Измерение и контроль в технологических процессах нефтегазового производства

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Кубанский Государственный Технологический Университет»

(ФГБОУ ВО «КубГТУ»)

Институт нефти, газа и энергетики

Кафедра нефтегазового дела им. проф. Г.Т.Вартумяна

Контрольная работа

по дисциплине: «Измерение и контроль в технологических процессах нефтегазового производства»

Выполнил:

Студент группы 21-ОЗНМ-НД1

Направления 21.04.01 Нефтегазовое дело

Василенко Виталий Сергеевич

Вариант № 3

Проверил:

Доцент кафедры. Кандидат технических

Наук

Климов Вячеслав Васильевич



Содержание

Введение

1. Виды и методы измерений

1.1. Виды измерений

1.2. Методы измерений

2. Измерители уровня жидкости в скважинах

3. Контроль процессов углубления скважин

Заключение

Список использованных источников



Введение

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, открывая человеку действующие в природе закономерности. Высокопроизводительная, экономическая и безопасная работа технологических процессов требует применения современных методов и средств измерения величин, характеризующих ход производственного процесса и состояния оборудования

В соответствии с вариантом 3 будут рассмотрены следующие контроль-ные вопросы:

1) Виды и методы измерений;

2) Измерители уровня жидкости в скважинах;

3) Контроль процессов углубления скважин.



1.Виды и методы измерений

1.1 Виды измерений

Измерение -- совокупность операций по применению системы измерений для получения значения измеряемой физической величины.

Измерения могут быть классифицированы по метрологическому назначению на три категории:

Ненормированные;

Технические;

Метрологические.

Ненормированные - измерения при ненормированных метрологических характеристиках.

Технические - измерения при помощи рабочих средств измерений.

Метрологические - измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерений.

Ненормированные измерения наиболее простые. В них не нормируются точность и достоверность результата. Поэтому область их применения ограничена. Они не могут быть применены в области, на которую распространяется требование единства измерений. Каждый из нас выполнял ненормированные измерения длины, массы, времени, температуры не задумываясь о точности и достоверности результата. Как правило, результаты ненормированных измерений применяются индивидуально, т.е. используются субъектом в собственных целях.

Технические измерения удовлетворяют требованиям единства измерений, т.е. результат бывает получен с известной погрешностью и вероятностью, записывается в установленных единицах физических величин, с определённым количеством значащих цифр. Выполняются при помощи средств измерений с назначенным классом точности, прошедших поверку или калибровку в метрологической службе. В зависимости от того, предназначены измерения для внутрипроизводственных целей или их результаты будут доступны для всеобщего применения, необходимо выполнение калибровки или поверки средств измерений. Средство измерений, прошедшее калибровку или поверку, называют рабочим средством измерений. Примером технических измерений является большинство производственных измерений, измерение квартирными счётчиками потреблённой электроэнергии, измерения при взвешивании в торговых центрах, финансовые измерения в банковских терминалах. Средство измерений, применяемое для калибровки других средств измерений, называют образцовым средством измерений. Образцовое средство измерений имеет повышенный класс точности и хранится отдельно, для технических измерений не применяется.

Метрологические измерения не просто удовлетворяют требованиям единства измерений, а являются одним из средств обеспечения единства измерений. Выполняются с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера образцовым и рабочим средствам измерений. Метрологические измерения выполняет метрологическая служба в стандартных условиях, сертифицированным персоналом.

В дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» рассматриваются технические измерения.

Можно выделить следующие виды измерений.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени методы измерений подразделяются на:

статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;

динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.

По способу получения результатов измерений (виду уравнений измерений) методы измерений разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

При прямом измерении искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (например, измерение диаметра штан­генциркулем).

При косвенном измерении искомое значение величины определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

Совместными называют измерения двух или нескольких не одноимённых величин, производимые одновременно с целью нахождения функциональной зависимости между величинами (например, зависимости длины тела от температуры).

Совокупные - это такие измерения, в которых значения измеряемых величин находят по данным повторных измерений одной или нескольких одноименных величин (при различных сочетаниях мер или этих величин) путем решения системы уравнений.

По условиям, определяющим точность результата измерения, методы делятся на три класса.

Измерении максимально возможной точности (например, эталонные измерения), достижимой при существующем уровне техники.

Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторое заданное значение.

Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерения.

По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютное измерение основано на прямых измерениях величины и (или) использования значений физических констант.

При относительных измерениях величину сравнивают с одноименной, играющей роль единицы или принятой за исходную (например, измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика).

В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают поэлементный и комплексный методы измерения.

Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности (например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала).

Комплексный метод характеризуется измерением суммарного пока­зателя качества (а не физической величины), на который оказывают влияние отдельные его составляющие (например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.).

1.2 Методы измерений

Метод измерений - прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Можно выделить следующие методы измерений.

По способу получения значения измеряемых величин различают два основных метода измерений.

Метод непосредственной оценки - метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Метод сравнения с мерой - метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Разновидности метода сравнения:

метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения;

дифференциальный метод, при котором измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой;

нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (например, измерение электрического сопротивления по схеме моста с полным его уравновешиванием);

метод совпадений, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпа­дения отметок шкал или периодических сигналов (например, считывание размера по основной и нониусной шкалам штангенциркуля).

При измерении линейных величин независимо от рассмотренных методов различают контактный и бесконтактный методы измерений.

В зависимости от измерительных средств, используемых в процессе измерения, различают:

инструментальный метод;

экспертный метод, который основан на использовании данных нескольких специалистов (например, в квалиметрии, спорте, искусстве, медицине);

эвристические методы, которые основаны на интуиции. Широко используется способ попарного сопоставления, когда измеряемые величины сравниваются между собой попарно, а затем производится ранжирование на основании результатов этого сравнения;

органолептические методы оценки, которые основаны на использовании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха, вкуса). Например, оценка шероховатости поверхности по образцу зрительно или на ощупь.



2. Измерители уровня жидкости в скважинах

Различают уровень жидкости в скважине, статически соответствующий пластовому давлению т.е. когда уровень жидкости в скважине уравновешивается пластовым давлением, и динамически соответствующий забойному давлению, т.е. уровень, устанавливающийся в затрубном про-странстве скважины в процессе отбора из нее жидкости при работе глу-бинного насоса.

По принципу действия приборы для измерения уровня в скважине можно разделить на:

1. Поплавковые.

2.Звукометрические(акустические).

Поплавковые приборы для измерения уровня в скважинах (пъезографы). Пьезограф ПРМ-2 (рис.1) измеряет изменение уровня от исходного положения, на которое опущен прибор в начальный момент. Поэтому точность измерения изменяющегося уровня не зависит от исходного рас-стояния поверхности жидкости в скважине до устья. Механический пьезограф ПРМ-2 представляет собой самопишущий прибор поплавкового типа. Он выполнен в виде снаряда, спускаемого в скважину на проволоке.

Рис. 1 - Схема пьезографа ПРМ - 2.

Прибор собран в стальной трубе, состоящей из трех камер. В верхней части прибора находится камера /, в которой размещены два сухих элемента 2 и звонок 3 для подачи сигнала, когда прибор достигает уровня жидкости в скважине. В камере расположено регистрирующее устройство, состоящее из часового механизма 4, вращающего через зубчатую передачу 5--6 барабан с диаграммой 7, и зубчатой передачи 20--21, при помощи которой перемещается каретка с пером 19. В измерительной камере расположен поплавок 11, подвешенный на нити 9 и перемещающийся по направляющим струнам 14. Нить 9 перекинута через верхний 8 и нижний 12 ролики. Для компенсации растяжения нити предусмотрена пружина 10, которая крепится к верхней части поплавка. Поплавок представляет собой полый цилиндрический сосуд со сферическими верхней и нижней частями. Изменение уровня в скважине прослеживается поплавком и через нить 9 передается верхнему ролику, который через ролики 16, 17 и 18 перемещает каретку с пером вдоль оси барабана с диаграммой. Перо записывает на диаграммном бланке, который приводится в движение часовым механизмом 4, изменение уровня в определенном масштабе. Прибор опускают в скважину на проволоке, закрепленной в головке 1. При достижении прибором во время спуска его в скважину уровня жидкости и при дальнейшем его погружении поплавок перемещается относительно стенок измерительной камеры вверх и касается контакта 15. При этом замыкается цепь катушки звонка, питаемая от батареи сухих элементов, и оператор слышит сигнал о необходимости прекращения дальнейшего спуска прибора. В нижнем колпаке 13 и в боковых стенках измерительной камеры имеются отверстия для свободного входа жидкости. Для защиты поплавковой камеры от грязи и твердых частиц эти отверстия закрыты металлической сеткой. Диапазон измерения изменяюще-гося уровня 2 м. Максимальная погрешность измерения уровня ±10 мм. Масштаб записи 1:10. Часовой механизм имеет семисуточный завод.

Так же используются дистанционный пъезограф УДП-2, звукомет-рический прибор - эхолот.

Сущность звукометрического метода заключается в определении расстояния по времени прохождения упругости волны от устья скважины до уровня жидкости. В скважину посылают звуковой импульс, мощность которого достаточна, чтобы получить надежное отражение от уровня жидкости. Затем определяют скорость распространения звука в скважине и время, необходимое для прохождения его от устья до уровня жидкости.

Скорость распространения звуковой волны в скважине зависит от физических свойств: температуры, давления, состава газа, заполняющего скважину. Скорость распространения обычно составляет 250-460 м/с.

Расстояние от устья до уровня жидкости в скважину определяется по формуле:

(1)

где ?- скорость звуковой волны;

Т-время пробега звуковой волны.

В качестве импульсатора в эхолоте применяется пороховая хло-пушка, создающая мощную звуковую волну при мгновенном сгорании пороха. Для определения скорости звука в скважине на насосных трубах устанавливают репер на определенном расстоянии от устья. Пороховая хлопушка, герметично соединенная с устьем скважины посылает звуковой импульс, который дойдя до репера и уровня жидкости отражается и вос-принимается термофоном. Звуковой импульс представляет собой взрыв порохового заряда заключенного в гильзу. Термофон представляет собой вольфрамовую нить, по которой протекает постоянный ток 0,2-0,3А нагревающий нить до температуры 1000C. Звуковые импульсы (колебания воздуха) воздействуют на вольфрамовую нить, если вызывает изменение ее температуры, а значит и изменения электрического сопротивления. При этом сила тока в цепи уменьшается, колебания тока, усиленные усилителем, передаются регистратору.

3. Контроль процессов углубления скважин

Для процессов строительства скважин характерны быстрое изменение ситуаций и действие многочисленных факторов, взаимосвязанных и изменяющихся во времени и пространстве. Производственные процессы при углублении скважин отличаются цикличной повторяемостью, причем каждый цикл характеризуется своими особенностями, обусловленными влиянием конкретных геолого-технических и организационных факторов. Кроме того, в процессе углубления зачастую возникают различные непредвиденные ситуации, нарушающие запланированный ход производства и требующие принятия оперативных решений. Это связано, как правило, с геологическими осложнениями при бурении (уходами циркуляции, обвалами и др.), авариями с неожиданным выходом из строя бурового оборудования и породоразрушающего инструмента и т. п.

По функциональному назначению устройства, предназначенные для контроля и управления процессом бурения скважин, можно подразделить на:

1) средства наземного контроля параметров режима углубления скважин;

2) средства автоматического регулирования подачи долота;

3) средства оперативной оптимизации процессов углубления скважин,

4) системы диспетчерского телеконтроля и управления буровыми процессами;

5) средства сбора и передачи технологической информации для последующей обработки и использования.

Разработаны и применяются ряд устройств, позволяющих оптимизировать отдельные параметры режима бурения, а также комплексные системы управления процессом бурения (углубления) скважин на основе использования средств автоматики, телемеханики и ЭВМ.

В настоящее время достаточно широко используют передачу параметров режима бурения на расстояние как при помощи проволочной, так и беспроволочной связи. Это позволяет оборудовать на диспетчерских пунктах (участках) специальные пульты, на которых монтируют показывающие и регистрирующие приборы параметров режима бурения каждой буровой установки. Диспетчер (инженер участка) получает возможность круглосуточно следить за работой буровых установок и при необходимости незамедлительно вносить нужные коррективы в процесс проводки скважин.

Телеметрия забойных параметров при бурении скважин является решающим фактором в создании автоматической системы управления процессом бурения.

Применение приборов контроля и управления позволяет решать множество разноплановых задач, связанных с обеспечением эффективности процессов бурения скважин: геологических, технологических, научно - исследовательских, информационных, планово - экономических. Приведем перечень и содержание этих задач.

Геологические задачи: оптимизация получения геолого-геофизической информации - выбор и корректировка:

- интервалов отбора керна, шлама, образцов грунтов;

- интервалов, методов и времени проведения изменяемой части обязательных детальных исследований ГИРС. Оперативное литолого-стратиграфическое расчленение разреза. Оперативное выделение пластов-коллекторов. Определение характера насыщения пластов-коллекторов. Оценка фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) пластов-коллекторов. Контроль процесса испытания и определение гидродинамических и технологических характеристик пластов при испытании и опробовании объектов. Выявление реперных горизонтов. измерение контроль скважина

Технологические задачи: раннее обнаружение газонефтеводопроявлений и поглощений при бурении. Оптимизация процесса углубления скважины в зависимости от геологических задач. Распознавание и определение продолжительности технологических операций. Выбор и поддержание рационального режима бурения с контролем отработки долот. Раннее обнаружение проявлений и поглощений при спуско-подъемных операциях, управление доливом. Оптимизация спуско-подъемных операций (ограничение скорости спуска, оптимизация работы грузоподъемных механизмов). Контроль гидродинамических давлений в скважине. Контроль пластовых и поровых давлений, прогнозирование зон АВПД и АВНД. Контроль спуска и цементирования обсадной колонны. Диагностика предаварийных ситуаций в реальном масштабе времени. Диагностика работы бурового оборудования.

Планово-экономические задачи: определение технико-экономических показателей бурения. Определение баланса времени работы вахты, буровой бригады (буровой установки). Подготовка и передача на верхний уровень управления сводных форм оперативной отчетности за вахту, рейс, сутки и по скважине в целом.

Научно-исследовательские (экспериментальные) задачи: проведение планируемых экспериментов с целью построения и уточнения моделей отдельных технологических процессов и свойств горных пород. Документирование испытаний новых технико-методических средств и технологий.

Информационные задачи: передача по требованию Заказчика геолого-технологической информации по каналам связи. Сбор, обработка и накопление геолого-технологической информации в виде базы данных для ее дальнейшего использования.

Аппаратно-программный комплекс станции ГТИ предназначен для регистрации и визуализации измеряемых параметров, обработки, накопления и интерпретации данных, сетевого обмена данными между компьютерами в станции и передачи требуемой информации удаленным пользователям. Компьютерное оборудование должно обеспечивать возможность непрерывной регистрации и визуализации измеряемых параметров при заданной частоте опроса датчиков и заданной частоте регистрации в режиме реального времени проводки скважины.

Компьютерное оборудование должно обеспечивать выполнение программ по интерпретации данных ГТИ.

В состав станции ГТИ должна входить система бесперебойного питания, обеспечивающая автономное питание аппаратурного комплекса в течение времени не менее 0,5 часа.

Регистрация цифровых данных в функции времени для полного воспроизведения реальной ситуации должна производиться по требованиям согласно документациям. Частота регистрации данных по глубине и по глубине с «отставанием» устанавливается исходя из дифференциации свойств разреза и технологических условий бурения скважины в пределах 0,1 - 1 м. Рекомендуемый шаг регистрации данных по глубине не более 0,5 м по всему разрезу до продуктивных пластов и не более 0,2 м в интервале продуктивных пластов.

Все зарегистрированные данные должны храниться на станции ГТИ до момента окончания работ - независимо от того, осуществлялась или нет периодическая передача данных в КИП.

Цифровые данные, передаваемые в КИП, должны храниться до окончания жизнедеятельности скважины.

На приведенной ниже схеме отображено расположение основных узлов регистрации и контроля процесса бурения скважины , а так же возможное место расположения станции ГТИ.

Рис. 2 Схема расположения регистрирующих и

контрольно - измерительных приборов на буровой установке



Заключение

В результате написания реферата были изучены основные особенности методов измерений в метрологии, и решены следующие задачи: дано определение понятию измерений, рассмотрена классификация измерений по различным признакам; дано определение понятию методов измерений, рассмотрена их классификация в зависимости от различных критериев. Не существует практически ни одной сферы деятельности, где бы ни применялись результаты измерений.

Методы измерений в настоящее время представляют собой не просто операцию по нахождению результата, а комплекс таких операций, подчиняющихся определенным принципам. Не существует единой классификации измерений. Разделить методы измерений на классы представляется возможным, только определив какой-либо конкретный критерий.

На сегодняшний день операция измерения уровня является ключевой для организации контроля и управления технологическими процессами во многих отраслях промышленности.

В настоящее время для процессов строительства скважин характерны быстрое изменение ситуаций и действие многочисленных факторов, взаимосвязанных и изменяющихся во времени и пространстве. Производственные процессы при углублении скважин отличаются цикличной повторяемостью, причем каждый цикл характеризуется своими особенностями, обусловленными влиянием конкретных геолого-технических и организационных факторов.



Список использованных источников

Измерение и контроль в технологических процессах нефтегазового производства: методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения направления подготовки 38.04.02 Менеджмент / Сост.: В. В. Климов: Кубан. гос. технол. ун - т. Кафедра нефтегазового дела им. Профессора Г. Т. Вартумяна. - Краснодар, 2018. - 20с. Режим доступа: http://moodle.kubstu.ru (по паролю).

Гапоненко А. М. Основы автоматизации производственных процессов: учебное пособие . - Краснодар: Изд - во КубГТУ, 2012. - 500с.

Подкопаев А. П. Технологические измерения и контрольно - измерительные приборы. - М.: Недра, 2009.

Исакович Р. Я., Попадько В.Е. Контроль и автоматизация добычи нефти и газа. - М.: Недра, 2006.

Булатов А. И., Демихов В. И., Макаренко П. П. Контроль процессов бурения нефтяных и газовых скважин. М., Недра, 1998, 345с.

Сидоров Н. А. Бурение и эксплуатация нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1992.

Блюменцев К. С. Метрологическое обеспечение. Геофизическое исследование скважин. - М.: Недра, 1991.

Голубятников В. А., Шувалов В. В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. - М.: Химия, 1985.

Размещено на Allbest.ru

...