طراحی و ساخت سیستم مانیتورینگ دائمی فشار و دمای درون چاه‎های نفت و گاز

///طراحی و ساخت سیستم مانیتورینگ دائمی فشار و دمای درون چاه‎های نفت و گاز

در حدود ۲۰ سال پیش، سیستم‎های دائمی برای مانیتورینگ دما و فشار در داخل Down hole پیش معرفی شدند. در سیستم قدیمی، گیج دما و فشار داخل یک پکیج قرار گرفت و با استفاده از یک لاین نرم و صاف داده‌ها‌ انتقال می‎یافت. در سیستم‎های مدرن، سنسورهای دما و فشار طراحی‌شده برای نصب دائمی در Down hole مورد استفاده قرار گرفته‌اند که این سیستم‌ها قادرند فشار آنالوس و tubing را مانیتور کنند و همچنین می‌توانند با استفاده از عبور جریان دو فازی مایع از داخل یک ونتوری دبی جریان را نیز مشخص کنند. دستگاه‎های ثبت کننده مختلفی نیز ممکن است در wellhead مورد استفاده قرار گیرد که بتوانند داده‌های دیگری را ثبت کنند و آن‌ها را انتقال دهند.

در حدود ۲۰ سال پیش، سیستم‎های دائمی برای مانیتورینگ دما و فشار در داخل Down hole پیش معرفی شدند. در سیستم قدیمی، گیج دما و فشار داخل یک پکیج قرار گرفت و با استفاده از یک لاین نرم و صاف داده‌ها‌ انتقال می‎یافت. در سیستم‎های مدرن، سنسورهای دما و فشار طراحی‌شده برای نصب دائمی در Down hole مورد استفاده قرار گرفته‌اند که این سیستم‌ها قادرند فشار آنالوس و tubing را مانیتور کنند و همچنین می‌توانند با استفاده از عبور جریان دو فازی مایع از داخل یک ونتوری دبی جریان را نیز مشخص کنند. دستگاه‎های ثبت کننده مختلفی نیز ممکن است در wellhead مورد استفاده قرار گیرد که بتوانند داده‌های دیگری را ثبت کنند و آن‌ها را انتقال دهند.

علاوه بر این، سیستم مانیتورینگ چاه‎ها مجهز به تجهیزاتی نظیر سنسورهای دائمی برای Down hole، سنسورهای سطحی، کنترل‌کننده‌های سطحی، Remote Terminal Unit (RTU)، کنترل از راه دور (از طریق رادیو، خط تلفن، Leased lined، private network و غیره) و نرم‌افزارهای کاربردی برای کنترل ایمنی چاه و تولید بهینه و افزایش ضریب بازیافت آن هستند. سیستم‎های مانیتورینگ این امکان را فراهم می‎آورند تا بتوان چاه‎ها و مخازن را به‌صورت آنلاین از راه دور مانیتور کرد به‌طوری‌که فاصله محل کار تا چاه ممکن است به هزاران کیلومتر برسد. همچنین اجازه می‎دهد تولید، نگهداری و مدیریت میدان تا زمان عمر مخزن (از ابتدای حفاری تا مرحله ثانویه برداشت) بهینه گردد. لازم به ذکر است، اندازه‌گیری پارامترهای مختلف نظیر دما، فشار، دبی و غیره می‎تواند به سطح انتقال یابد. فرآیند SRO (surface read out) دارای مزایای قابل‌توجهی ازجمله تولید داده به‌صورت آنلاین است.

در برخی از کاربردها که از نظر اقتصادی در سطح پایین‎تری قرار دارند، می‎توان بدون نیاز به SRO این کار را انجام داد. این امر باعث کاهش هزینه‎های عملیات و تعمیرات خواهد شد. اما مشکل استفاده از این‌گونه تجهیزات، تضمین کیفیت داده‎های به‌دست‌آمده است که شامل زیان‌های عملیاتی قابل‌توجهی است که در صورت اختلال در عملکرد تجهیزات ثبت کننده در bottom hole ایجاد می‎گردد. به همین دلیل، down hole recording (DHR) باید تنها در زمانی مورد استفاده قرار گیرد که هدفِ اندازه‌گیری، بستگی به زمان stabilization نداشته باشد یا اینکه زمان تثبیت کاملاً مشخص باشد (به‌طور مثال اندازه‎گیری فشار متوسط مخزن در یک مخزن با تحرک پذیری مشخص). بسیاری از صنایع به هر دو ابزار SRO و DHR مجهز هستند. بخش اندازه‌گیری این ابزارها معمولاً هر دو گزینه را دارد. در گزینه SRO، سنسورهای الکترونیکی به یک سیستم اندازه‌گیری از راه دور کوپل می‌شود تا بتواند کار انتقال به بالا را انجام دهد و کابل، انرژی مورد نیاز برای این کار را تأمین می‌کند.

در گزینه DHR، باتری‎های موجود در down hole انرژی مورد نیاز را تأمین می‌کنند و داده‎ها در بردهای حافظه ذخیره می‌شوند و می‎توان در آینده این اطلاعات را بازخوانی کرد. به‌طورکلی سیستم‎های مانیتورینگ دائمی که در Down hole قرار می‎گیرند توسط رشته تکمیل به نزدیک عمق مخزن برده می‎شوند تا بتوانند اطلاعات دقیق‎تری جمع‎آوری کنند. شکل (۱) کلیه بخش‎های مربوط به تجهیزات و چگونگی ارسال این اطلاعات به سطح را به‌صورت شماتیک نشان می‎دهد. همچنین بخش‎های جزئی مربوط به بخش درون‌چاهی در شکل (۲) نشان داده شده است.

شکل (۱) بخش‎های مربوط به تجهیزات و چگونگی ارسال این اطلاعات به سطح

 

شکل (۲) بخش‎های جزئی مربوط به بخش درون‌چاهی

 

این سیستم‌ها با استفاده از کابل با سطح در ارتباط هستند و تمامی طول رشته تکمیل را دربر می‌گیرد و با استفاده از اتصالات مناسب به خارج از wellbore برده می‎شوند. Telemetry پیشرفته این امکان را فراهم می‎آورد تا این سنسورها در هر زمان و در طول مدت حیات مخزن کار جستجو را انجام دهند. امروزه بیشتر این سیستم‎ها در عملیات، وظیفه ثبت دما و فشار ته چاه را به عهده دارند.

همچنین سیستم‎های دائمی برای کاربردهای مانیتورینگ، مهندسی شده‎اند و برای مدت‌زمان طولانی قابل استفاده هستند. قطعات الکترونیکی دیجیتال با گیج‌های آن طوری طراحی شده‎اند که در دامنه وسیعی از دما بدون نیاز به نگهداری مورد استفاده قرار گیرند. نکته‎ای که در این بخش حائز اهمیت است این است که مشخصه‎های اندازه‎گیری این قطعات بیشتر بر پایداری در زمان طولانی تکیه دارد تا پاسخ دینامیکی سریع، به همین دلیل انتخاب سنسور مناسب از اهمیت ویژه‎ای برخوردار است و در همین راستا کریستال‌های کوارتز به همراه یاقوت کبود در این سنسورها مورد استفاده قرار گرفته‎اند.

 

سنسورهای مناسب

حداقل کاری که یک گیج قرار داده شده در Down hole انجام می‎دهد اندازه‎گیری دما و فشار است. گیج‎های دیگری نیز ممکن است به آن اضافه گردد (بالای سه عدد گیج به یک تک کابل) تا بتوان فشار آنالوس یا دبی جریان Down hole را (با استفاده از یک ونتوری) اندازه‎گیری کرد که از این دسته می‎توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • Pressure Watch Quartz نسل جدیدی از دستگاه‎های اندازه‌گیری فشار و دما است که برای اطمینان از پایداری و زمان عمر مناسب کاملاً با کریستال‌های کوارتز پلمپ شده و توسط شرکت Schlumberger انجام شده است.
  • Pressure Watch Sapphire نیز نسل جدیدی از سنسورهای اندازه‌گیری دما و فشار است که دارای قطری در حدود ¾ اینچ می‌باشد و انعطاف‌پذیری بسیار بالایی در طراحی تکمیل دارد.
  • Pressure Watch Twin Sapphire نیز یک سنسور دوگانه است که دارای قطری در حدود یک اینچ است و انعطاف‌پذیری بسیار بالایی در طراحی تکمیل دارد. همچنین برای اندازه‌گیری فشار داخل آنالوس و tubing می‎تواند مورد استفاده قرار گیرد.
  • FloWatcher فلومتر down hole است که برای اندازه‎گیری فشار، دما، دبی و دانسیته سیال می‎تواند مورد استفاده قرار گیرد. این سنسور می‌تواند برای بهینه‌سازی تولید، تشخیص و شناسایی مشکلات تولید به کار رود.

معمولاً کار انتقال داده‎ها از طریق کابل الکتریکی انجام می‎گردد. همچنین این اطلاعات می‎تواند در حافظه دستگاه اندازه‎گیری در Down hole ثبت گردد و به مرکز جمع‌آوری اطلاعات فرستاده شود که انرژی این کار از طریق باتری تأمین می‎گردد.

کابل‎هایی که برای نصب دائمی طراحی می‎شوند باید در برابر فشار، دما و سیالاتی با خورندگی بالا مقاوم باشند. همچنین این کابل‎ها باید از نظر مکانیکی طوری طراحی شوند که در طول مدت نصب نیز دچار آسیب نگردند به همین خاطر معمولاً کابل‎های single conductor مورد استفاده قرار می‎گیرند. اتصالاتی نیز که برای این کار مورد استفاده قرار می‎گیرند باید طوری طراحی شوند که دوام بالایی داشته باشند. این اتصالات شامل اتصالات ته چاهی (توان و فشار)، gauge mandrel و اتصالات uphole هستند. بسته به اینکه wellhead در روی خشکی و یا سطح دریا (بر روی سکو) یا زیر دریا قرار گرفته باشد پیچیدگی‎هایی را در نصب و راه‌اندازی در سطح ایجاد می‌کند. برای چاه‌های زیر دریا، سیستمی که مورد استفاده قرار می‌گیرد به‌طور نمونه از طریق سیستم‌های جمع‌آوری داده‌های موجود و متصل به مرکز این کار را انجام می‌دهد. بر روی سکوها نیز، چندین گیج دائمی ممکن است به یک بخش سطحی مستقل متصل باشند و ارتباطات و موارد اندازه‎گیری شده از طریق لینک‌های استاندارد یا پیشرفته نظیر ماهواره منتقل گردد. شکل (۳) نمونه‎ای از داده‎های پیوسته جریانی را نشان می‌دهد که طی مدت ۸۰ روز ثبت شده است و در آن فشار برای بهینه‌سازی تولید مورد استفاده قرار گرفته و نرخ تولید در سطح مکرراً بر اساس فشار جریان ته چاه تنظیم شده است.

شکل ۳- بازخوانی داده‌های ثبت شده در طول مدت ۸۰ روز از گیجی که به‌طور دائم نصب شده است

 

با توجه به مطالبی که ذکر شد، به دلیل دمای بالای سیال درون چاه‎های نفت که تا ۲۰۰ درجه سانتی‎گراد می‎رسد تا سال‌ها امکان نصب سیستم‎های الکترونیک وجود نداشت همچنین از دیگر چالش‎های پیش روی مسئله، خورندگی بالای سیال کابل‎کشی در چنین سیستم‎هایی است. استفاده از قطعات HT در تجهیزات الکترونیکی و نیز پوشش تقویت شده با فولاد ضدزنگ می‌تواند ازجمله اهداف این طرح باشد. استفاده بهینه از حداقل توان قابل‌ارسال به درون چاه و پردازش بلادرنگ داده‎ها در دمای بالا و نیز ارسال داده‎ها به مسافتی بیش از ۳ کیلومتر از درون چاه با کمترین توان و دکود کردن اطلاعات نیز از مفاهیم مهم در این پروژه است که باید مدنظر قرار گیرد.

در مهندسی و مدیریت مخازن، داشتن اطلاعات دقیق و به‌روز از پارامترهای درون‌چاهی مانند دما، فشار و دبی سیال اولین قدم در راستای هوشمندسازی چاه‎ها و مخازن است. شرکت‎های داخلی تاکنون به دلیل تحریم‎ها از این اطلاعات محروم بوده‎اند و شرکت‎های سازنده این تکنولوژی نیز به دلیل پیشرفته بودن این سیستم‌ها محدود هستند. به همین دلیل مهندسین مخازن تاکنون مجبور به تخمین پارامترهای درون‌چاهی بر اساس اطلاعات سطحی بوده‎اند که این اطلاعات از طرفی دقت پایینی دارد و از طرف دیگر در بازه زمانی طولانی به‌روز می‎شوند.

بر اساس اطلاعات جمع‌آوری‌شده در این زمینه، دستگاه اندازه‌گیری فشار و دمای چاه‌های نفت و گاز که در دسته تجهیزات درون‌چاهی قرار دارد از چهار بخش اصلی حسگرها، بردهای الکترونیک، باطری و بدنه ابزار تشکیل شده‌اند. با نصب این دستگاه، اندازه‎گیری پارامترهایی نظیر دما و فشار و دبی و غیره به‌صورت آنلاین مهیا می‌شود که بر اساس آن می‎توان اطلاعات کاملی از چاه به دست آورد. این سنسورها برخی در سطح و برخی در عمق نصب می‎شوند که در حقیقت به دودسته نصب در Surface و نصب در Down hole دسته‎بندی می‎گردند:

با توجه به اینکه این سنسورها می‎توانند در Down hole نصب شوند لذا باید این قابلیت را داشته باشند تا دمای بالای درون چاه را تحمل کنند و همچنین باید به‌گونه‌ای ساخته شوند که بتوانند در دمای بالاتر از ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد و در فشار تا psi ۲۰۰۰۰ عملکرد مناسبی داشته باشند و برای مدت‌زمان طولانی قابل استفاده باشند. بنابراین به‌کارگیری از مواد مناسب در ساخت این‌گونه تجهیزات ازجمله مواردی است که باید با دقت انتخاب گردد. نکته دیگری که باید مدنظر قرار گیرد این است که اطلاعاتی که توسط این سنسور اندازه‎گیری می‎شود باید به مکانی دورتر از سطح فرستاده شود که برای این کار انرژی قابل‌توجهی لازم است که باتری خورشیدی یکی از این تأمین‌کننده‌های انرژی است.

زمانی که سنسور در Down hole نصب شد باید اطلاعات جمع‌آوری‌شده را انتقال دهد که این کار از طرق مختلفی نظیر وایرلس و غیره انجام می‎گیرد. این سیستم از داخل پکر و از طریق tubing وارد آنالوس شده و در مکان مناسب قرار می‌گیرد که برای این کار از ابزارهای متعددی برای تثبیت آن استفاده خواهد شد.

در گذشته برای مدیریت و توسعه مخازن و جمع‌آوری داده‌ها، از تست‌ها و لاگ‌هایی استفاده می‌گردید که پیش از شروع تولید گرفته می‌شد. این داده‎ها مدت‌ها بعد جمع‌آوری می‌شد و ممکن بود ماه‎ها و بلکه سال‌ها به طول انجامد که همین امر مشکلاتی را در تولید ایجاد می‎کرد. لذا برای کاهش هزینه و زمان، جهت‎گیری‎ها به سمت نصب و راه‌اندازی سیستم‌های دائم مانیتورینگ پیش رفت تا با این تکنولوژی داده‎ها ثبت و سپس به سطح فرستاده شوند که این اطلاعات می‎تواند در تولید مؤثر باشند و به‌تبع آن بر طول عمر چاه تأثیر گذارند. به همین دلیل این هدف در مورد مخازن نفتی ایران نیز مدنظر قرار گرفته است که برداشت هوشمندانه از آن‌ها موجب افزایش تولید در بلندمدت خواهد شد. بدین منظور باید رفتار مخازن و چاه‎ها در نرم‌افزارهای ویژه‎ای تحلیل شوند. مهم‌ترین داده‎های ورودی نرم‌افزارهای مذکور اطلاعات درون‌چاهی از لایه‎های مختلف بوده که تاکنون در ایران انجام نشده است، لذا این شرکت بزرگ حفاری چاه‌های نفت و گاز در نظر دارد درزمینه ” طراحی و ساخت سیستم مانیتورینگ دائمی فشار و دمای درون چاه‎های نفت و گاز” با دارندگان این فناوری تعامل و همکاری نماید.

  • سیستم باید بتواند حداقل bps 32 روی ۲۰۰۰ متر انتقال اطلاعات انجام دهد.
  • در دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد و فشار psi ۲۰۰۰۰ عملکرد مناسبی داشته باشد.
  • عمر سیستم در چاه‎هایی با دمای ۲۰۰ درجه سانتی‎گراد باید حداقل ۵ سال باشد.
  • پارامترهای نظیر دما، فشار و دبی قابل جمع‎آوری بصورت آنلاین باشند و این پارامترها با خطای ۱/۰ درصد اندازه‎گیری شوند.
  • مدیریت هوشمند بهره‎برداری از ۵۰ چاه

 

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)

  • طراحی و ساخت بورد پردازشی HT
  • طراحی و ساخت پردازشگر بلادرنگ پالس‌های دریافتی سطحی
  • استفاده از قطعات HT در تجهیزات الکترونیکی و نیز پوشش تقویت شده با فولاد ضدزنگ
  • خرید یونیت از تامین کننده‌های خارجی

نوع همکاری مطلوب :

  • مشارکت در توسعه
  • خرید تضمینی خدمت

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