Đề tài Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện các hệ thống tự động hóa quá trình khai thác dầu khí ở Việt Nam

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện các hệ thống tự động hóa quá trình khai thác dầu khí ở Việt Nam

1. Bé quèc phßng Häc viÖn kü thuËt qu©n sù === B¸o c¸o tæng kÕt KHKT ®Ò tµi nghiªn cøu cÊp nhµ n−íc Nghiªn cøu ph¸t triÓn vµ hoµn thiÖn c¸c hÖ thèng tù ®éng hãa qu¸ tr×nh khai th¸c dÇu khÝ ë viÖt nam M∙ sè kc 01.14 Chñ nhiÖm ®Ò tµi: TS. Ph¹m Hoµng Nam 6170 03/11/2006 Hµ Néi – 11/2003
2. DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI KC.03.14 Đề tài: Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện các hệ thống tự động hóa quá trình khai thác dầu khí ở Việt Nam. Chủ nghiệm đề tài: Đại tá - Tiến sỹ Phạm Hoàng Nam. Các thành viên tham gia đề tài: 1. TS Nguyễn Bắc Hà. Thực hiện các nội dung: 1, 2.1 ÷2.4.1, 2.4.3, 3.1, 3.4.1, 4.1÷4.4. 2. KS Lữ Văn Thắng. Thực hiện các nội dung: 2.4.2, 3.1, 3.2, 3.3, 3.5, 3.6, 3.7, 4.3.2. 3. KS Đỗ Văn Huỳnh. Thực hiện các nội dung: 2.4.3, 3.4, 4.2, 4.3.1. 4. KS Trần Ngọc Hân. Thực hiện các nội dung: 1.3, 2.4.2. 5. KS Vũ Dũng Kỳ. Thực hiện các nội dung: 2.3.2, 4.3.1. CƠ QUAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Phạm Hoàng Nam Trang i
3. DANH SÁCH HỘI ĐỒNG KHCN CẤP NHÀ NƯỚC Nghiệm thu đánh giá, nghiệm thu đề tài nghiên cứu khoa học (Kèm theo Quyết định số 1119/QĐ-BKHCN ngày 25 tháng 6 năm 2004 của Bộ trưởng Bộ KH&CN) Số Họ và tên, Chuyên Chức danh Tiếp nhận TT Học hàm và học vị ngành trong HĐ giấy mời và tài liệu 1 PGS. TSKH Phạm Thượng Cát Tự động hóa Chủ tịch Hội đồng 2 PGS. TSKH. Nguyễn Công Định Công nghệ Phản biện 1 TT 3 KS. Nguyễn Xuân Dịnh Địa vật lý Phản biện 2 4 GS. TSKH. Ngô Văn Bưu Địa vật lý Ủy viên 5 TSKH. Nguyễn Anh Tuấn Công nghệ Ủy viên điện tử 6 PGS. TS. Nguyễn Thị Việt Điện tử viễn Ủy viên Hương thông 7 KS. Trịnh Đình Đề Tự động hóa Ủy viên 8 TSKH. Phạm Quang Bắc Tự động hóa Ủy viên 9 TS. Trần Văn Biển Công nghệ Ủy viên điện tử
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập –Tự do – Hạnh phúc BẢN NHẬN XÉT ĐỀ TÀI Tên đề tài: “Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện các thống tự động hoá quá trình khai thác dầu khí ở Việt nam” Mã số: KC-03.14. Cấp quản lý đề tài: Đề tài cấp nhà nước Chủ nhiệm đề tài: TS Phạm Hoàng Nam Người nhận xét: KS Nguyễn Xuân Dịnh Đơn vị công tác: Vụ Năng lượng – dầu khí, Bộ Công nghiệp Vào những năm 1990, ngành dầu khí Việt nam sử dụng các thiết bị kiểm tra- đo lường tương tự chủ yếu của Liên xô chế tạo nên rất khó khăn cho quá trình xử lý và lưu trữ số liệu. Các thiết bị đo lường số dùng cho ngành thăm đò dầu khí do các nước tư bản sản xuất phải mua với giá rất cao. Để tận dụng khả năng nguồn lực trong nước Xi nghiệp Liên doanh Dầu khí VietsovPetro (VSP) đã phối hợp với Công ty AIC nghiên cứu thành công và đưa vào sử dụng một số sản phẩm: Trạm Carota khí GLS –1094; trạm Carota điện ALS-01,02,03; hệ thống kiểm thử dùng cho máy đo địa vật lý giếng khoan. Các sản phẩm nêu trên thường xuyên được hoàn thiện, đã đưa vào sử dụng và đạt được hiệu quả. Tuy nhiên, trước nhu cầu ngày càng tăng trong ngành dầu khí Việt nam, Nhà nước cũng đã coi việc nghiên cứu phát triển và chế tạo các thiết bị đo lường cho ngành dầu khí như một nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa. CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Đề tài KC-03.14 thực hiện việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các hệ thống thiết bị đo lường cho ngành địa vật lý nhằm phục vụ các quá trình đo giếng hở, thử vỉa và kiểm tra khai thác. Với ba nội dung lớn sau đây: - Nghiên cứu, nâng cấp trạm đo Carota điện SODESEP. - Nghiên cứu thiết kế trạm thử vỉa. - Nghiên cứu nâng cấp các máy giếng kiểm tra khai thác thuộc họ máy Computalog. 1
5. Kết quả nghiên cứu của đề tài được thể hiện trong báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật (73 trang) và phần phụ lục bao gồm các tài liệu kỹ thuật của sản phẩm. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật gồm phần mở đầu, 3 chương, kết luận và phụ lục. Chương I đưa ra kết quả nghiên cứu nâng cấp trạm đo Carota điện Sođesep, chương II là kết quả nghiên cứu trạm thử vỉa, chương III đề cập tới việc nâng cấp các máy giếng kiểm tra khai thác thuộc họ Computalog. Phần phụ lục bao gồm: 1. Tài liệu kỹ thuật hệ thống thiết bị trạm đo Sodesep; 2. Hướng dẫn sử dụng hệ thống thiết bị nâng cấp trạm đo Sodesep; 3. Bảng tra hệ số tính lưu lượng dầu khí 4. Tài liệu kỹ thuật trạm thử vỉa AWT-01 5. Hướng dẫn sử dụng trạm thử vỉa AWT-01 6. Tài liệu kỹ thuật hệ thống thiết bị trạm đo kiểm tra khai thác Computalog, trong đó có: - Máy giếng đo đường kính ống chống- Computalog; - Máy giếng đo hàm lượng nước- Computalog; - Máy giếng đo lưu lượng - Computalog; - Máy giếng đo mật độ chất lỏng-Computalog; - Máy giếng đo áp suất- Computalog; - Máy giếng đo gammaray- Computalog - Máy giếng đo nhiệt độ - Computalog - Máy giếng Telemetry- Computalog; - Thiết bị bề mặt phối ghép với máy giếng- Computalog. 7. Hướng dẫn sử dụng hệ thống thiết bị trạm đo kiểm tra khai thác Computalog. 8. Các báo cáo khoa học tại các hội nghị khoa học và đăng ở tạp chí KHKT. 9. Các biên bản nghiệm thu kỹ thuật các hệ thống thiết bị của đề tài. Sản phẩm của đề tài bao gồm: 1. Trạm đo Carota điện Sodesep được nâng cấp, tài liệu kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng; 2. Trạm thử vỉa được thiết kế chế tạo mới, tài liệu kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng; 3. Các máy giếng kiểm tra khai thác thuộc họ máy giếng Computalog được nâng cấp, tài liệu kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng; Kèm theo các thiết bị là hệ thống phần mềm đo và điều khiển thiết bị. 2
6. ĐÁNH GIÁ: Sau khi nghiên cứu toàn bộ hệ thống tài liệu, tham gia kiểm tra các sản phẩm của đề thông qua các văn bản nghiệm thu và đánh giá sản phẩm, người phản biện có những nhận xét sau đây: a. Về ý nghĩa khoa học của đề tài: - Nội dung của đề tài là một nhu cầu thực tiễn, phù hợp với hướng phát triển của kỹ thuật điều khiển, lý thuyết thông tin và đo lường; phương pháp nghiên cứu hiện đại, hợp logic và có luận cứ khoa học. - Các nhiệm vụ của đề tài đặt ra và thực hiện dựa trên cơ sở phân tích những thành tựu mới nhất trong lĩnh vực tìm kiếm và khai thác dầu khí, phân tích ưu nhược điểm của phương án cũ đã sử dụng trước đó để đề xuất các giải pháp kỹ thuật thích hợp, khắc phục được nhược điểm và tận dụng ưu thế của kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin và đo lường. - Cải tiến và thay thế các thiết bị trong trạm đo Carota điện Sodesep đòi hỏi quá trình phân tích chức năng và khai thác nguyên lý của trạm và các mạch điện theo sơ đồ điện nguyên lý, phân tích và xây dựng chương trình điều khiển, đo lường và truyền dữ liệu phù hợp với thế hệ máy tính mới. Ở đây đã tạo thêm chức năng tự kiểm tra hệ thống, chương trình chạy trên môi trường Window. - Trạm thử vỉa AWT-01 và 09 thiết bị đo trong máy giếng là những sản phẩm mới của đề tài. Cấu trúc hệ thống đo lường được xậy dựng trên cơ sở sơ đồ cấu trúc truyền thống. Điều khác biệt ở đây là lựa chọn các sensor và linh kiện thích hợp làm việc ở môi trường đo khắc nghiệt, đặc biệt ở nhiệt độ cao, tại môi trường này giải pháp chống sét, chống cháy nổ mà đề tài đã thực hiện là rất cần thiết. Chương trình WELL TETS và GEODB là một nội dung mới của đề tài, trong đó chương trình phân tích dữ liệu, tính và hiệu chỉnh thông số mô hình vỉa mang ý nghĩa thực tiễn. - Thay thế các loại máy đo, xây dựng chương trình tự động hoá quá trình đo và xử lý số liệu, nâng cấp hệ thống đo xa là một trong những nội dung mới mẻ của đề tài trong hệ thống máy giếng. b. Đóng góp thực tiễn của đề tài: - Nhiệm vụ của đề tài KC-03.14 xuất phát từ đòi hỏi thực tiễn ngành dầu khí Việt nam. Sản phẩm mà nhóm đề tài tạo ra đã được ứng dụng có kết quả tại các giàn khoan dầu khí VietsovPetro, góp phần nâng cao hiệu quả nghiên cứu và sản xuất. - Các tài liệu kỹ thuật, hướng dẫn sử dụng, chương trình đo lường và điều khiển được soạn thảo khá chuyên nghiệp giúp cho kỹ sư và chuyên gia ngành dầu khí dễ dàng khai thác và sử dụng trạm đo Carota điện Sodesep, trạm thử vỉa và hệ thống máy giếng họ Computalog. 3
7. KẾT LUẬN CHUNG: Đề tài KC-03.14 đã thực hiện tốt các nội dung nghiên cứu nêu trong thuyết minh kỹ thuật của hợp đồng nghiên cứu khoa học số 289/HĐNC đã ký giữa Ban chủ nhiệm chương trình KC-03 và Học viện kỹ thuật quân sự. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đã mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong lĩnh vực kinh tế mũi nhọn – ngành thăm dò và khai thác dầu khí. Kết quả nghiên cứu là sản phẩm khoa học kỹ thuật đầu tiên trong nước thuộc lĩnh vực này. Bản tóm tắt báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật của đề tài phản ánh đầy đủ và trung thực nội dung khoa học của đề tài. Căn cứ vào mục tiêu tiêu và đặt ra, nhóm đề tài KC-03.14 đã hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ đã đăng ký. Đề nghị Hội đồng nghiệm thu kết quả của đề tài KC-03.14. Hà Nội, ngày 26 tháng 7 năm 2004 Người nhận xét KS Nguyễn Xuân Dịnh 4
8. Nội dung nhận xét I.Các nội dung nghiên cứu của đề tài: Các thiết bị phục vụ ngành dầu khí thuộc loại thiết bị công nghệ cao với khả năng thích ứng tốt với môi trường làm việc khắc nghiệt (nhiệt độ 1600C- 1700C, áp suất 17000psi-20000psi). Trong những năm 1985-1990 ngành dầu khí Việt nam sử dụng các thiết bị đo lường chủ yếu của Liên xô cũ dựa trên kỹ thuật tương tự, việc đo và xử lý số liệu chưa được tự động hoá, thường thao tác thủ công, tốn kém nhân lực và thời gian. Các thiết bị hiện đại của các nước tư bản phát triển phải mua bằng ngoại tệ với giá cao và càng trở nên khó khăn hơn khi đất nước ta bị cấm vận. Vì vậy, hướng nghiên cứu và triển khai của đề tài KC- 03.14 về phát triển và hoàn thiện các hệ thống tự động hoá trong ngành khai thác dầu khí là một trong những chương trình trọng điểm của Nhà nước về lĩnh vực Tự động hoá, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong ngành khai thác dầu khí tại Việt nam. Đề tài KC- 03.14 đã thực hiện một khối lượng công việc nghiên cứu và thiết kế, xây dựng các thiết bị tự động hoá khá lớn với 3 cụm công việc chính như sau: Nghiên cứu nâng cấp trạm đo Carota điện SODSEP. Nghiên cứu, thiết kế. chế tạo trạm thử vỉa. Nghiêncứu nâng cấp các máy giếng kiểm tra khai thác thuộc họ máy Computalog. Các nội dung công việc của đề tài đều tập trung tự thiết kế, chế tạo hoặc cải tiến nâng cấp các hệ thống thiết bị tự động hoá đo lường, xử lý số liệu phục vụ ngành khai thác dầu khí từ quá trình thăm dò, xác định trữ lượng đến quá trình thăm dò dầu khí, đo giếng mở. Trạm thử vỉa chuyên dùng để xác định các thông số của vỉa trước khi đưa giếng vào khai thác và các máy giếng đo kiểm tra khai thác sẽ thường xuyên đo lường và kiểm tra các giếng đang được khai thác giúp cho quá trình tối ưu hoá chế độ khai thác giếng. II. CÁC KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT: Các kết quả nhận được của đề tài KC-03.14 được trình bày chi tiết trong tập báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật của đè tài, quyển báo cáo tóm tắt và các tài liệu được công bố khác như các bài báo, báo cáo khoa học tại các hội nghị khoa học tại Học viện KTQS, trên tạp chí Khoa học và Công nghệ (thuộc Trung tâm KHTN & CNQG). Các kết quả chính mà đề tài đạt được trong các nội dung nghiên cứu như sau: Nghiên cứu nâng cấp trạm Carota điện Sodesep: -Đây là nội dung nghiên cứu lần đầu tiên được đặt ra ở trong nước do việc nâng cấp hệ thống trên mà dựa vào các hãng của nước ngoài đòi hỏi kinh phí rất lớn và đồng thời cần tự nắm bắt dựoc kỹ thuật công nghệ của các thiết bị tương tự, tiến đến chủ động trong cải tiến, thiết kế, chế tạo các thiết bị tự động hoá đo lường, xử lý số liệu trong ngành khai thác dầu khí. -Việc nâng cấp trạm đo này được giữ nguyên các máy giếng, vỏ trạm và thiết kế chế tạo mới phần thiết bị điện tử trên bề mặt như khối PC Interface, khối đo, hiển thị độ sâu và sức căng, các thiết bị phối ghép và điều khiển máy giếng Telemetry, điều khiển và giải mã cho họ máy đo siêu âm, máy đo CCL, máy đo Gamma Ray, đo độ lệch vỉa, đo phương vị, đo sâu sườn v.v
9. -Để có thể tự động hoá quá trình đo lường và xử lý số liệu của trạm đo Carota điện mới nhóm đề tài đã xây dựng hệ thống các chương trình đo lường và xử lý số liệu cho trạm đo mới gồm các chương trình tạo thành bộ chương trình đo địa vật lý thống nhất GEOLOG được dùng tại Xí nghiệp địa vật lý giếng khoan. -Trạm đo mới được thiét kế tối ưu trên nền các vi mạch chuyên dụng FPGA, phương thức lấy mẫu được cải tiến so với thiết bị cũ và được bổ xung tính năng tự kiểm tra hệ thống. trạm đo mới hoạt động ổn định hơn, không bị treo hệ thống, có độ phân giải, đô chính xác cho phép và đo được các tổ hợp đặc trưng của họ máy đo Sodesep và tương thích với phần mềm cũng như phần cứng của các thiết bị trạm ALS-03M đang sử dụng tại Liên doanh dầu khí Việt xô (VSP). -Trạm đo Carota điện mới do đề tài nâng cấp đã được lắp đặt, hiệu chỉnh và đang hoạt động tốt trên giàn khoan của VSP. Ngoài ra nhóm đề tài có chế tạo một thiết bị bề mặt Demo cho kết quả nghiên cứu nhận được của đề tài. 2. Nghiên cứu thiết kế chế tạo trạm thử vỉa AWT-01: -Trạm thử vỉa chuyên dùng để xác định các thông số của vỉa trước khi đưa giếng vào khai thác và tại thời điểm nghiên cứu của đề tài VSP cũng chỉ có các thiết bị rời rạc của Liên xô cũ mà vẫn chưa có hệ thống thử vỉa được tích hợp phần mềm tự động hoá đo lường và xử lý số liệu. Trạm thử vỉa mới AWT-01 do đề tài nghiên cứu thiết kế, chế tạo là hệ thống tự động đo lường - xử lý số liệu thử vỉa đầu tiên được thiết kế chế tạo tại Việt nam. -Việc thiết kế chế tạo mới trạm thử vỉa AWT-01 bao gồm bộ biến đổi ADC nhiều kênh, timer và bộ phối ghép vào/ ra số đa kênh signal conditional, máy giếng đo áp xuất đáy, bộ chuyển mạch số đa kênh v.v -Nhóm đề tài đã thiết kế và xây dựng hệ thống phần mềm tích hợp với trạm thử vỉa mới để tự động hoá quá trình đo lường và xử lý số liệu đo. Hệ thống phần mềm được xây dựng bao gồm các module như chương trình Kuster đặt chế độ ghi số liệu, đọc số liệu cho máy đo áp suất đáy, module GlogWT để đo, tính toán và hiển thị các giá trị đo dưới các dạng khác nhau, chương trình GeditWT, module EditData và chương trình Welltest để nhập xuất, xử lý số liệu thử vỉa và in báo cáo. -Trạm thử vỉa mới đã được nhóm đề tài lắp đặt và hiệu chỉnh, đưa vào hoạt động ổn định trên giàn khoan của VSP, đáp ứng được cả yêu cầu về độ chính xác, tính ổn định và thoả mãn cả các yêu cầu về chống cháy nổ khắc nghiệt trên các giàn khoan dầu khí. Các kết quả đo lường của trạm thử vỉa mới có chất lượng hơn hẳn so với phương pháp đo và xử lý thủ công trước đây của các thiết bị được sử dụng tại VSP. 3.Nghiên cứu nâng cấp các máy giếng kiểm tra khai thác thuộc họ máy Computalog: -Đây là nội dung nghiên cứu lần đầu tiên được đặt ra ở trong nước do cần phải có một lượng kinh phí lớn nếu thuê các hãng của nước ngoài cải tiến nâng cấp hệ thống trên cũng như nhằm để nắm bắt và chủ động về công nghệ trong lĩnh vực này. -Nhóm nghiên cứu đề tài đã cải tiến nâng cấp 9 máy đo kiểm tra khai thác họ Coputalog như các máy đo nhiệt độ, áp suất, đo tỷ trọng, đo gamma tự nhiên, đo CCL, đo đường kính ba càng, đo lưu lượng có hướng, đo mật độ nước, máy telemetry và trạm thiết bị bề mặt. Mỗi loại máy đo được nhóm đề tài chế tạo 2
10. máy và thêm một số máy làm thiết bị Demo cho đề tài. Máy Telemetry mới đạt được các tính năng kỹ thuật cao hơn hẳn máy cũ. -Để tự động hoá quá trình đo và xử lý số liệu nhóm đề tài đã xây dựng các chươnh trình phần mềm tương ứng cho các máy đo kiểm tra khai thác họ Computalog và được đóng gói trong bộ phần mềm đo địa vật lý GEOLOG đang được sử dụng tại Xí nghiệp địa vật lý giếng khoan. -Các máy giếng kiểm tra khai thác mới họ Computalog do đề tài thiết kế chế tạo đã được lắp đặt, hiệu chỉnh và sử dụng ổn định tại Liên doanh dầu khí Việt- Xô. III. Kết luận Đề tài KC-03.14 đã hoàn thành tốt các nội dung nghiên cứu đề ra trong thuyết minh của đề tài và trong hợp đồng ký với Bộ KHCN, các kết quả nghiên cứu và các thiết bị sản phẩm của đề tài đang được sử dụng tại Liên doanh dầu khí Việt- Xô là kết quả của quá trình nghiên cứu nghiêm túc và có ý nghĩa khoa học cũng như ý nghĩa thực tiễn cao. Đề nghị cho đề tài đánh giá nghiệm thu ở Hội đồng cấp cấp cơ sở và Hội đồng cấp nhà nước. Người nhận xét Nguyễn Công Định
11. BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HỘI ĐỒNG KH&CN TƯ VẤN ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KH&CN CẤP NHÀ NƯỚC PHIẾU NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC UV phản biện: Ủy viên: 1. Tên đề tài: “Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện các thống tự động hoá quá trình khai thác dầu khí ở Việt nam”. Mã số: KC-03.14 2. Thuộc chương trình: KC-03. 3. Chủ nhiệm đề tài: TS Phạm Hoàng Nam. 4. Cơ quan chủ trì đề tài: Học viện Kỹ thuật Quan sự. 5. Chuyên gia đánh giá: a. Họ và tên chuyên gia: TSKH. Nguyễn Anh Tuấn b. Ngày chuyên gia nhận hồ sơ đánh giá: 23/7/2004 c. Ngày chuyên gia trả hồ sơ đánh giá: 29/7/2004 6. Các chỉ tiêu đánh giá: 6.1 Mức độ hoàn thành khối lượng cơ bản kết quả nghiên cứu của Đề tài so với Hợp đồng: Về số lượng chủng loại các sản phẩm: Đề tài đã thực hiện đầy đủ các mục nêu trong thuyết minh kỹ thuật của Hợp đồng. Cụ thể như sau: - Trạm đo Carota điện Sodesep bao gồm phần cứng, phần mềm, tài liệu kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng của thiết bị. 01 thiết bị Demo cho đề tài. - Trạm thử vỉa bao gồm phần cứng, phần mềm, tài liệu kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng của thiệt bị. - Hệ thống máy giếng đo kiểm tra khai thác họ Computalog bao gồm thiết bị bề mặt, 9 loại máy giếng mỗi loại 2 máy (đã lắp đặt tại VSP) và 3 máy demo cùng toàn bộ tài liệu kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng kèm theo thiết bị. - 03 bài báo khoa học liên quan tới các vấn đề đo lường địa vật lý giếng khoan. Về phương pháp nghiên cứu, báo cáo khoa học, tài liệu công nghệ:
12. - Các nhiệm vụ của Đề tài được đặt ra và giải quyết dựa trên việc phân tích các cấu trúc và nguyên lý đo truyền thống của các hệ thống đo lường Địa vật lý. Phân tích các ưu, nhược điểm của các phương án cũ, kết hợp với việc sử dụng các thành tựu mới của công nghệ thông tin và công nghệ điện tử để đưa ra các thiết kế tối ưu cho các hệ thống thiết bị mới. - Bản báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật của đề tài phản ánh đầy đủ và trung thực nội dung khoa học của đề tài. - Các tài liệu kỹ thuật của các thiết bị phần cứng cũng như các hướng dẫn sử dung thiết bị đã mô tả rất chi tiết sơ đồ nguyên lý cũng như chú giải về chức năng cho phép không chỉ thuận tiện trong việc sử dụng thiết bị mà còn dễ dàng sản xuất hàng loạt các sản phẩm đề tài. 6.2 Giá trị khoa học của các kết quả nghiên cứu của Đề tài: Về tính sáng tạo, tính mới của kết quả nghiên cứu của Đề tài: - Các vấn đề khoa học kỹ thuật đã đặt ra cũng như các sản phẩm của đề tài gồm 3 hệ thống thiết bị và các phần mềm đo lường đi kèm là nội dung nghiên cứu và sản phẩm khoa học lần đầu tiên được nghiên cứu, chế tạo tại Việt nam. - Tất cả các hệ thống thiết bị đều đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra và có một loạt các tính năng vượt trội so với các thiết bị trước khi nâng cấp (như đối với trạm đo Carota điện Sodesep và các máy giếng kiểm tra khai thác Computalog) cả về phần cứng lẫn phần mềm. - Trạm thử vỉa là hệ thống tự động đo lường – xử lý số liệu thử vỉa đầu tiên được thiết kế, chế tạo ở Việt nam. Các kết quả đo của trạm có chất lượng hơn hẳn so với phương pháp đo và xử lý thủ công trước đây. Tình hình công bố các kết quả nghiên cứu của Đề tài: Đề tài đã công bố ba bài báo trên tạp chí KH trong nước. 6.3 Giá trị ứng dụng: - Các kết quả nghiên cứu được cụ thể hóa bằng ba hệ thống thiết bị, chương trình đo, được lắp đặt và sử dụng có hiệu quả tại Xí nghiệp Liên Doanh Dầu khí VietsovPetro. - Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của đề tài, hoàn toàn có thể chế tạo các thiết bị tương tự cho các ngành thăm dò và khai thác khoáng sản khác như nước sạch, than đá 6.4 Đánh giá về tổ chức quản lý, kết quả đào tạo và những đóng góp khác: Qua trình nghiên cứu, chế tạo thành công các hệ thống thiết bị, đề tài cũng đã tự đào tạo và nâng cao trình độ và kinh nghiệm thực tế cho đội ngũ cán bộ của mình.
13. Tuy nhiên do chưa có kinh nghiệm nên việc đào tạo sau đại học cũng chưa đạt được kết quả tốt. Việc sử dụng các thiết bị trong nước sản xuất không chỉ tiết kiệm ngoại tệ, mang lại tính chủ động tích cực trong sản xuất mà còn giúp cho VSP đào tạo được đội ngũ cán bộ kỹ thuật có được những kiến thức cơ bản và chắc chắn hơn về kỹ thuật đo lường và công nghệ thông tin. 7. Đánh giá nhận xét chung về các kết quả nghiên cứu của Đề tài: Đề tài KC-03.14 đã hoàn thành tốt các nội dung nghiên cứu đề ra trong thuyết minh kỹ thuật của đề tài và trong hợp đồng ký với Bộ KHCN, các kết quả nghiên cứu và các thiết bị sản phẩm của đề tài đang được sử dụng tại Liên doanh dầu khí VietsovPetro là kết quả của quá trình nghiên cứu nghiêm túc và có ý nghĩa khoa học cũng như ý nghĩa thực tiễn cao. Đồng ý nghiệm thu đề tài ở Hội đồng cấp nhà nước. 8. Những nội dung không phù hợp với Hợp đồng của Đề tài: (chỉ sử dụng cho trường hợp được dự kiến dánh giá ở mức không đạt) 9. Đóng góp của thành viên Hội đồng về những tồn tại và đề xuất hướng giải quyết. THÀNH VIÊN HỘI ĐỒNG (Họ tên và chữ ký)
14. II. Nội dung Sau khi nghe đồng chí chủ nhiệm đề tài báo cáo kết quả thực hiện đề tài; các đồng chí phản biện đọc nhận xét về đề tài; tổ trưởng kỹ thuật đoc biên bản thẩm định chỉ tiêu kỹ thuật và chất lượng sản phẩm của đề tài và nghe các văn bản có liên quan; hội đồng và các đại biểu hỏi, chủ nhiệm đề tài trả lời và tiến hành thảo luận; hội đồng kết luận đánh giá đề tài như sau: -Đáp ứng yêu cầu thực tiễn của ngành dầu khí Việt nam trong việc bảo đảm các thiết bị đo lường và xử lý số liệu đo lường của các trạm Carota địa vật lý giếng khoan dầu khí. -Các kết quả nghiên cứu đáp ứng đầy dủ yêu cầu sản phẩm nghiên cứu của hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ. -Các sản phẩm nghiên cứu đã được áp dụng trong thực tế goạt động của liên doanh dầu khí Viet xô, các biên bản nghiệm thu kỹ thuật, số liệu so sánh giữa kết quả đo đạc bằng các phương tiện cũ và mới cho thấy các chỉ tiêu kỹ thuật không thua kém các phương tiện đo lường được thay thế . +Những đóng góp khoa học: -Bước đầu làm chủ được công nghệ chế tạo các thiết bị đo lường địa vật lý và yêu cầu cao về điều kiện làm việc( nhiệt độ, áp suất cao) -Thiết bị được chế tạo trên cơ sở các linh kiện tích hợp cao. Hệ thống đáp ứng được yêu cầu các chuẩn của hệ thống tự động hoá trong đo lường địa vật lý. -Kết quả nghiên cứu đã được áp dụng mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong một số lĩnh vực kinh tế mũi nhọn - dầu khí. Là sản phẩm khoa học đầu tiên trong nước thuộc lĩnh vực này, kết quả nghiên cứu đã được công bố trong ba báo cáo khoa học. +Thiếu sót: -Văn bản báo cáo đề tài cần bổ xung các văn bản nghiệm thu các sản phẩm.
15. II. Nội dung Sau khi nghe đòng chí chủ nhiệm đề tài báo cáo kết quả đạt được của đề tài, giới thiệu sản phẩm và các chỉ tiêu kỹ thuật đạt được; tổ thẩm định xem xét hoạt động của thiết bị và phần mềm là sản phẩm của đề tài, đo đạc các thông số kỹ thuật và chất vấn chủ nhiệm đề tài; tổ thẩm định đã đối chiếu kết quả đạt được của đề tài với yêu cầu, chỉ tiêu kỹ thuật ghi trong đề cương nghiên cứu và đăng ký sản phẩm nghiên cứu đã được phê duyệt và thống nhất đánh giá như sau ( đánh giá cho từng sản phẩm): -Đề tài có đủ các dạng sản phẩm như đăng ký trong hợp đồng NCKH và phát triển công nghệ số 14/2001/HĐ-ĐTCT-KC.03.14 ký giữa chủ nhiệm đề tài, cơ quan chủ trì đề tài với bộ khoa học công nghệ và ban chủ nhiệm chương trình KC-03(22 đầu sản phẩm). Trong đó cụ thể đề tài có các dạng sản phẩm sau: +Các thiết bị +Các phần mềm đi cùng các thiết bị +Các tài liệu kỹ thuật(sơ đồ phần cứng, các báo cáo khoa học0 +Các tài liệu hướng dẫn sử dụng các thiết bị. -Các tài liệu kỹ thuật, tài liệu hướng dẫn sử dụng các thiết bị đảm bảo các yêu cầu đặt ra như trong thuyết minh đề tài cũng như trong hợp đồng ký với bộ khoa học công nghệ. -Các phần mềm điều khiển các thiết bị và thu thập, xử lý các dữ liệu trong các thiết bị đảm bảo cho các thiết bị đạt được các tính năng cần thiết. Cụ thể đề tài có các sản phẩm dạng thiết bị như sau: *Trạm đo Carota điện Sodesep: Các chỉ tiêu kỹ thuật của trạm này về tính tương thích, độ chính xác, dạng dữ liệu đầu ra và môi trường làm việc hoàn toàn tương ứng với các chỉ tiêu đã đăng ký trong thuyết minh đề tài và trong hợp đồng ký với Bộ KHCN. Điều này thể hiện trong các văn bản như phụ lục kỹ thuật của hợp đồng kinh tế số 141/2000-VSP1, biên bản kiểm tra tính năng kỹ thuật của thiết bị và biên bản nghiệm thu trạm đo Carota điện Sodesep do giám đóc xí nghiệm địa vật lý giếng khoan ký( các chuyên gia kiểm tra nghiệm thu tính năng kỹ thuật của thiết bị tại xí nghiệp địa vật lý giếng khoan gồm: Mnaxakanov- Chánh kỹ sư của xí nghiệp Dương Văn Thắng- Phó giám đóc xí nghiệp Đào Quang Hoà- Trưởng phòng kỹ thuật sản xuất Dương Thái Sơn- Kỹ sư đội công nghệ cao *Trạm thử vỉa: Sản phẩm đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật như đã đăng ký trong thuyết minh đề tài và trong hợp đồng ký với Bộ KHCN. Điều này được thể hiện trong cácvăn bản như phụ lục kỹ thuật của hợp đồng kinh tế số 211/2001-VSP1, biên bản kiểm tra tính năng kỹ thuật của trạm thử vỉa và biên bản bao cáo kết quả thực hiện hợp đồng số 211/2001- VSP1. Các chuyên gia của liên doanh dầu khí Viêt xô nghiệm thu kỹ thuật của trạm thử vỉa bao gồm: Nguyễn Trọng Trí- Đội trưởng đội thử vỉa Phạm Đình Sinh- Kỹ sư trưởng đội thử vỉa *Các máy giếng đo kiểm tra khai thác: bao gồm 9 máy giếng sau: -Máy Telemetry Catridge -Máy đo phóng xạ GR -Máy đo nhiệt độ PRT
16. -Máy đo hàm lượng nước CWH -Máy đo lưu lượng dầu CFB -Máy đo đánh dấu đầu nối ống chống CCL -Máy đo áp suất trong ống khai thác QPS -Máy đo mật độ chất lỏng FDR -Máy đo đường kính ống chống CAL Các chỉ tiêu và đặc tính kỹ thuật của các máy giếng trên đều đạt được như trong thuyết minh đề tài và trong hợp đồng ký với Bộ KHCN. Điều này được thể hiện rõ trong các văn bản như phụ lục kỹ thuật của hợp đồng kinh tế số 140/2000- VSP1 với liên doanh dầu khí Việt xô, biên bản kiểm tra tính năng kỹ thuật của các máy giếng họ Computalog, biên bản nâng cấp máy giếng Computalog do Giám đốc Hoàng Văn Quý của xí nghiệp địa vật lý giếng khoan ký. Các chuyên gia kiểm tra nghiệm thu kỹ thuật các máy giếng dạng trên bao gồm: Mnaxakanov- Chánh kỹ sư của xí nghiệp Dương Văn Thắng- Phó giám đóc xí nghiệp Đào Quang Hoà- Trưởng phòng kỹ thuật sản xuất Dương Thái Sơn- Kỹ sư đội công nghệ cao
17. Tóm tắt Báo cáo trình bày các kết quả nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện các hệ thống tự động hóa quá trình khai thác dầu khí ở Việt nam ” mã số KC.03.14 thuộc chương trình nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ tự động hóa cấp nhà nước KC.03. Trên cơ sở ứng dụng các thành tựu mới của công nghệ thông tin và công nghệ điện tử hiện đại đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành công một số hệ thống đo lường xử lý số liệu dùng cho ngành dầu khí có ý nghĩa cả về mặt khoa học lẫn thực tiễn như trạm đo Carota điện Sodesep, trạm thử vỉa AWT-01, hệ thống máy giếng đo kiểm tra khai thác. Ba hệ thống thiết bị trên là các hệ thống đo lường rất đặc trưng của ngành địa vật lý giếng khoan. Trạm Carota điện phục vụ quá trình thăm dò dầu khí. Trạm thử vỉa nhằm xác định trữ lượng mỏ và chế độ khai thác tối ưu. Các máy giếng kiểm tra khai thác phục vụ quá trình đo kiểm tra các thông số công nghệ của quá trình khai thác. Mỗi hệ thống đo đều gồm có hệ thống thiết bị phần cứng và hệ thống phần mềm đo lường - phân tích xử lý số liệu. Các hệ thống đo này lần đầu tiên được nghiên cứu và chế tạo thành công tại Việt Nam và đang được sử dụng tại Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí VietsovPetro. Các hệ thống thiết bị trên không chỉ sử dụng cho ngành dầu khí mà còn có có thể dùng trong các ngành thăm dò và khai thác khoáng sản khác. Trang ii
18. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Nội dung Phần mở đầu 4 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 4 1.2 Mục tiêu của đề tài 7 1.3 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, các kỹ thuật sẽ sử dụng 7 1.4 Nội dung nghiên cứu 8 Chương 1: Nghiên cứu nâng cấp trạm đo Carota điện Sodesep 10 2.1 Mở đầu 10 2.2 Khái niệm đo Carota điện 10 2.3 Trạm đo Carota điện Sodesep và các yêu cầu nâng cấp 11 2.3.1 Cấu trúc của trạm cũ 11 2.3.2 Giao thức truyền của tổ hợp các máy truyền kiểu tương tự. 13 2.3.2 Giao thức truyền của tổ hợp các máy truyền kiểu số. 13 2.4 Thiết kế trạm Carota điện Sodesep mới 16 2.4.1 Cấu trúc của trạm đo Carota Sodesep nâng cấp 16 2.4.2 Hệ thống phần mềm của trạm 19 2.4.3 Đánh giá hệ thống 20 Chương 2: Nghiên cứu thiết kế trạm thử vỉa 23 3.1 Mở đầu 23 3.2 Khái niệm về quá trình thử vỉa 23 3.3 Các thiết bị thử vỉa sử dụng trước khi có trạm AWT-01 25 3.4 Thiết kế chế tạo trạm thử vỉa AWT-01 26 3.4.1 Các thành phần của hệ thống phần cứng 27 3.4.2 Các chương trình phần mềm. 28 3.5 Xử lý, tính toán số liệu đo 28 3.5.1 Tính lưu lượng dầu và khí. 28 3.5.2 Tạo số liệu áp suất đáy 29 3.5.3 Các công thức tính tham số dầu, khí 30 Trang 1
19. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 3.5.4 Tính các tham số vỉa 33 3.6 Cơ sở lý thuyết cho các tính toán, xử lý số liệu thử vỉa 37 3.7 Đánh giá sai số trạm thử vỉa AWT-01 so với trạm cũ. 45 3.8 Đánh giá hệ thống 47 Chương 3: Nghiên cứu nâng cấp các máy giếng kiểm tra khai thác thuộc họ máy Computalog 48 4.1 Mở đầu 48 4.2 Nghiên cứu máy đo kiểm tra khai thác họ Computalog 50 4.2.1 Thiết bị đo trên mặt đất 50 4.2.2 Phương thức truyền thông tin 51 4.2.3 Cấu trúc máy giếng 53 4.2.4 Nguồn máy giếng trong môi trường nhiệt độ cao 54 4.2.5 Bộ cảm biến trong môi trường nhiệt độ cao 56 4.2.6 Bộ khuếch đại trong môi trường nhiệt độ cao 60 4.2.7 Chỉ tiêu kỹ thuật của các máy giếng họ Computalog 62 4.2.8 Đánh giá hệ máy đo Computalog cũ 62 4.3 Thiết kế nâng cấp máy giếng họ Computalog 62 4.3.1 Nâng cấp bộ nguồn nuôi máy Telemetry 62 4.3.2 Thiết kế mới hệ thống thiết bị bề mặt 63 4.4 Đánh giá các máy giếng sau khi nâng cấp 65 Kết luận 68 Lời cảm ơn 71 Tài liệu tham khảo. 72 Trang 2
20. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Phần phụ lục Xác nhận của cơ quan sử dụng các hệ thống đo lường địa vật lý giếng khoan. Phụ lục A Tài liệu kỹ thuật của trạm Sodesep nâng cấp Hướng dẫn sử dụng trạm Sodesep nâng cấp Phụ lục B Các bảng tra hệ số tính lưu lượng dầu và khí Tài liệu kỹ thuật của trạm thử vỉa AWT-01 Bản vẽ thuyết minh lắp đặt các cảm biến Hướng dẫn sử dụng trạm đo, phần mềm đo, xử lý kết quả thử vỉa Phụ lục C Tài liệu kỹ thuật máy giếng CCL - Computalog Tài liệu kỹ thuật máy giếng đo đường kính ống chống - Computalog Tài liệu kỹ thuật máy giếng đo hàm lượng nước - Computalog Tài liệu kỹ thuật máy giếng đo lưu lượng - Computalog Tài liệu kỹ thuật máy giếng đo mật độ chất lỏng - Computalog Tài liệu kỹ thuật máy giếng đo áp suất - Computalog Tài liệu kỹ thuật máy giếng đo Gamma Ray - Computalog Tài liệu kỹ thuật máy giếng đo nhiệt độ - Computalog Tài liệu kỹ thuật máy giếng Telemetry - Computalog nâng cấp Tài liệu kỹ thuật thiết bị bề mặt trạm Computalog nâng cấp Hướng dẫn sử dụng trạm Computalog nâng cấp Phụ lục D Báo cáo khoa học: Nghiên cứu, nâng cấp trạm đo Carota điện Sodesep Báo cáo khoa học: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trạm thử vỉa Báo cáo khoa học: Trạm đo Carota điện ALS03. Báo cáo khoa học: Trạm theo dõi các tham số khoan thăm dò dầu khí. Phụ lục E Các biên bản nghiệm thu kỹ thuật các hệ thống thiết bị của đề tài. Trang 3
21. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Phần mở đầu 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Ngoài nước: Mặc dù hiện nay rất nhiều ngành công nghiệp thu hút được đầu tư như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học nhưng khai thác dầu khí vẫn là một trong những mối quan tâm hàng đầu của nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam. Thiết bị phục vụ ngành dầu khí, bao gồm cả thiết bị khai thác lẫn thiết bị thăm dò thuộc vào loại thiết bị công nghệ cao với khả năng thích ứng với môi trường khắc nghiệt tương đương hoặc hơn các thiết bị quân sự. Các linh kiện sản xuất theo tiêu chuẩn quân sự của thế giới chỉ chịu đựng nhiệt độ tới 1250 C trong khi các máy đo dưới lòng giếng phải làm việc trong môi truờng nhiệt độ 1600C-1700C. Việc thiết kế và chế tạo các máy đo cho ngành dầu khí nói chung và đặc biệt là ngành địa vật lý giếng khoan đòi hỏi một kiến thức tổng hợp của nhiều ngành khoa học tự nhiên và thực nghiệm. Điều đó thể hiện bằng việc không chỉ có một số rất ít các hãng mà chỉ các tập đoàn hoặc hãng có tiềm lực mạnh mới tham gia vào lĩnh vực này. Phải kể đến Geoservice, M/D TOTCO, HITEC chuyên chế tạo các hệ thống theo dõi khoan- kể cả trạm Carota khí [1]. Các tập đoàn Schlumberger, Halliburton chuyên chế tạo các hệ thống đo giếng mở [1,3]. Các hãng Sondex, Computalog với các máy đo kiểm tra khai thác Riêng Schlumberger đã nắm giữ tới hơn 200 các phát minh, sáng chế liên quan tới ngành chế tạo máy đo địa vật lý giếng khoan (khoảng 70%). Các thiết bị của Liên xô (cũ) và Nga sau hơn 10 năm khủng hoảng chính trị và kinh tế bây giờ bắt đầu được tập trung đầu tư nghiên cứu trở lại và có những thành tựu nhất định. Đáng chú ý hơn cả là thiết bị đo Open hole của Тверьгеофизик, hãng đang giữ kỷ lục về khoan và đo ở độ sâu tới 12 km. Các nước châu Á bao gồm cả Nhật bản và Trung quốc chưa có một hãng nào tham gia vào lĩnh vực nghiên cứu – chế tạo máy đo địa vật lý, chỉ có các đại lý bán hàng, dịch vụ Trang 4
22. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Trong nước: Trong những năm 1985 - 1990 ngành dầu khí Việt nam sử dụng các thiết bị đo lường chủ yếu của Liên xô cũ chế tạo trên cơ sở kỹ thuật tương tự, quá trình đo lường và xử lý số liệu phải thực hiện qua nhiều thao tác thủ công gây tốn kém thời gian và nhân lực. Số thiết bị hiện đại của các nước tư bản phát triển phải mua bằng ngoại tệ với giá rất cao lại càng bị khó khăn hơn trong điều kiện đất nước đang bị cấm vận. Vào thời điểm đó (năm 1992) một công ty TNHH tại thành phố Hồ Chí Minh thất bại trong việc chế tạo bộ số hóa cho trạm đo Carota điện. Ngoài ra chưa có công ty trong nước nào đầu tư nghiêm túc cho việc nghiên cứu, chế tạo thiết bị đo địa vật lý. Nhận thấy những khó khăn đó công ty AIC đã sớm đề xuất một chiến lược cùng với Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí VietsovPetro (VSP) nghiên cứu và áp dụng các thành tựu mới của công nghệ thông tin để hiện đại hoá các các thiết bị đo lường của Liên xô cũ, chế tạo mới để thay thế các thiết bị phải nhập của các nước tư bản phát triển nhằm từng bước giành lại sự tự chủ trong kỹ thuật đo lường của ngành dầu khí. Trong những năm đó nhóm cán bộ nghiên cứu của Công ty AIC kết hợp với các chuyên gia địa vật lý của VSP nghiên cứu thành công và đưa vào sử dụng một số sản phẩm mang tính thời sự về khoa học kỹ thuật và đem lại hiệu quả cao cho việc tăng năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất. Công trình đầu tiên của AIC thành công được áp dụng tại Viện Dầu khí thuộc VSP năm 1992 mang tên: "Tự động hoá hệ thống máy đo sắc ký khí". Hệ thống mới đã thay thế việc đo lường và xử lý số liệu các thí nghiệm sắc ký khí thủ công bằng ghi và xử lý tự động. Hệ thống điều khiển thiết bị kết hợp thủ công và kỹ thuật điện tử tương tự được thay thế bằng điều khiển số. Cũng trong năm đó VSP chấp nhận đưa vào ứng dụng công trình "Số hoá trạm đo Carota điện" của AIC, làm tiền đề cho việc chế tạo mới trạm Carota điện ALS-0X sau này. Thiết bị số hoá các trạm Carota điện đã thay thế toàn bộ công việc ghi số liệu đo "Open Hole" với phương pháp giấy ảnh và xử lý thủ công bằng phương pháp ghi tự Trang 5
23. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 động và xử lý dữ liệu kỹ thuật số. Các dữ liệu được lưu giữ an toàn và thuận tiện. Thiết bị hoạt động chính xác, ổn định, mang lại hiệu suất lao động cao hơn so với phương pháp cũ. Trong những năm 1992 - 1995 VSP đã đặt hàng và sử dụng trên các giàn khoan 13 thiết bị số hoá các trạm Carota điện. Năm 1995 nhóm nghiên cứu của AIC kết hợp với XN Địa vật lý chế tạo thành công trạm Carota khí Geo Logging Station GLS-1094 trên cơ sở giữ lại các cảm biến của trạm cũ. Trạm Carota khí là một hệ thống thiết bị cho phép các nhà địa vật lý theo dõi và kiểm soát quá trình khoan với hơn 30 thông số đo các đại lượng vật lý và hơn 100 thông số dẫn xuất bao gồm nhóm các thông số khoan, nhóm thông số dung dịch, thông số khí VSP đã đặt hàng và sử dụng 2 trạm Carota khí trên giàn MSP6, và giàn Rồng. Cả hai trạm trên làm việc ở chế độ 24 giờ /ngày, 30ngày/tháng trong quá trình khoan từ năm 1995 tới nay chưa hề có sự cố. Đây là lần đầu tiên tại Việt Nam thành công trong việc nghiên cứu, chế tạo trạm Carota khí. Năm 1996 nhóm nghiên cứu của AIC kết hợp với các nhà địa vật lý của VSP đã thành công trong việc chế tạo trạm đo Carota điện ALS-01, đây cũng là trạm đo Carota điện đầu tiên được chế tạo trong nước. Trạm đo Carorta điện là sự kết hợp của kỹ thuật điện tử và công nghệ thông tin hiện đại. Trạm ALS là trạm đo các thông số giếng khoan, cho phép phối ghép với tất cả các họ máy giếng của Liên xô cũ, các họ máy giếng của một số hãng thuộc các nước Anh , Pháp như họ máy Robertson, họ máy Sondex. Trạm ALS không chỉ thay thế hoàn toàn các chức năng của trạm Nga ở trình độ công nghệ cao hơn mà mang lại một loạt các ưu điểm như: hệ thống nguồn nuôi lập trình được ổn định, độ tin cậy cao; bộ ghi đa kênh có tần số lấy mẫu và độ phân giải cao, cho phép ghi số liệu theo thời gian thực và theo độ sâu; toàn bộ quá trình phối ghép nguồn với thiết bị máy giếng và bộ ghi cũng như quá trình kiểm tra các loại tín Trang 6
24. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 hiệu chuẩn; khả năng làm việc của các loại máy giếng khác nhau được tự động hoá. Do vậy giảm rất nhiều thời gian cho công tác kiểm tra chuẩn bị các thiết bị ngoài hiện trường, giảm thời gian chết khi đo. Trạm có thiết kế mở dễ dàng cho phép nâng cấp và phát triển về phần mềm cũng như phần cứng. Trạm ALS liên tục được cải tiến và nâng cấp lên các model ALS-02, ALS-03, ALS-03M trong các năm 1997 và 1998. Trạm ALS-02 đã tham gia triển lãm PetroVietnam 1997 và triển lãm chuyên đề dầu khí ở Indonexia tháng 11 năm 1997, được nhiều người quan tâm và đánh giá cao. Cho tới nay VSP đang sử dụng trên các giàn khoan 7 trạm đo Carota điện ALS. Cuối năm 1998 đầu năm 1999 công ty hoàn thành công trình "Hệ thống kiểm thử dùng cho máy đo địa vật lý giếng khoan", là một hệ thống đo lường tự động bao gồm các hệ nguồn nuôi, máy phát , máy đo lập trình đựơc và các công cụ phần mềm nhằm trợ giúp cho quá trình nghiên cứu phát triển và sửa chữa các máy đo địa vật lý kể cả trạm ALS-02. Các nội dung sẽ trình bày dưới đây là các kết quả của một số nghiên cứu mới nhất được thực hiện trong khuôn khổ của đề tài NCKH cấp nhà nước KC.03.14. 1.2 Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu, phát triển, thiết kế, chế tạo và hoàn thiện các thiết bị, hệ thống tự động hóa hiện đại phục vụ ngành khai thác dầu kh,í thay thế các thiết bị nhập ngoại với giá thành thấp hơn nhằm tạo khả năng chủ động về kỹ thuật, công nghệ. 1.3 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, các kỹ thuật sẽ sử dụng Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật, nguyên lý đo của các hệ thống, thiết bị đo lường cổ điển của ngành đo địa vật lý, thiết kế và chế tạo hệ thống đo lường hiện đại với khả năng tự động hóa cao trên nền tảng ứng dụng các thành quả mới nhất của công nghệ thông tin, công nghệ điện tử. Trang 7
25. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Cập nhật các thông tin nghiên cứu mới nhất, các thiết bị hiện đại nhất hiện có trên thị trường máy đo địa vật lý, nhằm hiệu chỉnh các thiết kế của mình cũng như trong việc nâng cấp và đổi mới các thiết bị cũ. Ứng dụng công nghệ ASIC, thiết kế các linh kiện chuyên dụng có độ tích hợp cao dùng trong các trạm đo địa vật lý. Tạo mối quan hệ hợp tác chặt chẽ giữa người dùng thiết bị và nhà chế tạo thiết bị nhằm không ngừng hoàn thiện chất lượng và nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị. 1.4 Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm 3 phần chính sau: - Nghiên cứu nâng cấp trạm đo Carota điện SODESEP - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo trạm thử vỉa. - Nghiên cứu nâng cấp các máy giếng kiểm tra khai thác thuộc họ máy Computalog. Các nội dung nghiên cứu nêu trên định hướng vào các hệ thống thiết bị đo lường, tự động hóa phục vụ cho ngành dầu khí trong toàn bộ quá trình từ thăm dò cho tới khai thác. Trạm đo Carota điện Sodesep phục vụ cho quá trình thăm dò - đo giếng mở (open hole logging). Trạm thử vỉa (Well Test) có nhiệm vụ xác định các thông số của vỉa trước khi đưa giếng vào khai thác. Các máy giếng đo kiểm tra khai thác có nhiệm vụ thường xuyên đo và kiểm tra các giếng đang khai thác (production logging) nhằm tối ưu hóa chế độ khai thác. Các nội dung nghiên cứu trên lần đầu tiên được đặt ra trong nước. Hai nội dung trạm đo Carota điện Sodesep và trạm đo kiểm tra khai thác là các vấn đề kỹ thuật không có gì mới ở nước ngoài, nhưng việc nghiên cứu nâng cấp các hệ thống đó đòi hỏi kinh phí rất lớn. Hơn nữa tiếp tục thuê các hãng nước ngoài giải quyết thì chúng ta mãi mãi vẫn không nắm được công nghệ chế tạo các thiết bị tương tự. Trang 8
26. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Riêng đối với trạm thử vỉa, tại thời điểm nghiên cứu, Xi nghiệp Liên doanh dầu khí VSP cũng chỉ có các thiết bị rời rạc của Liên xô cũ và các máy ghi áp suất đáy trên các lá đồng chứ chưa có hệ thống thử vỉa với một chương trình tự động hóa đo và xử lý số liệu. Các nội dung nêu trên không phải là các nghiên cứu lý thuyết, các kết quả nghiên cứu được cụ thể hóa bằng các thiết bị, chương trình, hệ thống đo và được sử dụng tại Xí nghiệp Liên Doanh Dầu khí VietsovPetro. Trang 9
27. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Chương 1: Nghiên cứu nâng cấp trạm đo Carota điện Sodesep 2.1 Mở đầu Năm 1993 Xí nghiệp liên doanh Dầu khí VietsovPetro mua trạm đo Carota điện Sodesep, trạm đo địa vật lý giếng khoan công nghệ số đầu tiên của Việt nam trong thời kỳ cấm vận. Sau một thời gian dài sử dụng, trạm đã xuống cấp nghiêm trọng, đặc biệt là các thiết bị bề mặt. Các thiết bị công nghệ thông tin như máy tính không có các phụ kiện thay thế do lạc hậu về thế hệ, các thiết bị điện tử mất dần tính ổn định và độ chính xác. Hệ thống phần mềm viết từ những năm 90 nay đã không còn đáp ứng được các yêu cầu mới trong ngành địa vật lý. Do đó, việc nghiên cứu nâng cấp trạm đo Carota điện là một việc cần thiết. 2.2 Khái niệm đo Carota điện Đo Carota điện là quá trình đo các thông số của thành hệ giếng khoan, được thực hiện khi giếng chưa chống ống (giếng hở) và đã chống ống. Bao gồm các thông số sau [1,2,4,6]: - Độ rỗng của đất đá. - Khả năng thấm của đất đá. - Độ bão hòa nước. - Điện trở suất đất đá. - Đường kính ống chống, đường kính giếng. - Phương vị, độ lệch vỉa. - Độ kết dính xi măng. Các trạm đo Carota điện thường dùng ba phương pháp chủ yếu là phương pháp điện, phương pháp phóng xạ và phương pháp siêu âm [1,2,3,4,5]. Nhóm từ “Carota điện” được dùng theo thói quen cũ trong ngành địa vật lý nhằm chỉ sự khảo sát thành hệ giếng khoan bằng phương pháp điện, đúng hơn phải gọi là “đo giếng hở” (Open Hole Logging, Wireline Well Logging ) [1,3,4]. Trang 10
28. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Một trạm đo Carota điện bao gồm hệ thống thiết bị trên bề mặt, các máy giếng và cáp địa vật lý nối giữa thiết bị bề mặt và máy giếng. Thông qua cáp địa vật lý, thiết bị bề mặt truyền xuống máy giếng nguồn nuôi, lệnh điều khiển các chế độ đo, máy giếng gửi lên các số liệu đo. Cáp địa vật lý có thể là cáp 1 lõi, 3 lõi hoặc 7 lõi, với độ dài (sử dụng tại các vùng mỏ dầu khí Vũng tàu hiện nay) từ 5 km đến 6 km. Để có thể hoạt động trong môi trường nhiễu công nghiệp như trên giàn khoan thông tin truyền giữa thiết bị bề mặt và máy giếng được mã hóa bằng nhiều phương pháp khác nhau, có thể là mã hóa tần số, phân kênh theo thời gian, kết hợp cả hai cách trên hoặc mã hóa FSK Cho tới trước những năm 90, ngành địa vật lý nước ta sử dụng các trạm Carota điện của Liên xô cũ, là các trạm đo tương tự, kết quả đo ghi ra trên giấy ảnh [7]. Các trạm Carota điện của Liên xô cũ phần lớn sử dụng cáp địa vật lý 1 lõi, truyền đồng thời trên đó nguồn nuôi, lệnh từ mặt đất xuống và tín hiệu đo từ máy giếng lên. Các trạm đo này thường có độ chính xác không cao và thiếu rất nhiều tiện ích trong quá trình sử dụng. Sau này chúng ta có những trạm đo công nghệ số với các tính năng kỹ thuật ngày càng hoàn thiện hơn như trạm các Sodesep, Robertson, Sondex và trạm Haliburton. Tuy nhiên các trạm này đều rất đắt, với một trạm Haliburton được trang bị 2 cơ số máy giếng đo Open hole có giá tới hơn 5 triệu USD. 2.3 Trạm đo Carota điện Sodesep và các yêu cầu nâng cấp 2.3.1 Cấu trúc của trạm cũ Trạm Carota điện Sodesep có chức năng đo các tham số của giếng hở bằng các tổ hợp đo của các phương pháp điện, từ trường, phóng xạ, siêu âm [6]. Trạm bao gồm hệ thống thiết bị mặt đất và hệ thống máy giếng, sơ đồ khối hệ thống phần cứng của trạm được mô tả trên hình 2.1. Trạm sử dụng cáp 7 lõi, lệnh từ trên mặt đất truyền xuống theo 2 lõi với tần số sóng mang là 8-12 KHz, dữ liệu truyền lên theo lõi khác với tần số 58-72KHz, nguồn truyền theo 2 lõi riêng biệt. Bước ghi số liệu là 0.0762m và 0.1524m. Trang 11
29. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Máy giếng của trạm gồm có: 1. Dual Laterolog (DLL) - máy đo sâu sườn. 2. Microlog MicroLaterolog - máy đo vi cực và đo đường kính giếng khoan. 3. Casing Collar Locator (CCL ) máy xác định vị trí đầu nối. 4. Inclinometer - máy đo phương vị. 5. Dipmeter - máy đo độ lệch vỉa. 6. XY Caliper – máy đo đường kính giếng khoan. 7. Compensated Sonic Tool – máy siêu âm, dùng đo chất lượng xi măng [5]. 8. Gamma Tool – máy đo gamma tự nhiên. 9. Radioactive Tools - máy đo phổ phóng xạ 10. Litho Density Tool – máy đo mật độ thạch học. 11. Telemetry máy giếng đo xa. Các máy giếng trên khi đo thường nối với nhau trong một tổ hợp, chẳng hạn: 1. Tele_ DLL _MicroResistivity_ Gamma 2. Tele_ Dipmeter_Gamma. 3. Tele_ XY Caliper _Gamma 4. Tele_Radioactivity_LithoDensity 5. Gamma_ Sonic 6. CCL_Gamma_Sonic Trong đó, các tổ hợp đo có máy Sonic là các tổ hợp truyền thông tin kiểu tương tự, các tổ hợp còn lại truyền thông tin số được mã hóa FSK. Trong các tổ hợp máy đo trên, trừ các tổ hợp với máy siêu âm không có càng, các tổ hợp còn lại đều có càng do đó các thiết bị trên mặt đất phải có khối điều khiển đóng mở càng [phụ lục A]. Máy Dipmeter và máy Inclinometer đều đo phương vị nhưng máy Dipmeter đo thêm điện trở suất của vỉa, qua đó tính được độ lệch của vỉa. Trang 12
30. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 2.3.2 Giao thức truyền của tổ hợp các máy truyền kiểu tương tự. Thiết bị mặt đất không cần truyền các thông tin điều khiển, máy giếng tự điều khiển các hoạt động của mình, bao gồm quá trình phát sóng siêu âm, thu sóng siêu âm, khuyếch đại, trộn với thông tin header, xung gamma và truyền lên mặt đất. Mỗi gói (frame) thông tin như vậy có dạng như sau: 1 Frame = Xung header + sóng siêu âm + xung gamma. Các Frame có chu kỳ 50ms. Máy siêu âm có 2 đầu phát và 2 đầu thu, do đó sẽ có 4 frame liên tục cho mỗi quá trình thu phát. Xung header có cực tính âm, biên độ gấp 2 lần biên độ sóng siêu âm và có độ rộng cỡ 10µs, các xung gamma có cực tính dương. Xung header gồm 2 xung, qua đó có thể xác định thứ tự các đầu thu , phát. 2.3.2 Giao thức truyền của tổ hợp các máy truyền kiểu số. Thiết bị bề mặt truyền lệnh xuống gồm 2 byte đặt giá trị nguồn nuôi cho các bộ phát sóng 280 Hz và 35 Hz vào đất đá (hoặc lệnh điều khiển nguồn cao áp đối với các máy đo xạ). Khi nhận được lệnh trên, máy giếng truyền dữ liệu đo được phân kênh theo thời gian và mã hóa FSK với tần số 58Khz/72Khz. Số kênh có thể là 16 hoặc 32 đối với các máy DLL, Dipmeter hoặc 256 kênh đối với máy đo xạ. Máy giếng được chế tạo từ các loại linh kiện và vật liệu đặt biệt, cho phép làm việc ở điều kiện môi trường 170°C, áp suất 1200Atm. Chi tiết hơn về các máy giếng có thể xem trong [22-27]. Hệ thống thiết bị bề mặt bao gồm Control Terminal, Interface Rack, Data Acquisition Unit. Giao tiếp giữa kỹ sư đứng máy và thiết bị thực hiện thông qua Control Terminal. Từ Control Terminal có thể phát lệnh xuống máy giếng, thực hiện các thao tác xử lý và in ấn dữ liệu. Các máy giếng được nối với hệ thống thiết bị mặt đất qua Interface Rack. Trang 13
31. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 1 2 3 5 4 Hình 2.1. Sơ đồ khối Trạm Sodesep cũ. 1.Control Terminal; 2.Data Acquisition Unit; 3. Interface Rack; 4. Daughter Board; 5. Tool. Interface Rack là hệ thống bảng mạch chủ, trên đó cho phép cắm một loạt các bảng mạch con tương ứng với mỗi tổ hợp đo. Cụ thể có 15 loại bảng mạch con, bao gồm: • ADC - Ampli computer drawer • APD- Alternative power drawer • CLD- Casing locator drawer • DCD - Dipmeter computer drawer • DED- Depth encoder drawer • DTD - Dipmeter tool drawer • DPD- Dipmeter power drawer Trang 14
32. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 • GRD- Gamma ray rate meter drawer • IPD- Induction power drawer • IFD- Induction filter drawer • LAD- Laterolog ampli drawer • LCD- Laterolog computer drawer • LTD- Laterolog tool drawer • RPD- Radioactive power drawer • SAD- Store acoustic drawer. Ngoại trừ bảng mạch chung như bảng mạch đo độ sâu (Depth encoder drawer), với mỗi tổ hợp đo, người đứng máy phải rút các bảng mạch đang dùng với máy giếng cũ ra và cắm các bảng mạch tương thích với máy chuẩn bị đo vào. Cách tổ chức như vậy rất bất tiện cho người dùng. Interface Rack nối với khối Data Acquisition được tổ chức trên một máy tính MINI (kiểu HP-1000). Là một máy tính thế hệ cũ với đường BUS không tiêu chuẩn, HP-1000 và hệ thống phần cứng trên đó không có khả năng nâng cấp cả về phần cứng lẫn phần mềm, không có luôn cả thiết bị dự phòng. Control Terminal liên hệ với HP-1000 qua cổng RS232. Việc lấy mẫu dữ liệu được thực hiện theo các ngắt cứng xuất hiện mỗi khi có xung độ sâu. Do đó mỗi khi kéo, thả máy giếng quá nhanh, máy MINI dễ bị treo. Ngoài ra trạm Sodesep cũ không có khả năng truy xuất dữ liệu dưới các dạng tiêu chuẩn hiện nay để xử lý Offline, tất cả các kết quả phải lập tức in ra giấy qua máy in nhiệt và do đó khả năng lưu trữ rất kém. Trạm cũng không có khả năng phát hiện, kiểm tra lỗi của các thiết bị bề mặt. Đó là các nguyên nhân chính dẫn đến việc phải thiết kế mới lại hệ thống thiết bị mặt đất sao cho tương thích được với các thiết bị công nghệ thông tin hiện đại, có khả năng thay thế, nâng cấp cả phần cứng lẫn phần mềm xử lý số liệu. Trang 15
33. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Việc nâng cấp trạm đo Carota điện Sodesep gặp một số khó khăn chính sau đây: • Tài liệu về trạm chỉ có dưới dạng sơ đồ mạch điện rời rạc, không có sơ đồ phối ghép giữa các khối. • Không có các thông tin hệ thống , đặc biệt là thông tin về các thuật toán xử lý số liệu, hãng Sodesep đã giải thể, những người tham gia chế tạo trạm có thể cung cấp thông tin hoặc tham gia nâng cấp trạm nhưng với giá rất cao. Quá trình khảo sát trạm đã được thực hiện trong trạng thái đo thực, kết hợp giữa các giá trị của các đại lượng vật lý và việc phân tích trạng thái các đường Bus thông tin giữa các khối. Qua đó đánh giá chức năng và hình thành thiết kế hệ thống phần cứng cũng như phần mềm. 2.4 Thiết kế trạm Carota điện Sodesep mới Trạm Sodesep được nâng cấp dựa trên các nguyên tắc sau: • Trạm phải giữ được các chức năng cũ và thêm nhiều tiện ích mới. • Trạm nâng cấp trên cơ sở máy tính tương thích với IBM-PC. • Đảm bảo được độ chính xác tương thích với giới hạn cho phép của các máy giếng. • Đảm bảo thực hiện tốt các phép đo tổ hợp: phương pháp điện, phương pháp xạ, đo siêu âm, đo độ lệch và đường kính. • Tạo sự tiện lợi cho kỹ sư đứng máy. Nâng cao tính ổn định, độ tin cậy của trạm. • Chương trình chạy trên hệ điều hành WIN95-98.Ghi dữ liệu ra ổ cứng với 3 dạng: ASCII, LAS, MRG. 2.4.1 Cấu trúc của trạm đo Carota Sodesep nâng cấp Trạm đo Carota Sodesep nâng cấp bao gồm các thành phần chính sau (Hình 2.2) Trang 16
34. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 1. Bộ nguồn nuôi lập trình được cho máy giếng. 2. Máy tính tương thích IBM-PC và máy in. 3. Khối đo và hiển thị độ sâu và sức căng. 4. Khối PC Interface. 5. Khối phối ghép với máy giếng. 6. Phần mềm của hệ thống. 1 5 3 6 To Tool 2 9 4 7 8 ALS-03M Depth & Tension sensor Hình 2.2. Sơ đồ khối trạm Carota Sodesep nâng cấp. 1. Programmable Power Supply; 2. IBM Compatible PC; 3. PC Interface; 4. Depth block; 5. Power Switcher; 6. Electrologging Decoder; 7. Sonic Decoder; 8. Radioactive Decoder; 9 Tool Interface Bộ nguồn lập trình được cho phép hệ thống có thể tự động điều chỉnh điện áp cấp cho máy giếng theo thuật toán xác định nhằm giảm thao tác cho người sử dụng. Khối PC Interface bao gồm các bộ chuyển đổi AD tốc độ cao (1 MHz) và các bộ đếm, các đường I/O. Khối PC- Interface cho phép máy tính có thể giao tiếp với khối giải mã các tín hiệu của máy giếng. Trang 17
35. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Việc phân tích rõ bản chất phương thức truyền, sự tương đồng cùng các đặc điểm khác biệt của từng loại máy giếng họ Sodesep đã đưa tới một thiết kế khối phối ghép và giải mã các tín hiệu của máy giếng lên một cấp khác so với hệ thống cũ. Bộ phối ghép, thay vì 15 loại Daughter Board khác nhau, thường xuyên phải rút ra cắm vào mỗi khi thay máy giếng nay chỉ còn 03 Daughter Board và board nguồn. Ba loại Daughter Board bao gồm: 1. Electrologging Decoder thực hiện việc xử lý các tín hiệu phương pháp đo điện Dual Laterolog, Microlog, Microlaterolog, Dipmeter, Inclinometer, XY Caliper, Litho Density, Radioactive Tool (hình 2.3). 2. Sonic Decoder - thực hiện việc xử lý các tín hiệu phương pháp đo siêu âm. 3. Rad Decoder - thực hiện việc xử lý các tín hiệu đo Gamma tự nhiên kết hợp siêu âm. Hình 2.3 Electrologging Decoder Trong đó Electrologging Decoder có thể làm việc với không chỉ máy điện mà còn với các máy đo đường kính (Dipmeter), độ lệch (Inclinometer) Các Daughter Board được cắm liên tục trên mạch chủ. Thay vì việc rút ra cắm vào các Daughter Board, địa chỉ các máy giếng và các khối được chọn lựa bằng phần mềm. Trang 18
36. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Việc sử dụng các linh kiện lập trình được có độ tích hợp cao (FPGA) giúp cho hệ thống được thu gọn tối đa về kích thước, tăng độ ổn định và độ tin cậy. Điểm khác biệt trong phương thức lấy mẫu của hệ thống mới do sử dụng máy tính có tốc độ cao là chủ động lấy mẫu các giá trị đo và độ sâu theo thời gian, đồng thời kiểm soát tốc độ kéo, do đó không còn hiện tượng treo hệ thống như trạm cũ. Các tham số đo sau đó được đồng bộ lại theo độ sâu với bước ghi mẫu là 0.05m, 0.1m, 0.2m, (trạm cũ 0.0762m và 0.1536m). Thêm vào đó, để có thể kiểm tra độ ổn định và tin cậy của hệ thống thiết bị mặt đất, trạm mới được trang bị một thiết bị cho phép tạo giả máy giếng, có thể phát tín hiệu cho các thiết bị mặt đất với độ chính xác tới từng bit. Sơ đồ nguyên lý các khối điện tử của trạm có thể xem trong phụ lục B. 2.4.2 Hệ thống phần mềm của trạm Phần mềm đo địa vật lý của trạm Sodesep bao gồm các chương trình sau: Chương trình GeoDatabase (GEODB) Chương trình hiển thị các thành phần của thư mục chứa dữ liệu: Presentation File, Raw Data File, Real Data File, Calib File. Gọi các chương trình tác động lên các thành phần đó. Đồng thời chương trình thực hiện các chức năng: - Delete (xóa các thành phần). - Export: chuyển đổi format file số liệu theo các format BIN, MRG, LAS, DBF. - Merge: ghộp nhiều file số liệu thành một theo độ sâu, theo danh sách kênh. - Depth (Time) shift: hiệu chỉnh độ sâu. Chương trình Depth Chương trình đặt độ sâu, tham số tời, tạo giả tốc độ kéo thả, tạo giả giá trị đo. Chương trình Glog_SDS Chương trình Glog_SDS. điều khiển cấp nguồn cho máy giếng, đặt các chế độ hoạt động của máy giếng, điều khiển thiết bị bề mặt, ghi dữ liệu với 3 kiểu tập tin ASCII, LAS, MRG, in và lưu trữ kết quả đo. Chương trình ReCalc Trang 19
37. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Chương trình cho phép xem lại số liệu thụ, đánh dấu độ sâu đúng, biến đổi giá trị các kênh qua chuẩn số liệu, tính toán thêm các tham số qua số liệu đo bằng hàm số. Thay đổi được số liệu chuẩn (Calib) trong quá trình biến đổi. Xử lý lại được thông tin phổ sóng siêu âm. Chương trình Gview Chương trình cho phép xem lại số liệu thực trên màn hình, dưới dạng đồ thị địa vật lý, số, đồ thị sóng siêu âm và in ra máy in. Hiển thị số liệu trên màn hình tương tự như khi in. Chương trình Gedit Soạn thảo, sửa chữa các dạng file: HEADER (thông tin về giếng khoan, thời gian, người đo ), PRESENTATION (file biểu diễn), RAW DATA (số liệu thô), REAL DATA (số liệu thực). Thông tin chi tiết về hệ thống phần mềm cũng như quy trình đo lường tính toán số liệu, chức năng các file hệ thống có thể xem thêm phụ lục A, phần hướng dẫn sử dụng trạm và phần mềm trạm đo Carota Sodesep . 2.4.3 Đánh giá hệ thống Trạm Carota điện Sodesep sau khi nâng cấp đã hoàn toàn đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra của đề tài về: - Tính tương thích: tương thích với hệ IBM-PC, tương thích về phần mềm và phần cứng của các thiết bị trạm ALS-03M, đo được các tổ hợp đặc trưng của họ Sodesep . - Độ phân giải, độ chính xác của phép đo, độ phân giải theo chiều sâu. - Điều kiện môi trường hoạt động. (Thông tin chi tiết xem thêm xem thêm trong phụ lục A, phần tài liệu kỹ thuật) Trạm Sodesep sau khi nâng cấp đã được lắp đặt tại giàn Tam đảo Xí nghiệp Liên doanh dầu khí VietsovPetro (VSP) thành phố Vũng tàu. Trạm sau khi nâng cấp đã có một loạt ưu điểm so với trạm cũ như: Trang 20
38. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 - Hoạt động ổn định hơn, sử dụng thuận tiện hơn do được thiết kế tối ưu trên các mạch có mức độ tích hợp lớn, kích thước nhỏ. Giảm khả năng hỏng hóc về cơ khí do không phải rút ra cắm vào các bảng mạch. - Không bao giờ treo hệ thống do được cải tiến về phương thức lấy mẫu. - Có thêm khả năng tự kiểm tra hệ thống. - Hệ thống phần mềm với một loạt các tính năng mới, chạy trên môi trường Windows thay vì các chương trình đơn lẻ chạy trên DOS. Công nghệ FPGA là một trong những công nghệ tiên tiến của kỹ thuật điện tử số hiện nay, việc nghiên cứu và sử dụng các linh kiện FPGA (hoặc ASIC) được chấp nhận như đề tài nghiên cứu cấp nhà nước (KC01.13). Trạm Carota điện Sodesep được chế tạo từ những năm 90, trên cơ sở kỹ thuật số truyền thống với các linh kiện rời rạc. Việc thiết kế chế tạo mới trạm đo trên công nghệ FPGA là một thành công đáng ghi nhận. Trạm Sodesep là trạm đo Carota điện đầu tiên thiết kế và chế tạo trong nước được thực hiện trên công nghệ tích hợp các linh kiện điện tử trên các chip lập trình. Trong ngành đo lường địa vật lý, trước đây chúng ta vẫn dùng các chương trình đo và xử lý số liệu kèm theo các hệ thống thiết bị của nước ngoài. Các chương trình của bộ DAP-AIC và trạm đo ALS-0x là các chương trình đầu tiên của Việt nam trong lĩnh vực đo địa vật lý nhưng vẫn còn nhiều hạn chế do các nguyên nhân chủ quan và khách quan. Các chương trình đo lường và xử lý số liệu đo open hole viết cho trạm Sodesep nâng cấp là hệ thống chương trình hoàn thiện đầu tiên ở Việt nam trong lĩnh vực này. Các kết quả trên không chỉ có ý nghĩa thuần túy về khoa học kỹ thuật mà còn mang ý nghĩa thực tiễn và đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Trạm Soddesep được mua từ năm 1993 với giá trị 5 triệu USD. Trong tình trạng xuống cấp của trạm, cùng với việc hãng Sodesep đã giải thể, việc nâng cấp trạm trên cở sở công nghệ cao hơn đã tiết kiệm cho nhà nước một số lượng lớn ngoại tệ. Trang 21
39. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Kết quả nghiên cứu thu được là kết quả mới, lần đầu tiên nghiên cứu và ứng dụng thành công tại Việt nam. Thiết bị ngay sau khi chế tạo và chuẩn chỉnh đã được sử dụng có hiệu quả tại Liên doanh dầu khí VSP. Trang 22
40. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Chương 2: Nghiên cứu thiết kế trạm thử vỉa 3.1 Mở đầu Sau khi khoan xong một giếng dầu, cần phải thực hiện quá trình gọi dòng, và tiếp theo là quá trình thử vỉa. Thuê thực hiện quá trình này phải tốn vài triệu USD. Trong quá trình thử vỉa cần phải đo các tham số áp suất, nhiệt độ đáy giếng và các tham số bề mặt bao gồm áp suất, nhiệt độ khí quyển, áp suất miệng giếng, bình tách, chênh áp bạt đệm, nhiệt độ đường khí, lượng chất lỏng. Các tham số này cần ghi chép với chu kỳ 1-2 phút một lần. Trước kia quá trình ghi số liệu thực hiện bằng tay có nhiều nhược điểm như: - Chu kỳ ghi số liệu do ghi chép bằng tay, không thể thực hiện được với chu kỳ ngắn, mà thường là 15-30 phút. - Trong quá trình đọc ghi số liệu bằng tay dễ sinh sai sót vì đa số đồng hồ đo không hiển thị số mà bằng vạch chia. - Khu vực bình tách thường là nơi nguy hiểm vì dẫn, tách dầu, khí ở áp suất cao. Vì vậy nhu cầu tự động hóa đo ghi, sử lý số liệu thử vỉa ở Liên doanh dầu khí Vietsovpetro hết sức cần thiết. 3.2 Khái niệm về quá trình thử vỉa Một giếng dầu , trước khi đưa vào khai thác cần phải tính các tham số vỉa để sử lý giếng nếu cần thiết và chọn chế độ khai thác tối ưu. Có nhiều tham số vỉa, trong đó có một số đo được bằng phương pháp Carota điện, hoặc phân tích trong phòng thí nghiệm như độ rỗng đất đá, độ dầy vỉa, đường kính giếng, độ nhớt. Có rất nhiều tham số cần xác định trong phương pháp thử vỉa, nhưng quan trọng nhất là các tham số: độ dẫn, hệ số Skin effect, áp suất vỉa, hệ số sản phẩm, hình dạng, kích thước vỉa. Để tính được các tham số này, thứ nhất cần sử dụng các tham số đã xác định bằng các phương pháp khác làm tham số đầu vào. Thứ hai đưa chế độ khai thác theo điều kiện các mô hình toán học đã giải được. Đo, xây dựng đường cong giá trị thực tế. Trang 23
41. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Đường cong giá trị ở đây là giá trị áp suất đáy theo thời gian. Còn giá trị các tham số bề mặt dùng để tính các tham số điều kiện biên của bài toán và dùng để theo dõi cảnh báo sự cố. Các tham số bề mặt cần thiết để tính các tham số độ nhớt, lưu lượng dầu và khí trong điều kiện chuẩn. Để tính lưu lượng khí trong điều kiện chuẩn cần sử dụng 8 bảng tra, trong đó một số được công thức hóa. Có hai phương pháp tính giá trị các tham số: - Tính giá trị các tham số từ đường cong thực tế đo được. - Dò tìm các tham số sao cho đường cong lý thuyết và đường cong thực tế cho sai số tối thiểu, hay còn gọi là phương pháp hồi quy phi tuyến. Phương pháp thứ nhất thường phải đơn giản hóa mô hình, hoặc phân đoạn đường cong để tính được các tham số. Nhưng số lượng phép tính ít hơn, vì vậy có thể tính được bằng tay. Các phương pháp cũ thường sử dụng cách này với sự trợ giúp của phương pháp đồ thị. Phương pháp thứ hai cần phải tính toán nhiều, cần phải có sự trợ giúp của máy tính. Phương pháp này cho phép ta xây dựng mô hình gần với thực tế hơn. Và cho kết quả chính xác hơn. Phương trình toán học sử dụng trong lý thuyết thử vỉa là phương trình khuếch tán cho chất lỏng và khí, viết cho tọa độ trụ có dạng: ∂ 2 p ∂p φµc ∂p + = t (1) ∂r ∂r k ∂t ф - Độ rỗng thành hệ. µ - Độ nhớt chất lỏng. ct - Độ nén của hệ. k - Độ dẫn của vỉa. Với các điều kiện biên khác nhau sẽ cho phương trình đường cong lý thuyết khác nhau. Giải bài toán cho chất lỏng và khí có một số khác biệt. Vì chất khí ở một số điều kiện tới hạn bị chuyển pha. Trang 24
42. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 3.3 Các thiết bị thử vỉa sử dụng trước khi có trạm AWT-01 Trước khi có tram AWT-01 xí nghiệp Địa vật lý giếng khoan VSP sử dụng các thiết bị thử vỉa sau: - Thiết bị tạo chênh áp để gọi dòng. - Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất đáy. - Bình tách và các sensor đo tham số bề mặt. Thiết bị đo nhiệt độ áp suất đáy trước kia là thiết bị cơ khí. Số liệu được ghi thành đồ thị trên một lá đồng. Sau khi đo xong cần phải số hóa đồ thị trên lá đồng bằng thiết bị chính xác tới 0.01 mm. Thời gian để số hóa một đồ thị khá lâu, không cho được giá trị chính xác và nhiều điểm đo như máy đo điện tử. Các sensor đo các tham số bề mặt bao gồm: - Nhiệt độ, áp suất môi trường, - Nhiệt độ áp suất miệng giếng, - Nhiệt độ áp suất bình tách, gas metering val gas outlet val T separator LIQUID WATER V1 V2 1500 psi INLET LEVEL VAL OUTLET VAL V1- Separator V2, V3 - Separator V3 by-pass val OIL METERING VAL T OIL OUTLET VAL Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống thử vỉa trên bề mặt Trang 25
43. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 - Chênh áp bạt đệm, - Nhiệt độ đường khí, - Mức chất lỏng trong bình tách, - Lưu lượng chất lỏng. Và các máy đo: - Máy ly tâm đo tỷ lệ tạp chất đồng hành, - Máy đo tỉ trọng dung dịch. Các sensor này hiển thị bằng đồng hồ cơ hoặc đồ thị, vì vậy cần ghi chép giá trị theo chu kỳ. Quá trình thử vỉa có thể kéo dài vài ngày, việc ghi số liệu vào ban đêm là không tránh khỏi. Chương trình xử lý số liệu cũ viết trên môi trường DOS, có một số hạn chế trong nhập xuất số liệu, in báo cáo, xử lý số liệu. 3.4 Thiết kế chế tạo trạm thử vỉa AWT-01 Phân tích các thiếu sót trên của hệ thống cũ, chúng tôi đưa ra thiết kế chế tạo trạm thử vỉa AWT-01 với các yêu cầu: - Tự động hóa quá trình đo, ghi số liệu bề mặt - Thay thế thiết bị đo số liệu áp suất đáy bằng thiết bị điện tử. - Viết mới chương trình xử lý số liệu thử vỉa. Hình 3.2 Trạm thử vỉa AWT-01 tại xí nghiệp Địa vật lý LDDK VSP. Trang 26
44. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 3.4.1 Các thành phần của hệ thống phần cứng - Máy tính công nghiệp; - Màn hình; - Bộ biến đổi analog-số (A/D) đa kênh; - Timer và bộ phối ghép vào-ra số đa kênh; - Bộ chuyển mạch analog đa kênh; computer monitor printer A/D timer& i/o coverter interface power analog digital supply multiplexer multiplexer signal conditional pressure sensors temperate sensors level sensors flow sensors Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống thử vỉa - Bộ chuyển mạch số đa kênh; - Khối signal conditional ; Trang 27
45. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 - Hệ thống sensors : áp suất, nhiệt độ, mức, lưu lượng; - Hệ thống nguồn nuôi; - Hộp đấu cáp; - Hệ thống đầu nối cáp; - Hệ thống cáp tín hiệu; - Hệ thống kết cấu cơ khí; Chi tiết hơn về hệ thống phần cứng của trạm thử vỉa xem thêm trong phụ lục B, phần tài liệu kỹ thuật. 3.4.2 Các chương trình phần mềm. - Chương trình Kuster: chương trình đặt chế độ ghi số liệu, đọc số liệu cho máy đo áp suất đáy. - Chương trình GlogWT: chương trình đo, tính toán, hiển thị giá trị dưới dạng bảng số, đồ thị, đồng hồ giá trị tức thời, và in số liệu đo. - Chương trình GEditWT: chương trình hiển thị file số liệu đo cũ, cho phép sửa, nhập mới giá trị bằng tay, tính toán lưu lượng. - Chương trình Editdata: sửa chữa, chuyển đổi, in số liệu các format khác nhau. - Chương trình Welltest: nhập xuất, xử lý số liệu thử vỉa, in báo cáo. 3.5 Xử lý, tính toán số liệu đo 3.5.1 Tính lưu lượng dầu và khí. Các tham số bề mặt đo được sẽ sử dụng để tính ra lưu lượng dầu và khí trong điều kiện chuẩn nhiệt độ 60 °F, áp suất 1 atm. Lưu lượng dầu được tính theo đơn vị m³/day, còn lưu lượng khí theo đơn vị 10³m³/day. Sensor đo lưu lượng có thể cho giá trị đo theo đơn vị thể tích/thời gian hoặc khối lượng/thời gian. Vì vậy cần chú ý khi tính lưu lượng. Để tính lưu lượng dầu trong điều kiện chuẩn ta phải trừ lượng tạp chất đồng hành, và nhân hệ số chuyển đổi thể tích trong điều kiện thực sang điều kiện chuẩn. Hệ số chuyển đổi nhận được từ bảng tra. Công thức tính lưu lượng dầu theo điều kiện chuẩn: Trang 28
46. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Q0 = Shr*Kv * (1-bsw/100) * Q. (3.5.1) - Shr : hệ số ngót (do tách chưa hết). - Kv: hệ số thể tích. - bsw: tỉ lệ phần trăm chất đồng hành. - Q: lưu lượng dầu trong điều kiện thực. - Q0: lưu lượng trong điều kiện chuẩn. Công thức tính lưu lượng khí khá phức tạp, cần tính 8 hệ số trong đó một số hệ số phải tra bảng, một số tính theo công thức. Công thức tính lưu lượng khí: Qg = 0.6796*Fex(hw, Pt, d, D)*Fpv(Pt, GOT)*Fr(d, hw, Pt)*Yg(d, D) *Fpb(ATP)*Ftb(ATT)*Ftf(GOT)*Fg(Gg)*sqrt(hw*Pt)/1000. (3.5.2) - hw: chênh áp bạt đệm tính theo đơn vị inch cột nước. - Pt: áp suất khí (psi). - d: đường kính bạt đệm (in). - D: đường kính côn (in). - GOT: nhiệt độ đường khí (°F). - ATP: áp suất không khí (psi). - ATT: nhiệt độ không khí (°F). - Gg: tỉ trọng tương đối khí. - Qg: lưu lượng khí (10³.m³/day). Bảng tra các hệ số Fex, Fpv, Fr, Yg, Fpb, Ftb, Ftf, Fg xem trong phụ lục B. 3.5.2 Tạo số liệu áp suất đáy Máy đo nhiệt độ, áp suất đáy KUSTER được thiết lập chế độ ghi số liệu vào bộ nhớ, tức tần xuất lấy mẫu cho từng giai đoạn. Ở liên doanh dầu khí Vietsovpetro quá trình thử vỉa thường đặt các chế độ như sau: 1 lần xả, đóng hồi phục, 3-4 lần xả với các chế độ lưu lượng khác nhau, đóng hồi phục. Sau khi kéo máy lên, số liệu nhiệt độ, áp suất đáy đo được từ máy KUSTER, chuyền vào máy tính qua cổng RS232. Trang 29
47. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 3.5.3 Các công thức tính tham số dầu, khí - Tính hệ số thể tích khí Bg = 2850p /(ZT ) (3.5.3) Bg - hệ số thể tích khí, (m³/m³) P - áp suất khí, (MPa) T - nhiệt độ, (°K) Z - hệ số sai lệch của khí - Tính hệ số sai lệch của khí Tùy theo điều kiện nhiệt độ, áp suất công thức tính khác nhau Ppr Tpr Z 2.8 →5.4 1.05→1.20 Ppr(-0.328Tpr+0.475)+1.82Tpr-1.90 1.20→1.40 Ppr(-0.252Tpr+0.387)+1.61Tpr-1.66 1.40→2.00 Ppr(-0.0284Tpr+0.0625)+0.471Tpr 2.00→3.00 Ppr(0.0041Tpr+0.0039)+0.0607Tpr+0.793 -1.4667 >5.4 1.05→3.00 Ppr(0.711+3.66Tpr) -1.64/(0.319Tpr+0.522) + 2.071 Ở đây ppr =p/ppc, Tpr = T/Tpc ppc ,Tpc được tính theo công thức ppc = 4.893 – 0.405G Tpc = 94.72 + 170.7G G = ρgas/ρair ppc - áp suất tới hạn, (MPa) Tpc - nhiệt độ tới hạn, (K) G - tỷ xuất tỷ trọng khí so với không khí Trang 30
48. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 - Tính hệ số thể tích dầu 0.5 1.1175 ⎡ ⎛ γ ⎞ ⎤ B = 0.983 + 0.00112⎢R ⎜ g ⎟ + 0.4T ⎥ (3.5.4) o s ⎜ γ ⎟ ⎣⎢ ⎝ o ⎠ ⎦⎥ Công thức gần đúng Bo = 1.05 + 0.0003Rs Trong đó Rs = GOR + 25P GOR - tỷ xuất khí /dầu, (m³/m³) P - áp suất ở bình tách, (MPa). Bo - hệ số thể tích dầu (m³/m³) Rs - tỉ lệ hòa tan khí/dầu, (m³/m³) γo - tỷ trọng dầu, (g/cc) γg - tỷ trọng khí so với không khí ở điều kiện chuẩn, (air=1=1.226e-3 g/cc) T - nhiệt độ,(°C) - Tính tỷ trọng khí ρ gas = (3.49Pγ g ) /(ZT ) (3.5.5) Trong đó P - áp xuất, (MPa) Z - hệ số sai lệch của khí T - nhiệt độ, (°K) γg - tỷ trọng khí so với không khí ở điều kiện chuẩn, (air=1=1.226e-3 g/cc) ρgas - tỷ trọng khí, (g/cc) - Tính tỷ trọng dầu ρoil = (γ o + 0.00123γ g Rs ) / Bo (3.5.6) Trong đó Bo - hệ số thể tích, (m³/m³) Rs - tỉ số hòa tan khí/dầu, (m³/m³) γo - tỷ trọng dầu trong bể chứa, (g/cc) Trang 31
49. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 γg - tỷ trọng khí so với không khí ở điều kiện chuẩn, (air=1=1.226e-3 g/cc) ρoil - tỷ trọng dầu, (g/cc) - Tính độ nhớt khí 1.5 ()12.6 + 0.027MW T ()2.4−0.2B µ = exp(Bρ ) (3.5.7) g 116 + 10.6MW + T gas Ở đây B = 3.5 + (548/T)+0.01 MW µg - độ nhớt tại điểm sôi, (cp) ρgas - tỷ trọng khí tại nhiệt độ T, áp suất P, (g/cc) MW - khối lượng phân tử khí T - nhiệt độ, (°K) - Tính độ nhớt dầu B µob = Aµod −0.515 A = 4.41()Rsb + 17.8 B = 3.04()R + 26.7 −0.338 sb (3.5.8) C µod = 10 −1 C = 10D ()1.8T + 32 −1.163 D = 5.69 − 2.86 /γ o Ở đây : µob - độ nhớt dầu tại điểm sôi, (cp) µod - độ nhớt dầu tại điều kiện thường, (cp) Rsb - tỷ xuất hòa tan khí/dầu tại điểm sôi, (m³/m³) γo - tỷ trọng dầu, (g/cc) T - nhiệt độ, (°C) Trang 32
50. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 3.5.4 Tính các tham số vỉa Để xây dựng lên một mô hình thử vỉa, ngoài số liệu áp suất đáy, lưu lượng dầu, khí ta còn cần thêm thông tin về giếng và vỉa như bán kính giếng, độ rỗng, độ nhớt, hệ số thể tích, độ dày vỉa v.v. Mục đích của bài toán thử vỉa là tính các tham số vỉa, thông qua một số mô hình toán học có thể giải được. Khi công cụ toán học và tính toán phát triển thêm, thì mô hình toán học càng gần với thực tế hơn, như vậy các tham số vỉa cũng tăng lên và kết quả cũng chính xác hơn. Trong đó các tham số quan trọng là độ thấm, hệ số skin effect, áp suất vỉa, kích thước, hình dạng vỉa. Số lượng mô hình vỉa có nhiều loại, được phân loại theo 3 thuộc tính chính : - loại giếng: + Storage + Skin (giếng có hiệu ứng tích lũy và skin) + Uniform Flux (khe nứt dòng chảy đều) + Infinite Conductivity (khe nứt độ dẫn vô hạn) + Finite Conductivity (khe nứt độ dẫn giới hạn) + Horizontal (giếng nằm ngang) - loại vỉa: + Homogeneous (đồng nhất) + Double Porosity (hai độ rỗng) + Two Layers (hai lớp) + Radial Composite (vỉa không đồng nhất, kết hợp theo bán kính) + Liner Composite (vỉa không đồng nhất, kết hợp theo lớp phẳng) - dạng hình học: + Infinite (biên vô hạn) + Circle (biên giới hạn hình chữ nhật) + One Fault (biên một đứt gãy thẳng) + Parallel Faults (biên hai đứt gãy song song) + Intersect Faults (biên hai đứt gãy giao nhau) + Rectangle (biên hình chữ nhật) Trang 33
51. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Phân tích sự tương quan giữa lưu lượng sản phẩm và dạng dường cong áp suất đáy sẽ cho phép ta đánh giá các tham số vỉa. Lưu lượng sản phẩm có thể dương (hút lên), nhỏ hơn không (bơm vào) hoặc bằng không (đóng giếng). Quá trình thử vỉa hút sản phẩm lên cho áp suất đáy giảm xuống gọi là Drawdown test, khi đang hút ta đóng giếng lại cho áp suất đáy phục hồi trở lại gọi là Buildup test còn bơm ép nước vào vỉa cho áp suất đáy tăng lên gọi là Injection test. Uniform flux fracture-flow lưu lượng qua bề mặt khe nứt là hằng số Infinite conductivity fracture- áp suất không bị tiêu hao trên khe nứt, dòng chảy vuông góc tới khe nứt. Finite conductivity fracture- áp suất bị tiêu hao trên khe nứt. Hình 3.4 Các kiểu khe nứt được thừa nhận trong mô hình thử vỉa fracture. Các mũi tên biểu diễn dòng chảy. Trước khi tính các tham số vỉa, người ta thường xây dựng các đồ thị chênh áp và đạo hàm của nó theo logarit thời gian. Đồ thị trục tung thang tuyến tính, còn trục hoành theo thang logarit gọi là đồ thị semilog. Đồ thị trục tung và trục hoành theo thang Trang 34
52. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 logarit gọi là đồ thị log-log. Nhìn vào dạng đường cong này để phán đoán lựa chọn mô hình thích hợp (xem bảng 3.1). Trong khi tính toán thường phải sử dụng một số nguyên lý như nguyên lý chồng xếp, giếng ảo. Các vỉa luôn có kích thước giới hạn. Nhưng trong các trường hợp thời gian thử vỉa ngắn khoảng vài ngày, các hiệu ứng biên chưa tác động tới hoặc ảnh hưởng không đáng kể giá trị đo tại vị trí giếng. Trong trường hợp này để đơn giản cho tính toán người ta hay dùng mô hình vỉa có biên vô hạn. Dưới đây là bảng tổng kết các dạng đường cong đặc trưng cho các mô hình thử vỉa. Giúp cho người xử lý số liệu lựa chọn mô hình thích hợp. Còn mục tiếp theo 3.6 tóm tắt cơ sở lý thuyết, công thức tính cho một số mô hình vỉa, được sử dụng trong chương trình Welltest. Trang 35
53. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Homogenous reservoir Double porosity reservoir Two layer Model revervoir Interporosity flow 6-With x- 1-Infinite 2-Closed 3-Fractured wells 4-Pseudo 5-Transient flow system system steady state D plot log P Log-log Log-log D P Semilog plot / log D D t plot Derivative log P’ m=semilog Infinite Uniform flux 2 // lines slope Infinite develop. No flow conductivity representing boundary Transition infinite acting Pressure (No wellbore mantenace starts before radial flow boundary storage) end of Bảng 3.1. Bảng tổng kết đồ thị các mô hình giếng/vỉa. Trang 36
54. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 3.6 Cơ sở lý thuyết cho các tính toán, xử lý số liệu thử vỉa Để xây dựng đường cong áp suất đáy phụ thuộc lưu lượng sản phẩm cho từng mô hình vỉa ta cần giải phương trình vi phân đạo hàm riêng 3.2.1, áp các điều kiện biên, điều kiện trong tương ứng cho từng mô hình. Đối với một số mô hình điển hình người ta đã tìm được nghiệm cho từng đoạn hoặc toàn bộ của đường cong. Người ta có thể tìm ra nghiệm của mô hình khác nhờ nghiệm của một mô hình đã biết bằng cách sử dụng nguyên lý xếp chồng và giếng ảo. Đối với các mô hình phức tạp kết hợp hai hoặc ba điều kiện giếng, vỉa, dạng hình học người ta phải giải phương trình 3.2.1 bằng phương pháp số. Định luật Darcy Đối với chất lỏng có hệ số nén nhỏ, vận tốc dòng chảy qua một môi trường tỉ lệ với gradient áp suất. Biểu diễn dưới dạng toán học như sau: kρ u = − ∇p µ Ở đây u - vận tốc dòng chảy. k - độ dẫn của môi trường. ρ - tỉ trọng chất lỏng. µ - độ nhớt chất lỏng. Nguyên lý xếp chồng Do tính chất toán học tổng các nghiệm riêng của các phương trình vi phân tuyến tính bậc hai là nghiệm của phương trình. Vì vậy nguyên lý xếp chồng có thể phát biểu như sau: áp suất sảy ra tại một điểm trong vỉa bằng tổng tuyến tính áp suất do các giếng tác động lên điểm đó. Giếng ảo Do điều kiện biên tác động lên mô hình tính toán, nghiệm của mô hình bị thay đổi. Nếu tưởng tượng có thêm một số giếng ảo ở vị trí và thông số thích hợp, áp dụng Trang 37
55. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 nguyên lý xếp chồng, tổng các tác động này sẽ cho kết quả tương đương với mô hình mới. Bằng cách này sẽ cho ta lời giải của mô hình mới dễ dàng hơn. Ví dụ 1: Trong trường hợp thử vỉa phục hồi (Buildup test) ta có thể sử dụng nghiệm của mô hình giảm áp (Drawdown) để tìm nghiệm mới với giả định tại thời điểm đóng giếng tp có thêm một giếng ảo cùng thông số đang cho sản phẩm với lưu lượng –q. Áp dụng nguyên lý xếp chồng ta có: ∆p = ∆p1 + ∆p2 Trong đó ∆p1 chênh áp của giếng thật tính theo thời gian tp+∆t, ∆p2 là chênh áp của giếng ảo tính theo thời gian ∆t. Sử dụng công thức (3.6.5) cho mô hình đồng nhất biên vô hạn thay vào công thức trên ta được công thức (3.6.7): 141.2qBµ ∆p = []p (t + ∆t) − p (∆t ) kh D p D D D Ví dụ 2: Trường hợp vỉa có một biên đứt gãy thẳng, lưu lượng dòng chảy tại biên đứt gãy bằng không. Nếu giả thiết có một giếng ảo đối xứng với giếng thật qua đoạn đứt gãy sẽ cho ta hiệu ứng tương tự. Khoảng cách từ giếng ảo tới giếng thật là 2d. Chênh áp cho mô hình này có thể sử dụng công thức của mô hình không đứt gãy, bằng tổng chênh áp tính cho các bán kính rw và 2d (xem công thức 3.6.17). Gi Gi Hình 3.5 Vỉa có 1 đứt gãy không thấm có hiệu ứng tương đương với hai giếng giếng đối xứng qua đứt gãy. Trang 38
56. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Hệ số Skin: là hệ số đánh giá độ tăng hoặc giảm độ dẫn của vỉa do lớp gần thành giếng trong quá trình khoan. Hệ số nằm trong khoảng -5 ÷ ∞. Hệ số âm có nghĩa là tăng độ dẫn, còn dương là giảm. Tính hệ số tích lũy của vỉa qB∆t C = (3.6.1) 24∆p Mô hình gần đúngcho vỉa đồng nhất biên vô hạn. 162.2qBµ Tính độ dẫn kh = (3.6.2) m m là hệ số góc của đường cong trên đồ thị semilog, ta có thể tính được bằng phương pháp đồ thị, hoặc bằng phương pháp hồi quy tuyến tính. Khi đã biết giá trị m, ta sẽ tính được độ dẫn của vỉa. Tuy nhiên đường cong áp suất đáy không hoàn toàn thẳng, cần chọn đoạn đường cong thích hợp để xây dựng đường tiếp tuyến. Thời gian bắt đầu sảy ra quá trình dòng chảy ngắn (transient) tính theo công thức: C(200000 +12000s) t = (hour), quá trình này kéo dài bằng khoảng 10 lần thời b khµ gian tb. Khi xây dựng đường tiếp tuyến ta nên chọn đoạn đường cong trong khoảng thời gian này. Drawdown test (quá trình cho sản phẩm) 2 70.6qBµ ⎡ φµct r ⎤ ∆p = ⎢− Ei(− )⎥ (3.6.3) kh ⎣ 0.000264kt ⎦ Ei là hàm tích phân mũ: ∞ e− y x 2 x3 x n Ei(−x) = ∫ dy = ln(1.781x) − x + − + ≈ ln(x) + 0.5771 (3.6.4) x y 2.2! 3.3! n.n! Trong khoảng x nhỏ (t lớn) hàm Ei được nhận giá trị gần đúng như trong công thức (3.6.4). Trang 39
57. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 ∆p 1 ⎡ ⎛ t ⎞ ⎤ Thay p = = ln⎜ D ⎟ + 0.80907 ta nhận được công thức (3.6.5). D ⎢ ⎜ 2 ⎟ ⎥ 141.2qµB / kh 2 ⎣ ⎝ rD ⎠ ⎦ 141.2qµB ∆p = p (t) (3.6.5) kh D ⎡ p1hr − pwf k ⎤ s = 1.1513⎢ + log( 2 ) + 3.23⎥ (3.6.6) ⎣ m φµct rw ⎦ Buildup test (quá trình phục hồi) 141.2qBµ ∆p = []p (t + ∆t) − p (∆t ) (3.6.7) kh D p D D D ⎡ p1hr − p∆t=0 t p +1 kt p ⎤ s = 1.1513⎢ + log( ) − log( 2 ) + 3.23⎥ (3.6.8) ⎣ m 1 φµct rw ⎦ Ở đây tp là thời gian tương đương giếng cho sản phẩm hoặc bơm ép với lưu V lượng qn trước khi đóng giếng, được tính theo công thứct p = , p1hr là áp suất đáy tại qn thời điểm ∆t = 1hr Mô hình cho vỉa đồng nhất biên vô hạn (Infinite reservoir). ∞ 2 (1 − e−u tD ) p (s,C ,t ) = du D d D ∫ 3 2 2 2 2 0 u {}[][]uCD J 0 (u) − (1 − Cd su )J1 (u) + uCDY0 (u) − (1 − Cd su )Y1 (u) (3.6.9) u là biến tích phân. Quá trình thử nhiều lưu lượng (Multirate tests). µ ⎧ n ⎫ ∆p = ⎨∑[][]q j − q j−1 . PD (tDn − tDj−1 ) + qn s⎬ (3.6.10) 2πkh ⎩ j=1 ⎭ Trang 40
58. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Mô hình vỉa đồng nhất có biên giới hạn (Finite reservoir circle). 2 ∞ −an tD 2 2tD 3 e J1 (an reD ) PD (tD ) = 2 + ln reD − + 2∑ 2 2 (3.6.11) reD 4 n=1 an (J1 (an reD ) − J1 (an )) an là các nghiệm của phương trình: J1(x * reD ) * Y1(x) - Y1(x * reD ) * J1(x) = 0 J1, Y1 là các hàm số Bessel loại một và loại hai. Mô hình vỉa hai độ rỗng (Double porosity). Theo phương pháp tính của Warren và Root có sử dụng hai tham số đặc trưng cho hệ đứt gãy αk r 2 λ = m w (3.6.12) k f λ là tham số liên quan đến ảnh hưởng dòng chảy của độ rỗng. α là hệ số hình học 4n(n + 2) của hệ α = . Ở đây n là số tập hợp bề mặt giới hạn môi trường có độ thấm nhỏ l 2 nhất, l là giá trị đặc trưng cho kích thước khối nứt nẻ. φ c ω = f f (3.6.13) φmcm + φ f c f ω là tỉ số tích độ rỗng, hệ số nén của hệ đứt gãy cho toàn hệ. Drawdown test (quá trình cho sản phẩm) ⎧ ⎫ 162.6qµB ⎪ ⎡ ⎛ λtD ⎞ ⎛ λtD ⎞⎤ ⎪ pwf = pi − ⎨log ∆t + 0.351 + 0.435⎢Ei⎜− ⎟ − Ei⎜− ⎟⎥ + 0.87s⎬ kh ⎩⎪ ⎣ ⎝ ω(1 − ω) ⎠ ⎝ (1 − ω) ⎠⎦ ⎭⎪ (3.6.14) ⎪⎧ pi − pwf ⎡ kt p ⎤ ⎡ ⎛ − λtDtp ⎞ ⎛ − λtDtp ⎞⎤⎪⎫ s = 1.151⎨ − log⎢ 2 ⎥ + 3.23 + 0.435⎢Ei⎜ ⎟ − Ei⎜ ⎟⎥⎬ m ⎜ 1− ω ⎟ ⎜ω(1− ω) ⎟ ⎩⎪ ⎣()φ1C1 + φ2C2 µrw ⎦ ⎣ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎦⎭⎪ (3.6.15) Buildup test (quá trình phục hồi) Trang 41
59. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 ⎧ ⎫ ⎡ ⎛ λtD∆t ⎞ ⎛ λtD∆t ⎞ ⎤ ⎪ ⎢Ei⎜ ⎟ − Ei⎜− ⎟ +⎥⎪ 162.6qµB ⎪ ⎛ t p + ∆t ⎞ ⎝ω(1− ω) ⎠ ⎝ (1− ω) ⎠ ⎪ p = p − log⎜ ⎟ + 0.435⎢ ⎥ ws i ⎨ ⎜ ⎟ ⎢ ⎥⎬ kh ⎝ ∆t ⎠ ⎛ λtD(tp+∆t) ⎞ ⎛ λtD(tp+∆t) ⎞ ⎪ ⎢Ei⎜ ⎟ − Ei⎜− ⎟ ⎥⎪ ⎪ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎪ ⎩ ⎣⎢ ⎝ω(1− ω) ⎠ ⎝ (1− ω) ⎠ ⎦⎥⎭ (3.6.16) Mô hình vỉa có biên một đứt gãy thẳng(One Fault) Trong mô hình này ta có thể giả thiết có một giếng ảo đối xứng qua đường đứt gãy, áp dụng nguyên lý xếp chồng ta tìm được công thức 70.6qBµ ⎡ φµc r 2 φµc (2d )2 ⎤ ∆p = − ⎢Ei(− t w ) + Ei(− t )⎥ kh ⎣ 0.000264kt 0.000264kt ⎦ (3.6.17) d là khoảng cách từ giếng tới đoạn đứt gãy (ft), có thể tính được theo công thức. k∆t d = 0.0122 φµct (3.6.18) ∆t là khoảng thời gian bắt đầu xuất hiện hiệu ứng đứt gãy. Ta nhận được khoảng thời gian này nhờ đồ thị áp suất đáy semilog. Mô hình vỉa có biên nhiều đứt gãy thẳng Các mô hình Parallel Faults (2 đứt gãy song song), Intersect Faults (hai đứt gãy giao nhau), Rectangle (các đứt gãy vuông góc tạo thành hình chữ nhật) thuộc nhóm biên nhiều đứt gãy thẳng. Để tính cho các mô hình này ta có thể sử dụng nguyên lý xếp chồng với giả thiết có nhiều giếng ảo đối xứng với giếng thật qua các đứt gãy. Mô hình giếng có khe nứt(Fracture) ⎛ ⎛ 0.134 ⎞ ⎛ 0.866 ⎞⎞ ⎛ 0.018 ⎞ ⎛ 0.75⎞ p = 1/ 2t ⎜erf ⎜ ⎟erf ⎜ ⎟⎟ − 0.067Ei⎜− ⎟ − 0.433Ei⎜− ⎟ wD D ⎜ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎝ πtD ⎠ ⎝ tD ⎠⎠ ⎝ tD ⎠ ⎝ tD ⎠ (3.6.19) Ở đây erf(x) là hàm sai số. Khi thời gian lớn (tDxf > 3) công thức 13 có thể thay bằng công thức gần đúng Trang 42
60. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 pwD = ½ lntD + 1.1 Đối với dòng chảy theo bán kính công thức sẽ là pwD = ½ lntD + 0.080907/2 Khi thời gian ngắn (tDxf < 0.016 trong độ dẫn vô hạn) công thức 13 gần bằng công thức pwD = (πtD)½ 0.000264 tDxf = 2 là thời gian không thứ nguyên trong mô hình thử vỉa giếng có φµct x f khe nứt. xf bằng ½ độ dài khe nứt. Theo Earlougher trong khoảng thời gian đầu, dòng chảy tuyến tính, số liệu áp suất được vẽ theo biến t½ trong tọa độ Đềcác (Cartesian) sẽ thể hiện thành đoạn thẳng. Hệ số góc của nó tính theo công thức: − 4.064qB µ m' = 2 h φkct x f (3.6.20) Khi biết được m’, ta sẽ tính được xf. Bảng dưới đây cho biết khoảng thời gian các giai đoạn phát triển của dòng chảy đối với mô hình giếng có khe nứt. Giai đoạn tDxf Uniform Flux Infinite Conductivity Kết thúc dòng chảy tuyến tính(1/2 0.2 0.01 slope) Earlougher 0.16 0.016 Bắt đầu dòng chảy theo bán kính 0.5 0.85 (Fractured reservoir solution joins infinite reservoir solution) Bắt đầu semilog strainght line 1.5 2.55 Trang 43
61. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Để tính skin factor ta sử dụng đoạn số liệu semilog strainght line và áp dụng công thức 3.6.6. Thử vỉa cho giếng khí Khác với thử vỉa cho giếng dầu, dầu là chất lỏng hệ số nén nhỏ, có thể coi như không nén được, độ nhớt không đổi. Còn chất khí có hệ số nén lớn, độ nhớt và độ nén phụ thuộc nhiều vào áp suất. Vì vậy người ta đưa vào đại lượng giả áp suất thay cho áp suất thực: p p m( p) =ψ = 2∫ dp 0 µz (3.6.21) Trong đó z là hàm số phụ thuộc nhiệt độ, áp suất và hỗn hợp khí. µ là độ nhớt của khí trong điều kiện vỉa. Để sử dụng các công thức tính trong các mô hình ở trên cho khí ta cần chuyển giá trị đo áp suất đáy p thành giá trị của Ψ. Trong một số điều kiện thử vỉa đại lượng trên được thay bằng đại lượng đơn giản hơn: > 4000 psi, sử dụng Ψ≈p. < 2000 psi, sử dụng Ψ≈p². Bảng ký hiệu các tham số B Hệ số thể tích, B/STB. (STB là đơn vị thùng trong điều kiện chuẩn, 1 at, 60° F) cf Hệ số nén thành hệ, psi-1 cg Hệ số nén của khí, psi-1 ct Hệ số nén tổng, psi-1 C Hệ số tích lũy của vỉa, STB/psi. CD 5.615C Hệ số tích lũy không thứ nguyên của vỉa CD = 2 2µφct hrw h Độ dầy vỉa,ft. J Hệ số sản phẩm, STB/Day/psi Trang 44
62. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 k Độ dẫn của vỉa, md (mili Darcy) m Hệ số góc của đường cong áp suất đáy trên đồ thị Semilog p Áp suất đáy, psi p 141.2kh D Áp suất đáy không thứ nguyên p = ∆p D qBµ pi Áp suất đáy ban đầu, psi ∆p Khoảng thay đổi áp suất, psi q Lưu lượng, STB/Day (q > 0 sản phẩm, q < 0 bơm ép) r Bán kính , ft rD r Bán kính không thứ nguyên rD = rw re Bán kính vỉa,ft reD re Bán kính vỉa không thứ nguyên reD = rw rw Bán kính giếng, ft s Skin factor t Thời gian, hour tD 0.000264kt Thời gian không thứ nguyên tD = 2 φµct rw tp Thời gian tương đương giếng cho sản phẩm hoặc bơm ép với lưu lượng q trước khi đóng giếng, hour ∆t Khoảng thời gian thử, hour µ Độ nhớt, cp φ Độ rỗng, đơn vị phân số (100 % = 1) 3.7 Đánh giá sai số trạm thử vỉa AWT-01 so với trạm cũ. Các cảm biến đo nhiệt độ, áp suất, lưu lượng của trạm cũ hiển thị bằng đồng hồ cơ, hoặc kim vẽ trên băng đồ thị, độ chính xác khoảng 1%. Quá trình đọc bằng mắt, ghi số liệu bằng tay nên số liệu ghi không được dầy, dễ gây sai sót. Áp suất đáy sử dụng Trang 45
63. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 máy cơ, ghi số liệu trên tấm đồng. Sau khi kéo máy đo lên, số liệu sẽ được đọc lại từ đồ thị trên tấm đồng. Số liệu đọc thủ công như vậy cũng rất thưa và không chính xác như máy đo điện tử. Các cảm biến lắp trong trạm thử vỉa AWT-01 có các thông số theo nhà sản xuất cung cấp như sau: Loại cảm biến Ký hiệu Hãng/Nước Dải đo Sai số Sai số sản xuất tuyệt đối tương đối Nhiệt độ TX66A- OMEGA/USA -200-850 °C ±0.25 °C ±0.03% 100ΩPtRTD Lưu lượng R-Series Micro-Motion ±0.5% Chênh áp STX 2100 Druck 3.75-20 bar ±0.1% Đo mức MGT-362 PENBERTHY 39” 0.375” ±1% Áp suất đáy K8 EMR 39” KUSTER/USA 0-10000 psi 2 psi ±0.02% Qua AD 12 bit độ chính xác này giảm xuống còn ±0.03% đối với các cảm biến độ chính xác cao hơn 0.03%, và giữ nguyên đối với các cảm biến có độ chính xác thấp hơn. Các cảm biến này đã được so sánh với các cảm biến đã kiểm chuẩn, và cho kết quả đo độ chính xác nằm trong khoảng giá trị do nhà sản xuất cung cấp. Đánh giá sai số số liệu xử lý Xem hai đồ thị History, Semilog của áp suất đáy ta nhận thấy số liệu đo bằng máy cơ, nhập số liệu thủ công bằng tay số liệu thưa hơn và có nhiều điểm gẫy. Những chỗ gẫy này thể hiện số liệu nhập vào thiếu chính xác. Còn số liệu đo bằng máy điện tử cho đường cong trơn hơn và độ trùng khít giữa đường cong thực tế với đường cong lý thuyết cao hơn. Khi dùng chương trình xử lý số liệu mới có tính đến nhiều mô hình tính toán hơn sẽ cho kết quả gần với thực tế hơn. Trang 46
64. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Hình 3.6 Đồ thị số liệu áp suất đáy đo bằng máy đo cơ. H3.7 Đồ thị số liệu áp suất đáy đo bằng máy đo điện tử. 3.8 Đánh giá hệ thống Trạm thử vỉa đã tự động hóa quá trình đo, xử lý số liệu thử vỉa. Nâng cao độ chính xác số liệu đo và số liệu xử lý. Giảm bớt sự phụ thuộc công nghệ và giảm giá thành so với việc thuê các hệ thống đo của nước ngoài. Kết quả nghiên cứu thu được là kết quả mới, lần đầu tiên nghiên cứu và ứng dụng ở Việt nam. Thiết bị đã lắp đặt trên hai giàn tự nâng Cửu long và Tam đảo và sử dụng có hiệu quả tại Liên doanh dầu khí Vietsovpetro. Trang 47
65. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Chương 3: Nghiên cứu nâng cấp các máy giếng kiểm tra khai thác thuộc họ máy Computalog 4.1 Mở đầu Đo kiểm tra khai thác là một khâu quan trọng trong quá trình khai thác dầu khí. Thiếu nó người ta không thể xác định được chính xác lưu lượng và dòng chảy thực chất vào hay ra tại mỗi điểm trong giếng. Quá trình đo kiểm tra khai thác cung cấp những thông tin cần thiết cho việc phân tích và đánh giá trạng thái của của các giếng đang khai thác, ví dụ như: - Ở các độ sâu nào đang khai thác, độ sâu nào dung dịch chảy ngược ra; - Tại đó chất lỏng nào đang phun (dầu thô hay nước); - Lưu lượng tại đó; - Độ thẩm thấu giữa các lớp; - Trạng thái ống khai thác (lành lặn hay rò rỉ); Qua đó thực hiện các quyết định cho phép dự đoán và xử lý sớm sự cố, tối ưu hóa các chế độ khai thác. Để đo kiểm tra khai thác người ta sử dụng các thiết bị sau: Trạm đo trên mặt đất - là hệ thống thiết bị có nhiệm vụ cấp nguồn cho các máy giếng, tạo các lệnh điều khiển máy giếng, nhận dữ liệu từ máy giếng, giải mã số liệu, lọc nhiễu, tính toán, ghi file, in ấn. Thiết bị đo trên mặt đất nối với các máy giếng qua cáp địa vật lý. Cáp đo trong kiểm tra khai thác là cáp 1 lõi. Trên 1 lõi đó trạm truyền nguồn nuôi và lệnh cho máy giếng, máy giếng truyền dữ liệu lên trạm. Các máy giếng đo kiểm tra khai thác bao gồm: - Máy đo lưu lượng có hướng. - Máy đo mật độ nước. - Máy đo nhiệt độ. - Máy đo áp suất. - Máy đo tỷ trọng. - Máy đo gamma. Trang 48
66. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 - Máy đo CCL (Casing Colar Locator). - Máy đo đường kính ba càng hoặc nhiều càng. - Máy Telemetry. - Máy đo siêu âm. - Máy truyền hình giếng dùng Video Camera. Trong chương này của báo cáo này sẽ trình bày các kết quả nghiên cứu trạm đo mặt đất và 9 loại máy đo đầu tiên. Các thiết bị đo kiểm tra khai thác có một số đặc điểm sau: - Hoạt động trong môi trường cực kỳ khắc nghiệt: áp suất tới 17000PSI, nhiệt độ tới 350°F(177°C). - Kích thước của máy rất nhỏ để có thể thả lọt vào trong cần khai thác. - Khối lượng máy phải nhỏ để cáp đo chịu được tải trọng của máy. - Độ tích hợp cao để mỗi lần thả máy có thể đo nhiều tham số, giảm tối đa thời gian chiếm giếng Do tính phức tạp của các máy đo kiểm tra khai thác, trên thế giới không có nhiều hãng sản xuất các lọai máy đo này. Có thể kể đến các hãng Sondex, Computalog, Geoservices, TverGeophysics, Schlumberger Liên doanh dầu khí VSP dùng máy của Sondex, Computalog. Máy giếng đo kiểm tra khai thác chưa sản xuất được ở Việt nam, không những thế, mỗi khi máy hỏng phải gửi đi sửa chữa và chuẩn chỉnh ở nước ngoài, tốn kém về thời gian, tiền bạc và không đáp ứng kịp nhu cầu sản xuất. Trong các phần đã báo cáo trước đây của đề tài đã đề cập tới hai vấn đề lớn trong đo lường địa vật lý giếng khoan: Đo thăm dò (Open hole logging). Thử vỉa (Well Testing). Mục đích của phần còn lại của đề tài là nghiên cứu các máy đo kiểm tra khai thác, cụ thể là máy của hãng Computalog, qua đó nắm bắt được công nghệ chế tạo máy đo kiểm tra khai thác và cải tiến, nâng cấp một vài bộ phận trong các máy giếng Computalog. Trang 49
67. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 4.2 Nghiên cứu máy đo kiểm tra khai thác họ Computalog Các máy đo kiểm tra khai thác dù của Computalog, Sondex, Schlumberger hay bất kỳ hãng nào khác đều có chung một cấu trúc hệ thống, đó là trạm đo và xử lý số liệu trên mặt đất, cáp địa vật lý và máy giếng. Các máy giếng thuờng được nối với nhau thành chuỗi, được đánh địa chỉ và giao tiếp với mặt đất mỗi khi nhận được yêu cầu. 4.2.1 Thiết bị đo trên mặt đất Trạm đo kiểm tra khai thác họ Computalog bao gồm vỏ trạm, hệ thống thiết bị điều khiển cáp, hệ thống thiết bị đo lường. Hệ thống thiết bị đo lường có nhiệm vụ: - Cấp nguồn nuôi cho máy giếng. - Truyền lệnh cho máy giếng. - Nhận và xử lý tín hiệu do máy giếng truyền lên. Đồng bộ số liệu theo độ sâu. - In ấn và lưu trữ số liệu. Sơ đồ khối của trạm thể hiện trên hình 4.1. Hệ thống thiết bị bề mặt sử dụng máy tính MINI HP (1) thế hệ cũ, số liệu truyền ra ngoài qua cổng RS232 rất chậm và bất tiện. 4 5 PC Bus RS232 1 2 7 6 3 Hình 4.1: Sơ đồ khối trạm đo kiểm tra khai thác Computalog. 1. HP Computer; 2. Tool Interface; 3. DC Power Supply; 4.Thermal Printer; 5. Depth & Tension Block; 6. Tools; 7. Software Trang 50
68. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Thiết bị phối ghép với máy giếng (2) giao tiếp với máy tính qua đường Bus của máy tính. Cách phối ghép này có ưu điểm về mặt tốc độ nhưng hạn chế về độ an tòan bởi vì đường nguồn cấp cho máy giếng có thể lên tới 200VDC. Trong trường hợp sự cố, điện áp cao có thể xộc thẳng vào máy tính. Chương trình phần mềm của trạm chạy trên môi trường DOS (7), cũng không còn thích hợp trong thời điểm hiện nay. 4.2.2 Phương thức truyền thông tin Trong sơ đồ khối mô tả trên hình 4.1. máy giếng (tools) là một tổ hợp các máy đo được nối thành chuỗi và được nối với mặt đất bằng một sợi cáp 1 lõi. Trên cáp đó vừa cấp nguồn nuôi, vừa truyền lệnh trên mặt đất xuống, dữ liệu từ dưới lên. Trong tổ hợp máy giếng, bao giờ cũng có máy Telemetry. Máy Telemetry nằm ở vị trí đầu tiên của chuỗi, tiếp theo là các máy giếng khác. Vị trí cuối cùng sẽ là máy đo lưu lượng hoặc máy đo đường kính. Máy Telemetry làm nhiệm vụ biến đổi nguồn nuôi từ bề mặt cấp thành nguồn nuôi điện áp thấp cho các máy giếng sử dụng, ngoài ra máy nhận lệnh từ bề mặt, biến đổi thành dạng thích hợp, truyền sang máy giếng, nhận số liệu từ máy giếng, biến đổi thành dạng thích hợp truyền lên bề mặt. Các thông tin chi tiết hơn về Telemetry có thể xem trong phụ lục C. Hình 4.2. Dạng tín hiệu lý tưởng truyền từ mặt đất xuống máy giếng. A. Trường hợp không có cáp (LengCable < 1m); B. Trường hợp có cáp nhưng không có nguồn cho máy giếng; C. Tín hiệu lý tưởng trên tool line _ đường cáp giữa Telemetry và các máy giếng khác. Trang 51
69. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Ghi thức trao đổi tin giữa mặt đất và máy Telemetry là truyền nối tiếp, 2 chiều, đơn công. Mỗi gói dữ liệu gồm 2 byte, mỗi byte gồm 1 bit start + 8 bit só liệu +1 bit parity + 1 bit stop. Lệnh từ trên mặt đất truyền xuống gồm 1 byte address + 1 byte command. Dữ liệu từ dưới gửi lên là 2 byte số liệu. Do mật độ nhiễu trên giàn khoan rất cao và khoảng cách truyền rất xa (độ sâu của giếng khoan từ 4km đến 6km) nên tốc độ truyền thường chỉ đạt 4800 Baud. Do tụ ký sinh của đường truyền rất lớn (1µF) và tổng trở đường dây tới 200Ω, nên cáp địa vật lý trở thành bộ lọc RC đối với các tín hiệu trên. Trong máy Telemetry phải dùng kỹ thuật lấy mẫu để nhận biết lệnh rồi mới truyền cho các máy khác. Tín hiện truyền trên cáp địa vật lý là tín hiệu 3 mức. Tín hiệu truyền giữa các máy giếng (tool line) là tín hiệu hai mức. Trên thực tế, do truyền chung với đường nguồn nuôi máy giếng tín hiệu bị méo đi nhiều, lệch cả về biên độ lẫn độ rộng xung. Một chu trình làm việc của máy giếng như sau: • Interface trên bờ truyền xuống 11 bit địa chỉ, Telemetry giải mã và truyền tức thời 11 bit địa chỉ đó lên tool line. • Ngừng 3-5 micro sec. • Interface trên bờ truyền xuống 11 bit lệnh, Telemetry giải mã và truyền tức thời 11 bit lệnh lên tool line. • Tạm dừng 150 micro sec. • Máy giếng được chọn truyền 2 byte dữ liệu (22 bit) lên, Telemetry nhận dữ liệu đó, chuyển dạng và truyền lên bờ. • Tạm dừng chờ địa chỉ và lệnh mới. Điện áp trên đường tool line là 25V hoặc 70V trong trường hợp có đóng mở càng. Điện áp trên đường cáp đo địa vật lý (giữa Telemetry và thiết bị mặt đất) là 150V (trường hợp ít máy) hoặc tới 190V (trong trường hợp nhiều máy). Thông tin chi tiết hơn về phương thức truyền có thể tìm hiểu trong sơ đồ máy Telemetry. Trang 52
70. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 4.2.3 Cấu trúc máy giếng Máy giếng có thể chia làm 2 chủng loại: máy Telemetry và các máy giếng khác. Như trên đã mô tả máy Telemetry có cấu trúc riêng không giống các máy còn lại. Xem hình 4.3. Khối Comm Master 1 là khối tạo nguồn nuôi 5Vdc, 25Vdc, 70Vdc cho máy Telemetry và các máy giếng khác. Khối Master Comm 2 nhận tín hiệu từ máy giếng, mã hóa và truyền lên bề mặt. Khối Master Comm 2 đồng thời nhận tín hiệu từ bề mặt, lấy mẫu, biến đổi số và truyền xuống máy giếng. Khối Comm I/F Flextak (3) thực hiện nhiệm vụ giải mã lệnh từ bề mặt để diều khiển các chế độ cấp nguồn của máy Telemetry. Line 150VDC – to surface 2 1 3 Tool Line – to tools Hình 4.3. Sơ đồ khối máy Telemetry. 1. Khối Master Comm 1; 2. Khối Master Comm 2; 3. Khối Comm I/F Flextak Các máy giếng còn lại có cấu trúc giống nhau (hình 4.4), tuy thiết kế chi tiết của các khối rất khác nhau. Khối Comm I/F Flexstak (1) có nhiệm vụ liên lạc với máy Telemetry qua đường ToolLine. Nhận tín từ Tool Line, Comm I/F Flexstak giải mã địa chỉ, nếu đúng địa chỉ Command sẽ được giải mã và được thực hiện. Lúc đó nguồn của cảm biến mới được cấp. Tùy thuộc vào từng chủng loại cảm biến mà khối nguồn (3) có thiết kế khác nhau. Các cảm biến nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, CCL, mật độ nước dùng nguồn điện áp thấp. Các gamma detector dùng điện áp 1300V có điều khiển. Mạch ổn định điện áp cao của các gamma detector sử dụng phổ gamma thu được trong quá trình đo và các thuật toán điều khiển được lập trình trong linh kiện của Altera. Trang 53
71. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 Khối Sensor logic (4) có các nhiệm vụ khác nhau trong các máy khác nhau. Đối với các máy đo dùng tia phóng xạ, khối Sensor logic làm nhiệm vụ điều khiển nguồn cao áp và đo phổ gamma. Đối với các máy khác, khối Sensor logic điều khiển quá trình lấy mẫu, biến đổi A/D, chốt dữ liệu sang khối Comm I/F Flexstak. Tool Line 1 4 3 2 5 Hình 4.4. Sơ đồ khối máy giếng. 1. Khối Comm I/F Flexstak; 2. Khối khuyếch đại; 3. Khối nguồn cho cảm biến; 4. Khối sensor logic; 5. Sensor. Comm I/F Flexstak (1) là khối giống nhau trong tất cả các máy. Các khối còn lại tuy có chức năng giống nhau nhưng thiết kế chi tiết của các máy hoàn toàn khác nhau, phụ thuộc vào các cảm biến và các bộ khuyếch đại. Các thông tin chi tiết hơn có thể xem trong phụ lục C phần sơ đồ nguyên lý máy giếng. 4.2.4 Nguồn máy giếng trong môi trường nhiệt độ cao Trong môi trường nhiệt độ cao, cần quan tâm tới phản ứng của từng linh kiện được sử dụng trong máy. Ví dụ như tụ X7R có thể giảm từ 0% tới 80% trong khoảng nhiệt độ từ 20°C tới 260°C, trong khi đó tụ Tatalium lại tăng từ 0% tới 20%, tụ NPO từ 0 tới 30ppm [19]. Cũng như vậy, các loại điện trở khác nhau cũng có những phản ứng rất khác nhau ở môi trường nhiệt độ cao [18]. Các linh kiện thụ động có khả năng chịu nhiệt đến 200°C còn các linh kiện bán dẫn và các chip chỉ làm việc tới 80°C đối với linh kiện công nghiệp hoặc tới 125°C với linh kiện quân sự. Ngoài dải nhiệt độ đó, tất cả các tham số kỹ thuật đều có thể thay đổi, Trang 54
72. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài KC.03.14 đặc biệt là nguồn tiêu thụ của các linh kiện. Đối với các linh kiện nguồn, ngoài ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường còn chịu nhiệt độ do chính bản thân các linh kiện tỏa ra khi hoạt động. Do đó việc xác định năng lượng tiêu thụ của từng linh kiện ở nhiệt độ cao khi thiết kế bộ nguồn nuôi là rất quan trọng. Line 150VDC – to surface 1 2 3 4 6 5 Tool Line – to tools Hình 4.5. Sơ đồ khối nguồn nuôi máy Telemetry cũ. 1. Bộ bảo vệ; 2. Nguồn 70VDC; 3. Nguồn 40VDC; 4. Bộ dao động 25Khz; 5. Nguồn 25VDC; 6. Bộ điều khiển. Thêm vào đó kích thước của máy giếng không cho phép thiết kế những bộ nguồn có kích thước tảo nhiệt lớn. Vì vậy phải thiết kế bộ nguồn rất ít linh kiện mà vẫn đảm bảo được các chức năng và tính năng kỹ thuật cần thiết. Điện áp cấp cho chuỗi máy giếng trong khoảng 150V/70mA-190V/110mA phụ thuộc vào số lượng máy. Máy Telemetry thực hiện việc biến đổi nguồn điện trên thành 25VDC/300mA để truyền xuống các máy còn lại. Khi nhiệt độ tăng lên cao 176°C dòng xuất ra sẽ bị giảm còn 2/3 dòng danh định. Sơ đồ khối bộ nguồn của Telemetry mô tả trên hình 4.5. Bộ điều khiển nguồn thực hiện việc đóng hoặc ngắt nguồn, cho phép tại một thời điểm chỉ có một trong 2 nguồn 25V hoặc 70V nối với tool line. Nguồn 70V là bộ nguồn không ổn áp, nguồn 25V là nguồn ổn áp kiểu bù. Nguồn 40V là bộ nguồn xung với tần số và độ rộng xung Trang 55