طراحی و ساخت سیستم اندازه‌گیری حین حفاری (MWD)

///طراحی و ساخت سیستم اندازه‌گیری حین حفاری (MWD)
      • نگام حفاری‎های افقی و جهت‎دار، تعیین موقعیت BHA (Bottom hole assembly) از اهمیت ویژه‎ای برخوردار است. این موقعیت توسط سیستم MWD (Measuring while drilling) یا LWD (Logging while Drilling) محاسبه می‎شود که بخش درون‌چاهی آن بر روی لوله ‎حفاری (stand pipe) و بخش سطحی آن نیز بر روی Manifold لوله حفاری نصب می‌گردد. شکل (۱) نقش سیستم MWD در حفاری هدفمند یک چاه نفتی را نشان می‎دهد
      • نگام حفاری‎های افقی و جهت‎دار، تعیین موقعیت BHA (Bottom hole assembly) از اهمیت ویژه‎ای برخوردار است. این موقعیت توسط سیستم MWD (Measuring while drilling) یا LWD (Logging while Drilling) محاسبه می‎شود که بخش درون‌چاهی آن بر روی لوله ‎حفاری (stand pipe) و بخش سطحی آن نیز بر روی Manifold لوله حفاری نصب می‌گردد. شکل (۱) نقش سیستم MWD در حفاری هدفمند یک چاه نفتی را نشان می‎دهد

شکل ۱- شماتیکی از نقش سیستم MWD در حفاری هدفمند یک چاه نفتی.

به‌طورکلی سیستم MWD از سه بخش اصلی ساخته شده است که عبارت‌اند از:

  • بخش درون‌چاهی MWD که شامل: ۱٫ منبع تغذیه ۲٫ سنسورها ۳٫ ابزار ارسال سیگنال (transmitter) و ۴٫ سیستم کنترلی است که نمای آن در شکل (۲) نشان داده شده است.
  • بخش انتقال داده‎ها (MPT) که در حقیقت همان ستون گل در چاه است و پالس‎های فشاری از طریق آن به سطح منتقل می‎شوند.
  • بخش سطحی که پالس‎های فشاری را دریافت و رمزگشایی می‌کند و نتایج را به‌صورت عدد و نمودار نمایش می‎دهد.

شکل ۲- تصویر ابزار درون‏چاهی MWD و موقعیت آن نسبت به مته.

  • منبع تغذیه

با توجه به اینکه انرژی ابزار درون‌چاهی MWD (نصب‌شده بر روی لوله حفاری) توسط تجهیزات سطحی تأمین نمی‌شود، این انرژی باید در درون چاه تولید شود. دو نوع منبع تغذیه در ابزار درون‌چاهی MWD عبارت‌اند از:

۱- باتری‎های لیتیومی (با ظرفیت ۸۰۰ آمپرساعت) و ۲- توربین‎های ژنراتور.

در ابزار درون‌چاهی MWD که مجهز به سیستم پالس منفی هستند انرژی کمتری مورد نیاز است و از باتری به‌عنوان منبع تغذیه استفاده می‎شود درحالی‌که در سیستم‎های پالس‎ساز مثبت و فرکانسی که انرژی بیشتری مصرف می‎کنند، از توربین‎های ژنراتور به‌عنوان منبع تغذیه استفاده می‎شود. از طرف دیگر، در سیستم‎هایی که سنسورهای بیشتری نصب شده‎اند و حجم بیشتری از اطلاعات ارسال می‎شود، انرژی بیشتری مورد نیاز است و حتی در سیستم‎های پالس منفی نیز به‌جای استفاده از باتری، از توربین ژنراتور استفاده می‎شود. همچنین در سازندهای با دمای بالا که استفاده از باتری امکان‌پذیر نیست، توربین‎ها از اولویت برخوردارند. گرچه توربین‎ها مزایای بیشتری نسبت به باتری‎ها دارند، اما بیشتر در معرض صدمات مکانیکی هستند. برای محافظت توربین‎ها از کنده‎های حفاری که در گل حفاری معلق هستند و باعث بروز خسارت در پره‎های آن می‎شوند، از صفحات فیلتر استفاده می‌گردد.

 

  • سنسورهای موقعیت‌یاب سیستم MWD

تقریباً در تمامی سیستم‎های MWD از سنسورهای موقعیت‎یاب یکسانی برای محاسبه inclination، آزیموت و جهت BHA استفاده می‎شود. این سنسورها شامل سه جاذبه‏سنج (accelerometer) عمود بر یکدیگر و سه مغناطیس‎سنج (magnetometer) عمود بر هم می‎باشند. شکل‎ (۳) شماتیکی از موقعیت سنسورهای فوق در ابزار درون‌چاهی MWD را نشان می‎دهد.

شکل ۳- موقعیت سنسورهای جاذبه‏سنج و مغناطیس‎سنج در ابزار درون‌چاهی MWD

هر جاذبه سنج، مؤلفه میدان جاذبه زمین را در طول محور خود اندازه‎گیری می‎کند. شکل (۴) تصویر عملکرد و اجزای سازنده یک جاذبه سنج نوعی را به‌صورت شماتیک نشان می‎دهد. یک قطعه با اتصال به لولا در یک جهت قابل حرکت بوده و با شیب به یک سمت، به‌وسیله نیروی جاذبه به پایین کشیده شده و متقابلاً جریان عبوری از یک سیم‌پیچ روی آن افزایش می‌بابد تا با ایجاد حالت مغناطیسی درون بوبین، مجدداً آن وزنه را در موقعیت سابق خود قرار دهد. مقدار ولتاژ الکتریکی مصرف شده برای غلبه بر نیروی جاذبه، ثبت و گزارش می‎گردد. تلفیق نتایج هر سه جاذبه سنج که در محورهای سه گانه نصب شده‎اند، نه‌تنها برای محاسبه زاویه inclination بلکه برای محاسبه زاویه آزیموت و همچنین جهت BHA به کار می‎روند.

شکل ۴- عملکرد و اجزای سازنده یک جاذبه سنج در ابزار درون‌چاهی MWD

هر سنسور مغناطیس‌ سنج، مؤلفه میدان مغناطیسی را در طول یک محور اندازه‌گیری می‎کند. همان‌طور که در شکل (۵) نشان داده شده است، هنگامی‌که بوبین حلقوی (toroid) در میدان مغناطیسی خارجی قرار می‎گیرد، یک جریان الکتریکی در سیم‌پیچ آن القا می‎شود که شدت آن به سطح مؤثر سیم‌پیچ در میدان مغناطیسی یا همان زاویه بوبین حلقوی بستگی دارد؛ مانند سنسور جاذبه‎سنج، در این سنسور نیز ولتاژ دو سر مدار الکتریکی آن اندازه‌گیری می‎شود. برخلاف سنسور جاذبه سنج، تلفیق ولتاژ خروجی هر سه مغناطیس‌سنج در محورهای سه‌گانه فقط برای محاسبه زاویه آزیموت مورد استفاده قرار می‎گیرند.

شکل ۵- عملکرد سنسور مغناطیس‎سنج در ابزار درون‌چاهی MWD

  • سیستمهای سطحی (سیستم دریافت دادهها)

در تمامی سیستم‌های MWD یک آشکارساز فشار در تجهیزات سطحی قرار دارد که به manifold لوله حفاری متصل است. این آشکارساز باید به اندازه کافی حساس به تغییرات باشد تا تغییرات فشاری بسیار ناچیز (در حد psi100-50) را در بازه‎های زمانی کمتر از یک ثانیه ثبت نماید. سپس پالس‎های دریافت و رمزگشایی (decoding) می‌شود و اطلاعات مفید آن‌ها نمایش داده می‎شود.

ساده‎ترین سیستم سطحی، آشکارساز پالس‎های مثبت است. هنگامی‌که پالس‎های فشاری مربوط به inclination، آزیموت و جهت BHA به سطح رسیدند، به‌صورت binary رمزگشایی می‎شوند؛ در یک بازه زمانی هر پالس نمایانگر عدد یک و هر پالس نمایانگر عدد صفر است. این سیستم‎های سطحی به حجم زیادی نیاز نداشته و می‎توانند در اتاق کنترل دکل قرار گیرند.

سیستم MWD بخش اجتناب‌ناپذیر لوله حفاری و تجهیزات سطحی در شرکت‎های غربی می‌باشد درحالی‌که در شرکت‎های داخلی صرفاً در موارد خاص مورد استفاده قرار می‎گیرد. عدم خرید و بهره‌برداری از این سیستم باعث شده است که نیاز قابل‌توجهی به طراحی و ساخت آن در داخل کشور احساس شود. مزیت عمده سیستم MWD در حفاری، دریافت اطلاعات از موقعیت و جهت BHA در چاه، بدون تداخل با سایر فرایندهای حفاری است. در ساده‎ترین حالت، سیستم MWD مجهز به سنسورهایی است که inclination، آزیموت (azimuth) و جهت BHA را در چاه نشان می‎دهند؛ اما ابزارهای درون‌چاهی پیشرفته‎تر سیستم MWD که به LWD معروف‌اند، به سنسورهای بیشتری مجهز شده‎اند که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از: سنسورهای تعیین خواص پتروفیزیکی سازند (تراوایی، تخلخل، توزیع شکاف و غیره) و سنسورهای تعیین اطلاعات حفاری (وزن مته یا WOB و گشتاور مته یا torque). برخی از این سنسورها، دستگاه‌های اشعه گاما و تعیین رسانای الکتریکی سازند می‎باشند و حجم زیادی از داده‎ها از طریق گل به سطح منتقل می‎شوند. همچنین سیستم MWD مجهز به سیستم انتقال داده‎ها از طریق گل حفاری به سطح می‌باشد. داده‎های منتقل‌شده به سطح، رمزگشایی (decoding) می‌شوند و با فرمت عدد و نمودار ارائه می‎گردد. در ضمن، سیستم انتقال داده‎های سنسورهای MWD که بدون کابل و اتصالات الکتریکی است نیز به MPT (Mud pulse telemetry) معروف است. شکل (۶) شماتیکی از سیستم MWD و اجزای آن را نشان می‎دهد.

بدون استفاده از سیستم MWD نیز می‎توان موقعیت BHA در چاه را تعیین نمود. در این روش، از ابزار wireline استفاده می‎شود و اجرای آن منوط به راندن (running) ابزار wireline، ثبت داده‎ها و بیرون کشیدن (pooling) آن از لوله حفاری است. به‌طورمعمول، کسب اطلاعات از موقعیت BHA با روش قدیمی wireline حدود ۲-۱ ساعت و با روش MWD حدود ۴ دقیقه به طول می‎انجامد. گرچه اجرای سیستم MWD در حفاری بسیار پرهزینه‌تر از روش قدیمی wireline است اما سرعت دریافت اطلاعات از سیستم MWD و کاهش هدر رفت زمان (time saving) به‌شدت سودآورتر از هزینه اجرای آن است. همچنین عدم استفاده از روش wireline در چاه‎های افقی، به‌عنوان یک محدودیت جدی، شرکت‎های حفاری را به سمت استفاده از سیستم MWD تشویق و مجبور نموده است. لذا ساخت چنین سیستمی به‌عنوان هدف این شرکت مطرح می‎گردد.

    • سیستم باید بتواند حداقل ۳۲ نقطه از چاه را به‌صورت پیوسته مورد کاوش دما و فشار قرار دهد.
    • عمر سیستم در چاه‎هایی با دمای ۱۷۰ درجه سانتی‎گراد باید حداقل ۱۰ سال باشد.
    • پارامترهایی نظیر دما، فشار، زاویه، سرعت مته و غیره در انواع حفاری‎ها خصوصاً حفاری جهت‎دار قابل جمع‎آوری به‌صورت آنلاین بوده و این پارامترها با خطای ۱/۰ درصد اندازه‎گیری شود.
    • تأمین حد استاندارد پالس‎های موردنیاز برحسب واحد پالس بر دقیقه
    • تأمین توان موردنیاز در ابزار درون‌چاهی MWD برای تأمین و ارسال سیگنال به سطح
    • استفاده از آلیاژهای مناسب برای جلوگیری از خوردگی در درازمدت

    با توجه به اینکه این پروژه به لحاظ فنی در حوزه‌های مختلفی نظیر نرم‌افزار، مهندسی نفت و مخزن، زمین‎شناسی، مهندسی مواد، الکترونیک و مکانیک نیاز به تخصص دارد و باید بلاک‎های مختلف آن جهت اجرا به تیم‌های مختلفی سپرده شوند. لذا پروپوزال‌هایی که تمام الزامات فوق را برآورده نمی‌سازند نیز می‌تواند برای ارزیابی مدنظر قرار گیرد.

    با توجه به اینکه پروپوزال‌های دریافت شده توسط تیم ارزیابی موردبررسی قرار خواهد گرفت، این امکان وجود دارد که در مرحله ارزیابی و قبل از انتخاب مناسب‌ترین گزینه برای همکاری از فناوران سؤالاتی در خصوص شفاف‌سازی بیشتر پروپوزال‌ها پرسیده شود.

    جزئیات همکاری از طریق گفتگو و مشاوره با طرف‌های ذی‌ربط مشخص خواهد شد.

  • (راه‌حل‌های پیشنهادی برای حل مسئله، لزوماً محدود به پیشنهادی‌های زیر نخواهد بود)
    • استفاده از سیستم پردازش گل حفاری (سیگنال)
    • طراحی و ساخت گره‌های پردازشی درون‌چاهی
    • پروسس و رمزگشایی از داده‌های رسیده به سطح و تجزیه‌وتحلیل آن (DSP)
    • نصب و راه‎اندازی سیستم
    • استفاده از کابل
    • خرید کابل‌های درون‌چاهی
    • نصب و راه‎اندازی سیستم
  • خرید گره‌های پردازشی درون‌چاهی (با توجه به اصل امنیت داده‌ها و محدودیت‎های شرکت‎های سازنده در کار با شرکت‎های دولتی)
  • طراحی و ساخت کابل درون چاهی (در صورت استفاده از سیستم کابل برای گرفتن داده‌ها از درون چاه، طراحی و ساخت این سیستم نیاز به فرآیندهای هزینه‌بر متالوژی و مواد و نیز تست‌های پیچیده دارد که باید همگی در نظر گرفته شود).

نوع همکاری مطلوب :

مشارکت در توسعه

فراخوان

کلیه فناوران، شرکت های دانش بنیان، دانشگاه ها، پژوهشگاه ها و سایر شخصیت های حقیقی و حقوقی فعال در این زمینه می توانند پیشنهادهای خود را از طریق سایت یا پست الکترونیک Proposal@boomerangtt.com ارسال نمایند. همچنین به منظور کسب اطلاعات بیشتر با شماره های ۰۲۱۸۸۳۹۸۵۶۳ – ۰۲۱۸۸۳۹۸۵۴۳ تماس حاصل فرمائید.

هیچ دیدگاهی موجود نیست.

نظر خود را بگذارید

Your email address will not be published.

این را به اشتراک بگذارید