется. И в этом смысле правильно было бы дополнить предыдущую замерную схему некими индикаторами потока, устанавливаемыми на каждую скважину куста и фиксирующими момент возникновения изменений (событий). При возникновении события на скважине система автоматически переключается на высокоразрешающий расходомер для выполнения более точных замеров. При этом в качестве индикаторов потока могут использоваться как расходомеры с низким разрешением и простой конструкцией, так и простые термобарометрические или акустические датчики (рис. 4).

Пример работы расходометрической системы с переключениями по событиям показан на рис. 5, где представлена временная развертка дебита для одной из скважин из ранее рассмотренного куста. Видно, что за временной интервал 4000 минут дебит скважины изменился три раза.

За точный дебит скважины были приняты показания референтного расходомера. Далее была смоделирована работа устьевого расходомера, обладающего низкой разрешающей способностью. Динамический диапазон дебита был дискретизирован с шагом, соответствующим разрешению расходомера. Это позволило вычислить приращения дебитов, замеренных устьевым расходомером (отмечены синим цветом).

Из представленного графика следует, что существует четкое условие, означающее наступление события (смену дебита скважины). Очевидно, что разрешение устьевых расходомеров следует выбирать исходя из характера события, которое мы ожидаем и хотим отслеживать на скважинах. Зная же точные моменты изменения дебитов, можно с точностью вычислять продуктивность каждой скважины.

КОЛИЧЕСТВЕННОЕ СРАВНЕНИЕ ЗАМЕРНЫХ СИСТЕМ

Количественное сравнение замерных систем можно выполнять с позиций теории информации, которая гласит, что любая измерительная система получает информацию об объекте измерения, в то время, как любые изменения объекта несут в себе определенный поток информации. На практике же измерительные системы способны воспринимать только часть этой информации. Поэтому для их сравнения следует вычислять потери информации, как разницу между полным потоком генерируемой информации (от референтного расходомера) и воспринимаемой измерителем. Вычисление потерь выполняется по формуле:

К варьируемым параметрам относятся временной шаг (∆tFM) и разрешение измерителя (δFM), а также функция восприятия информации (η(t,δFM)), учитывающая наложение событий (когда возникает конкуренция при обслуживании запроса). Для вычисления потока информации будем оперировать понятием энтропии как битовой емкости символа, кодирующего значение измерения при заданном разрешении прибора и динамическом диапазоне измеряемой величины. Таким образом, получается, что для кодировки любого числа от 0 до 100 с точностью 1% необходимо всего лишь 7 бит (двоичных знаков).

Для примера приведем две категории событий, которые могут возникать на газоконденсатном месторождении. Первая категория (сервисные мероприятия) включает в себя изменение диаметра штуцера, добавление новой скважины или остановку действующей, а также испытание и обслуживание скважины. Ко второй категории (аварийные ситуации) относятся: прорывы воды и/или газа, поломки скважинного оборудования, образование гидратов в скважине или шлейфе, конденсатное запирание скважины и разгерметизация шлейфа.

Для распознавания событий необходима специальная экспертная система, толерантная к разного рода шумам и некорректным входным данным, возникающим как в результате геологической и/или технологической нестабильности, так и по причине человеческого фактора (при сборе информации или обслуживании месторождения).Для реализации заявленной схемы мониторинга предполагается разработка специальных программных решений предварительной фильтрации данных от измерителей с последующим распознаванием событий с помощью классических алгоритмов, основанных на построении корреляций в измеряемых данных и/или определении фрактальных характеристик временных зависимостей, а также новейшего алгоритма на основе функции конкурентного сходства. Несмотря на то, что ряд перечисленных событий представляет собой регламентированные сервисные мероприятия на месторождении, мы считаем целесообразным независимое обнаружение подобных ситуаций средствами мониторинга.

ВЫВОДЫ ПО ИТОГАМ СРАВНЕНИЯ СХЕМ РАСХОДОМЕТРИИ

Подводя итог, отметим, что несмотря на высокую отказоустойчивость (в силу отсутствия переключаемых частей) самая примитивная схема расходометрии не годится для решения ряда задач, поскольку не позволяет получать информацию о продуктивности отдельных скважин.

Схема расходометрии с переключениями по расписанию широко применяется на месторождениях, но в целом занимает промежуточное положение. Точность измерений определяется возможностями кустового расходомера, однако при переключениях по расписанию теряется ценная информация об изменениях в системе добычи, вносятся ошибки в учет продуктивности скважин, и наконец, необоснованно изнашивается гидравлический переключатель.

Таким образом, самую выгодную позицию занимает последняя схема расходометрии — с переключениями по событиям. В данной схеме переключения производятся только при обнаружении какого-либо изменения в системе добычи, что сводит вмешательства в поток и износ гидравлического коммутатора до необходимого минимума. Отслеживание смен режимов делает более точным учет продуктивности скважин. Наконец, еще одной сильной стороной данной схемы также можно назвать высокую информационную емкость и самое выгодное соотношение точности измерений и стоимости технического решения (табл. 1).

На рис. 6 и 7 представлен действительный газовый дебит, а также дебит, измеренный при помощи систем с переключением по расписанию и по запросу (для каждой скважины и суммарный по кусту). В табл. 2 для каждой системы приведены верхняя, нижняя и полная разницы дебитов для нескольких скважин.