Телеметрическая система для газогеохимических исследований
Устройство предназначено для картирования нефтегазоносных регионов по распределению гелиевых ореолов и обеспечивает проведение полевых измерений содержания гелия в приземном слое воздуха и подповерхностном слое почвы (до глубин 1,0-1,5 м). В качестве анализатора пробы газа использован детектор гелия Не, преимущественно, переносной гелиевый течеискатель PHD-4 фирмы Varian. Для отбора пробы использован зонд со съемным оконечным удлинителем (щупом), перфорированным в погружной его части. В качестве регистрирующего устройства использован портативный компьютер (ноутбук). Телеметрический двусторонний канал приема-передачи информации образован между анализатором пробы газа, снабженным Bluetooth-адаптером LM048, подключенным к цифровому входу/выходу RS232 гелиевого течеискателя PHD-4, и портативным компьютером с интерфейсным блоком Bluetooth. Источником питания служит аккумуляторная батарея. Данные о координатах точки измерений контролируют с использованием GPS-антенны. Устройство обеспечивает сокращение сроков и выбор оптимального порядка проведения газогеохимической съемки. Специальная программа обработки данных измерений позволяет в реальном времени анализировать площадное распределение гелиевых ореолов. 1 нез.п. ф-лы 3 з.п. ф-лы 4 илл.
Полезная модель относится к средствам газогеохимической разведки и может быть использована, в частности, для картирования нефтегазоносных регионов по распределению гелиевых ореолов.
Известны телеметрические системы для сважинных измерений физических параметров среды, включающие скважинное оборудование с датчиками параметров, средства кодирования и передачи данных из скважины по телеметрическим каналам к наземному оборудованию, включающему приемники, средства преобразования сигнала и устройство сбора и обработки информации на базе компьютера / RU 16759, RU 2382197, разработки фирм Шлюмберже Текнолоджи Б.В. (NL), Varian, ООО «Нодэ Хэбэйская нефтяная технологическая корпорация» (Китай) и др./ Известные телеметрические системы позволяют получать сигнал с большой глубины и с большей достоверностью, характеризуются надежностью и точностью показаний за счет использования электронных датчиков с широким динамическим диапазоном измерения параметров, что обеспечивает заметный экономический эффект при поисковых работах и устройстве скважин.
Известна скважинная телеметрическая система / RU 2382197, пр.12.12.2008, 
2008148991/03, Шлюмберже Текнолоджи Б.В. (NL) /, которая содержит генератор импульсов давления, датчик давления, установленный в межтрубном пространстве в устье скважины, датчик давления в затрубном пространстве вблизи скважины, пакер для гидравлической изоляции затрубного пространства, датчик физического параметра призабойной зоны, установленный ниже пакера, устройство кодирования данных, установленное ниже пакера, устройство модулирования импульсов давления, расположенное в затрубном пространстве под пакером, блок сбора данных, расположенный на поверхности, передающий данные в блок декодирования. Устройство характеризуется высокой точностью и эффективностью телеметрии, однако оно не применимо для тонких газогеохимических исследований ввиду генерирования флуктуации среды в области измерений.
Известен скважинный прибор для телеметрии и активации малодебитных и простаивающих нефтяных скважин /RU 2296857, пр.06.02.2006, 2006103244/03, Орлов Л.Л. и др./, который содержит общий корпус, установленные в нем измерительную головку, решающее устройство (датчик времени, блок сравнения текущих значений параметров с пороговыми, блок схем И), исполнительное устройство (емкостной накопитель энергии, электронный коммутатор), и регистратор (съемная карта памяти). В устройстве расширены функциональные возможности скважинного прибора, однако он решает локальные задачи и не используется для площадной съемки.
Известные телеметрические системы обслуживают отдельные скважины и не используются для площадной газогеохимической съемки, в частности, гелиевой, для поиска перспективных нефтегазоносный районов, что ограничивает их эксплуатационные характеристики.
Известна телеметрическая система Orienteer MWD фирмы ГЕРС (Россия, г.Тверь), предназначенная для проведения исследований пространственного положения оси скважины (инклинометрии), управления и сбора данных всех типов за счет интегрирования скважинных и наземных модулей, смонтированных на базе передвижной станции. Основными компонентами системы являются скважинные модули, в составе: считывающий инклинометр с прибором контроля ударов и вибраций, гамма-узел, устройство для каротажа индукционного сопротивления, источник питания, преобразователь питания и передатчик; наземные модули в составе: датчик давления в напорной линии, системный интерфейсный блок и стационарный компьютер Geolink, установленные в передвижной станции, телеметрический канал связи и наземная система сбора и хранения данных, включающая блок наземного контроля, стационарный компьютер системы сбора и хранения данных, и периферийные устройства.
В скважинном модуле стандартный передатчик последовательно генерирует потери давления бурового раствора путем кратковременного открытия и закрытия внутреннего клапана для пропускания некоторого объема бурового раствора из внутренней части бурильной колонны в затрубное пространство, что создает импульсы давления в напорной линии, регистрируемые на поверхности через датчик давления. Сигналы датчика давления поступают в системный интерфейсный блок наземного модуля, регистрируются в форме кривой давления, фильтруются и передаются на персональный компьютер, где совместно с декодированными данными измерений других датчиков, установленных в скважинном модуле, они регистрируются в общей базе данных и анализируются в реальном времени с использованием компьютера и/или передаются по каналам телеметрической связи в наземную систему сбора и хранения данных для дальнейшей обработки.
При установке сети устройств возможны проведение одновременного измерения параметра скважин и оптимальный анализ разнообразных данных, относящихся к большой территории. Однако недостатком известного устройства можно считать ограниченность эксплуатационных характеристик, обусловленных наличием гидравлического канала связи скважины и наземного модуля, что не позволяет вести газогеохимический анализ скважины.
Известная телеметрическая система, включающая устройство отбора пробы с каналом подачи пробы, передвижной наземный модуль с анализатором пробы, интерфейсным блоком и стационарным компьютером, телеметрический канал связи, а также источник питания, выбрана в качестве наиболее близкого аналога заявляемой полезной модели.
Задача полезной модели состоит в расширении эксплуатационных характеристик телеметрической системы на проведение газогеохимических поисковых исследований по неглубоким скважинам одновременно на большой территории.
Задача решена тем, что в телеметрической системе, включающей устройство для отбора пробы с каналом подачи пробы, передвижной наземный модуль с анализатором пробы, интерфейсным блоком и стационарным компьютером, телеметрический канал связи, а также источник питания, в соответствии с полезной моделью, устройство для отбора пробы выполнено в виде зонда для отбора газогеохимической пробы, которое соединено с анализатором пробы посредством канала подачи пробы, при этом в качестве анализатора пробы выбран детектор гелия Не, а телеметрический канал связи образован беспроводным модулем Bluetooth, подключенным к анализатору пробы, и Bluetooth интерфейсным блоком стационарного компьютера.
Кроме того, зонд для отбора пробы выполнен со съемным оконечным удлинителем в виде щупа, перфорированного в погружной его части.
Кроме того, в качестве анализатора пробы выбран портативный гелиевый течеискатель модели PHD-4 фирмы Varian, цифровой вход/выход RS232 которого снабжен Bluetooth-адаптером LM048 для организации телеметрического канала.
Кроме того, в качестве стационарного компьютера выбран портативный компьютер (ноутбук), снабженный устройством для определения координат точки отбора пробы, в частности, GPS-антенной, подключенной к USB-порту.
Технический результат полезной модели состоит в организации телеметрического канала приема-передачи информации при измерении in situ содержания газа гелия Не в приземном слое воздуха и приповерхностном слое почвы как поискового признака наличия нефти и газа. Это позволяет сократить время поисковых работ на больших площадях, повысить точность измерений за счет снижения потерь анализируемого летучего газа гелия и обеспечить достоверность и результативность поисковых работ.
Сущность полезной модели поясняют фиг.1, на которой представлена блок-схема телеметрической системы для газогеохимического исследования, фиг.2, на которой представлена схема соединения зонда для отбора газогеохимической пробы с анализатором пробы - гелиевым течеискателем модели PHD-4 фирмы Varian, фиг.3, на которой представлена карта распределения содержания гелия в атмосфере по натурным измерениям в заданном районе и фиг.4, на которой представлена карта распределения содержания гелия в поверхностном слое почвы по натурным измерениям (там же, Западная Сибирь, Верхнеудосейский участок).
Телеметрическая система (фиг.1) содержит устройство для отбора пробы (зонд) (1), соединенный каналом подачи пробы (2) с анализатором пробы (3), к которому подключен источник питания (4) - аккумуляторная батарея, через интерфейсный блок (5) - портативный стационарный компьютер (ноутбук) (6) с устройством определения координат точки отбора пробы (7) в виде GPS-антенны и поключенный к источнику питания (4). В совокупности анализатор пробы (3), источник питания (4), интерфейсный блок (5) и портативный стационарный компьютер (6) образуют передвижной наземный модуль. При использовании в качестве анализатора пробы гелиевого течеискателя модели PHD-4 фирмы Varian к его цифровому входу/выходу RS232 присоединен беспроводной модуль (8) - Bluetooth-адаптер LM048, что совместно с интерфейсом Bluetooth (5) стационарного компьютера (6) обеспечивает образование помехоустойчивого телеметрического канала двусторонней связи для передачи данных анализатора пробы (3) на радиочастотах 2,4-2,48 ГГц (ISM-диапазон) и сигналов программного управления анализатором (3), а через устройство (7) - получение информации о координатах точки измерений с фиксацией времени измерения. За счет организации телеметрического канала с использованием технологии Bluetooth составляющие наземного модуля могут быть разнесены в пространстве, передача данных может быть произведена на несколько совместимых приемных устройств на удалении до 100 м, при этом передаваемые цифровые данные в случае утраты пакета информации будут переданы повторно. При необходимости портативный стционарный компьютер (6) может быть телеметрически связан известными методами с удаленной станцией сбора и хранения данных (на фиг.1 не показана).
Анализатор пробы (фиг.2), в качестве которого целесообразно использовать переносной гелиевый течеискатель модели PHD-4 фирмы Varian (США), обеспечивает измерение концентрации газа гелия Не в пробе вплоть до наинизшего значения 2 ppm (2:1000000 частиц). Зонд (1) по каналу подачи пробы (2) обеспечивает поступление анализируемого газа к мембранному насосу (9), пропускающему через кварцевую мембрану только атомы гелия Не в детектор гелия (10). Детектор (10) в виде камеры с электродами подсоединен к высоковольтному элементу (11), обеспечивающему нужное для измерений напряжение на электродах и связанному через усилитель (12) с микропроцессором (13), к которому также подключены мембранный насос (9) и нагреватель отработанного газа (14), обеспечивающий удаление отработанного газа. Управление микропроцессором (13) производится с использованием экранной клавиатуры (15). Поступление атомов гелия Не в камеру детектора (10) сопровождается появлением электрического сигнала, пропорционального парциальному давлению гелия, что регистрирует микропроцессор (13) и преобразует сигнал в величину текущей концентрации гелия в пробе. Время отклика прибора - менее 2 с, максимальный дрейф сигнала - 10 ppm/10 мин, диапазон рабочих температур от +5С до +35С, время непрерывной работы аккумуляторной батареи - 4 часа. Для целей отбора подповерхностной пробы при небольших рабочих глубинах скважин (1,0-1,5 м) зонд (1) для отбора пробы снабжен съемным оконечным удлинителем в виде щупа, перфорированного в погружной его части примерно на 1/10 длины. Перфорация предотвращает попадание частиц почвы в канал подачи пробы (2). Мембранный насос (9) для выбранной модели гелиевого течеискателя имеет штатные средства обратной продувки для восстановления работоспособности после проведения измерений.
Заявляемое устройство используют следующим образом. Телеметрическую систему собирают в полевых условиях по схеме фиг.1 и проверяют ее работоспособность, при этом при использовании в качестве анализатора пробы (3) гелиевого течеискателя PHD-4 к его цифровому входу/ выходу RS232 подключают беспроводной модуль (8) - Bluetooth-адаптер LM048. Процессом измерений управляют с использованием, в частности, компьютерной программы «Гелий ВШ» (Свидетельство 2010612829 от 26.04.2010 об официальной регистрации программы для ЭВМ). Производят измерения содержания гелия в атмосферном воздухе, причем цикл измерений включает в себя регистрацию 30 отсчетов с дискретностью 3 сек., что обеспечивает репрезентативность и достоверность измерений Затем бурят скважину (ручным буром или мотобуром) на глубину примерно 1,0-1,5 м, зонд (1) герметично соединяют с удлинителем, который погружают в скважину, при этом приустьевые части скважин в месте сопряжения с удлинителем тампонируют для исключения влияния атмосферного воздуха, и также производят регистрацию 30 отсчетов концентрации гелия с дискретностью 3 сек. Измерения на двух уровнях позволяют исключить влияние углеводородных загрязнений почвы, в которых накапливается гелий, на квазистационарную картину распределения глубинных потоков анализируемого газа. Данные измерений поступают через интерфейсный блок (5) в стационарный компьютер (6), архивируются и/или обрабатываются с привязкой к дате и времени измерений и параметрам точек измерений, определенных посредством устройства определения координат точки отбора пробы (7) (GPS-антенны). После цикла измерений происходит программное отключение анализатора пробы (3), и переход на следующую точку профиля и следующий цикл измерений. Для построения карты результаты точечных измерений концентрации гелия усредняют, рассчитывают среднее значение и дисперсию измеренных величин в точках измерений в воздухе и в приповерхностном слое почвы, определяют фоновые значения концентрации гелия и строят карты распределения величины превышения концентрации гелия над фоном, по корреляции которых судят о результатах газогеохимической съемки.
Описанная телеметрическая система на основе высокочувствительного переносного гелиевого течеискателя PHD-4 была использована для исследования перспектив нефтегазоносности Верхнехудосейского участка в Западной Сибири (фиг.3, фиг.4) по результатам гелиевой съемки по сетке 300×300 м. По результатам работ была построена карта перспектив нефтегазоносности коллекторов с улучшенной трещинной проницаемостью, выявленной по данным сейсморазведки. Выявление компактных контуров по картам пространственного распределения концентрации гелия в приповерхностном атмосферном слое и под поверхностью позволяет судить о перспективах дальнейшего освоения региона и обоснованно выбирать точки для первоочередного заложения скважин.
1. Телеметрическая система, включающая устройство для отбора пробы с каналом подачи пробы, передвижной наземный модуль с анализатором пробы, интерфейсным блоком и стационарным компьютером, телеметрический канал связи, а также источник питания, отличающаяся тем, что устройство для отбора пробы выполнено в виде зонда для отбора газогеохимической пробы, которое соединено с анализатором пробы посредством канала подачи пробы, при этом в качестве анализатора пробы выбран детектор гелия Не, а телеметрический канал связи образован беспроводным модулем Bluetooth, подключенным к анализатору пробы, и Bluetooth интерфейсным блоком стационарного компьютера.
2. Телеметрическая система по п.1, отличающаяся тем, что зонд для отбора пробы снабжен съемным оконечным удлинителем в виде щупа, перфорированного в погружной его части.
3. Телеметрическая система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве анализатора пробы выбран портативный гелиевый течеискатель модели PHD-4 фирмы Varian, цифровой вход/выход RS232 которого снабжен Bluetooth-адаптером LM048 для организации телеметрического канала.
4. Телеметрическая система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве стационарного компьютера выбран портативный компьютер (ноутбук), оборудованный устройством для определения координат точки отбора пробы, в частности GPS-антенной, подключенной к USB-порту.
