Trang chủ Bằng phát minh, sáng chế • Liên hệ     • Giới thiệu     • Tài liệu hướng dẫn

Hệ thống cảnh báo giếng khoan

Cập nhật Thứ ba - 19/01/2016 15:15 In bài viết

1. Tên sáng chế, phát minh, giải pháp:
Hệ thống cảnh báo giếng khoan
2. Số bằng,ký hiệu: 1-0005538
3. Thuộc lĩnh vực KH&CN Công nghệ thông tin và truyền thông (Sáng chế)
4. Ngày công bố 26/04/2006
5. Ngày cấp 26/04/2006
6. Chủ sở hữu chính Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro
7. Tác giả Hoàng Văn Quý, Nguyễn Văn Tuyến, Dương Văn Thắng, Trần Đại Tính, Nguyễn Xuân Quang
8. Điểm nổi bật
Sáng chế đề cập đến hệ thống cảnh báo giếng khoan bao gồm sáu cảm biến đo độ rung ống chống, một cảm biến đo tải trọng của bộ khoan cụ, một cảm biến đo mômen quay của bàn khoan rôto, một cảm biến đo chiều sâu giếng đang khoan, khối thu nhận đầu vào với chức năng nhận, xử lý tín hiệu và chuyển đổi nguồn nuôi để phù hợp với các cảm biến, khối bảng đo dùng để cấp nguồn, xử lý tín hiệu, khối máy tính để xử lý dữ liệu và đưa ra cảnh báo về khả năng va chạm giữa choòng khoan của giếng đang khoan với các giếng lân cận trong quá trình khoan xiên và đan dày tại các cụm giếng của các mỏ dầu khí. Sáng chế cũng đề cập tới phương pháp sử dụng hệ thống cảnh báo giếng khoan.
9. Mô tả về sáng chế, phát minh, giải pháp
Lĩnh vực kỹ thuật được đề cập
Sáng chế đề cập đến hệ thống cảnh báo giếng khoan, cụ thể là đề cập đến việc thiết kế, lắp ráp một hệ thống nhằm cảnh báo về khả năng va chạm giữa mũi khoan của giếng đang khoan với các giếng lân cận (trong đó chủ yếu là các giếng đang khai thác), trong quá trình khoan xiên và đan dày tại các cụm giếng khai thác của các mỏ dầu khí.
Tình trạng kỹ thuật của sáng chế
Nhằm gia tăng sản lượng khai thác và khai thác có hiệu quả, nâng cao hệ số thu hồi dầu tại các mỏ dầu khí ở thềm lục địa, các đơn vị khai thác dầu khí buộc phải tiến hành khoan xiên và đan dày thêm tại các cụm giếng khai thác dầu khí trên các giàn cố định và giàn nhẹ (trên biển). Việc khoan đan dày này gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt là sự va chạm giữa mũi khoan đang khoan với các giếng lân cận, trong đó có các giếng đang khai thác. Việc va chạm như vậy có thể dẫn đến làm thủng ống chống của các giếng lân cận, đặc biệt là va chạm với giếng đang khai thác với lưu lượng tự phun trên dưới một ngàn mét khối ngày đêm, sẽ gây ra hậu quả hết sức nghiêm trọng, thậm chí phải dập cả giếng khai thác lẫn giếng đang khoan. Vì vậy, việc cảnh báo va chạm trong quá trình khoan đan dày là một vấn đề cấp thiết. Tuy nhiên, hiện chưa có hệ thống nào thực hiện việc cảnh báo như vậy.
Bản chất kỹ thuật của sáng chế
Mục đích của sáng chế là đề xuất một hệ thống cảnh báo giếng khoan có khả năng theo dõi suốt quá trình khoan, dự báo và báo động về khả năng va chạm giữa choòng khoan của giếng đang khoan với các giếng lân cận, giúp cho các chuyên gia khoan - khai thác điều chỉnh giếng đang khoan sang hướng khác, tránh xảy ra sự cố nêu trên. Sáng chế cũng đề xuất việc thiết kế và lắp ráp hệ thống cảnh báo giếng khoan này.
Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý sóng âm tần, cho phép đo độ rung của các ống chống của các giếng lân cận, phân tích phổ của tín hiệu thu được, kết hợp với số đo mômen quay của bàn khoan rôto để dự báo khả năng va chạm và báo động va chạm. Ngoài ra hệ thống còn cho phép đo tải trọng của bộ khoan cụ và chiều sâu của giếng đang khoan.
Khi mũi khoan gần hoặc va chạm với ống chống của giếng lân cận nào thì tín hiệu đo độ rung của ống chống của giếng lân cận đó sẽ có biên độ cao, tập trung ở tần số thấp từ 300Hz đến 700Hz, tần suất
xuất hiện cũng tăng lên, đồng thời mômen quay của bàn khoan rôto cũng tăng. Đây chính là cơ sở vật lý để hệ thống đưa ra cảnh báo va chạm một cách chính xác.
Hệ thống cho phép theo dõi liên tục trạng thái của mũi khoan đang khoan và biên độ sóng âm tần thu được tại đầu các giếng khai thác lân cận.
Hệ thống thu nhận liên tục các tín hiệu từ các cảm biến, lọc nhiễu, lấy mẫu và lưu vào file dữ liệu theo thời gian thực (real time) các thông số quan trọng sau:
- Độ rung của các ống chống của các giếng lân cận (với 8 kênh đo), - Mômen quay của bàn khoan rôto, - Tải trọng của choòng khoan và bộ khoan cụ, - Độ sâu đang khoan.
Hệ thống cho phép chọn tín hiệu đo độ rung của ống chống của các giếng lân cận ở gần với mũi khoan đang khoan nhất để đưa ra loa.
Hệ thống tạo tín hiệu cảnh báo khi nhận biết được khả năng va chạm và cảnh báo bằng loa đồng thời hiển thị định hướng trên màn hình của máy tính đặt tại phòng đốc công khoan.
Lưu trữ dữ liệu dưới dạng file trên đĩa cứng. Kết quả đo được hiển thị dạng text, dạng đồ thị theo độ sâu hoặc thời gian. Dữ liệu có thể in dưới dạng đồ thị hoặc dạng text để lưu hồ sơ.
Đặc trưng kỹ thuật của hệ thống là:
- Thu thập dữ liệu, xử lý và lưu trữ theo thời gian thực (real time).
- Hiển thị dữ liệu và cảnh báo ra loa sự va chạm của mũi khoan đang khoan với giếng lân cận.
- Làm việc trực tuyến 24/24 giờ. - Việc đo và xử lý dữ liệu được điều khiển bằng chương trình cài trong hệ thống.
Mô tả vắn tắt các hình vẽ
Hình 1 thể hiện cấu hình chuẩn của hệ thống cảnh báo giếng khoan.
Hình 2 là sơ đồ cấu trúc, phối ghép các khối trong hệ thống cảnh báo giếng khoan.
Hình 3 thể hiện khối thu nhận đầu vào.
Hình 4 thể hiện khối bảng đo và máy tính.
Mô tả chi tiết sáng chế
Như được thể hiện trên Hình 1, hệ thống cảnh báo giếng khoan bao gồm 4 khối chính: khối cảm biến A, khối thu nhận đầu vào B, khối bảng đo c và khối xử lý D.
Như được thể hiện trên Hình 1 và Hình 2, khối cảm biến A gồm 06 cảm biến (sensor) đo độ rung của ống chống a1-a6, 01 cảm biến đo tải trọng bộ khoan cụ a7, 01 cảm biến đo mômen quay của bàn khoan rôto a8 và 01 cảm biến đo chiều sâu của giếng đang khoan a9.
Các cảm biến đo độ rung a1-a6 được gắn trực tiếp trên thân ống chống của các giếng lân cận cần đo. Việc gá lắp cảm biến vào ống chống rất thuận tiện và cơ động nhờ nam châm vĩnh cửu có sẵn trong cảm biến. Các cảm biến đo độ rung a1-a6 sử dụng cảm biến model WJ352C65/018C05 với độ nhạy tại tần số 100Hz là 96,0mV/g, tần số cộng hưởng 40-50 KHz, thời hằng 1,4 giây của hãng PCB Piezotronic, Inc., Hoa Kỳ. Các cảm biến đo độ rung a1-a6 làm việc và thu nhận liên tục độ rung
(biên độ, tần số) của các ống chống và truyền tín hiệu về khối thu nhận đầu vào B.
Cảm biến đo tải trọng của bộ khoan cụ a7, cảm biến mômen quay của bàn khoan rôto a8 và cảm biến đo chiều sâu giếng đang khoan a9 được gá lắp trực tiếp vào thiết bị khoan, chúng truyền trực tiếp tín hiệu về các thông số khoan bao gồm tải trọng của bộ khoan cụ, mômen quay của bàn khoan rôto và chiều sâu giếng đang khoan về khối bảng đo c, không qua khối thu nhận đầu vào B. Các cảm biến a7, a8 và a9 sử dụng cảm biến P/N 611AA229, 434AC230, 433IB021 của hãng Geoservice.
Khối thu nhận đầu vào B, như được thể hiện trên Hình 2 và Hình 3, có dạng một hộp kín chống nước, chống cháy nổ, được làm bằng thép không gỉ. Mặt trước hộp có 8 ổ phích chuẩn VBS1 đến VBS8 để thu nhận tín hiệu từ các cảm biến a1-a6 đo độ rung ống chống, trong đó 2 ổ phích VBS7 và VBS8 là các ổ dự phòng, và một ổ phích chuẩn DAQ để đấu với cáp 12 lõi, trong đó 8 lõi dùng để truyền tín hiệu về khối bảng đo c, 4 lõi để cấp nguồn nuôi. Các phích này sử dụng loại chuẩn, bọc kín chống nước. Bên trong hộp có chứa các cạc điện tử bao gồm cạc U/I-b2 có chức năng tạo nguồn dòng 10m A để nuôi các cảm biến đo độ rung ống chống a1-a6 và chuyển đổi tín hiệu đo được từ dạng điện áp U sang dạng dòng điện I để phối hợp trở kháng và truyền tín hiệu về khối bảng đo c, cạc Amp-b1 có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu từ các cảm biến đo độ rung ống chống a1-a6.
Khối bảng đo c, được thể hiện trên Hình 2 và Hình 4, bao gồm các cạc điện tử sau. Cạc nguồn PS-c1 chuyển đổi điện lưới 220V, AC 50Hz thành các điện áp một chiều +24VDC, ±15VDC, ±12VDC, ±5VDC để nuôi tất cả các mạch điện tử của hệ thống. Các cạc SPl-c2 và SC2-c2 để nhận tín hiệu vào đồng thời có chức năng bảo vệ (chống sét cho các đường tín hiệu vào), trong đó cạc SP1-C2 nhận tín hiệu đo độ rung ống chống từ khối thu nhận đầu vào B qua phích cắm c10 và đưa tín hiệu ra tới cạc xử lý tín hiệu SC-C3, cạc SP2-c2 nhận tín hiệu đo thông số khoan của giếng đang khoan trực tiếp từ các cảm biến đo tải trọng của bộ khoan cụ a7, cảm biến mômen quay của bàn khoan rôto a8 và cảm biến đo chiểu sâu giếng đang khoan a9 qua phích cắm c9 và cấp tín hiệu ra tới cạc xử lý tín hiệu SC-c3. Cạc xử lý tín hiệu SC-c3 có chức năng thu nhận, xử lý và chuẩn hoa tín hiệu độ rung ống chống và các thông số khoan (chiều sâu, mômen quay, tải trọng) để lần lượt đưa tới các cạc chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự sang dạng số Win 30AD và ADC 1100 được lắp trong máy tính để từ đó ghi thành các file dữ liệu.
Khối máy tính D sử dụng máy tính công nghiệp, ví dụ Pentium III 900MHz, 100MHz FSB, 64MB RAM, 20GB HDD, 1,44MB FDD, loa SounDisk SD100 5,5", màn hình VGA LCD 12,1". Khối máy tính D được lắp hai cạc chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ADC 1100 và Win 30AD. Cạc ADC 1100 để chuyển đổi tín hiệu đo các thông số của giếng đang khoan như tải trọng, mômen quay, chiều sâu đang khoan, từ dạng tương tự sang dạng số, tạo tín hiệu điều khiển chọn kênh đo độ rung để đưa tới cạc âm thanh SA. Cạc ADC 1100 có số bit chuyển đổi là 12bit, 8 kênh tín hiệu tương tự và 6 bộ đếm 16bit. Cạc Win 30AD thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu tương tự của 8 kênh đo độ rung ống chống sang tín hiệu số ở tần số cao. Cạc Win 30AD có số bit chuyển đổi là 12bit, tốc độ chuyển đổi AD 1MS/giây, 16 kênh tín hiệu tương tự, 16 đường vào/ra tín hiệu số và 3 bộ đếm 16bit. Khối máy tính D thực hiện việc xử lý dữ liệu, phân tích phổ tín hiệu đo độ rung ống chống và các thông số khoan, từ đó dự báo khả năng va chạm choòng khoan vào giếng lân cận và tạo tín hiệu cảnh báo thông qua cạc âm thanh SA khi nhận biết khả năng va chạm. Việc nhận biết khả năng va chạm được thực hiện trên cơ sở biên độ và tần số của tín hiệu đo độ rung của ống chống của giếng lân cận và mômen quay của bàn khoan rôto. Cụ thể là, khi mũi khoan gần hoặc va chạm với ống chống của giếng lân cận nào thì tín hiệu đo độ rung của ống chống của giếng lân cận đó sẽ có biên độ cao, tập trung ở tần số thấp từ 300Hz đến 700Hz, tần suất xuất hiện cũng tăng lên, đồng thời mômen quay của bàn khoan rôto cũng tăng.
Việc lắp đặt hệ thống được thực hiện theo trình tự và tuân thủ một số yêu cầu như sau. Đầu tiên là lắp đặt các cảm biến đo bao gồm các cảm biến đo độ rung ống chống (a1-a6) và các cảm biến đo thông số khoan (a7-a9). Các cảm biến đo độ rung của ống chống (a1-a6) được lắp trên thân ống chống của các giếng lân cận cần đo. Việc gắn kết được thực hiện nhờ nam châm theo các bước như sau:
- chọn một vùng nhẵn trên thân ống chống có kích thước 30mm X 30mm, lau sạch bề mặt và bôi lên đó một lớp mỏng mỡ kỹ thuật hoặc dầu máy;
- vặn nam châm vào đầu cảm biến, lưu ý vặn vừa đủ chặt, tránh làm hỏng cảm biến;
- cầm cảm biến đặt vào vị trí đã chọn trên ống chống, tỳ cạnh nam châm vào mặt tiếp xúc, mặt nam châm nghiêng so với mặt tiếp xúc một góc 30°, sau đó cho nam châm tiếp xúc hoàn toàn với bề mặt ống chống, cách làm này giúp tránh không để cảm biến bị rung động mạnh khi lắp đặt đồng thời tránh được hiện tượng bọt khí giữa mặt tiếp xúc của cảm biến với ống chống;,, - đấu cáp dẫn tín hiệu từ cảm biến tới khối thu nhận đầu vào (B), lưu ý rải cáp vào vị trí sạch sẽ, tránh va chạm cơ khí, tránh chạy song song với cáp điện cao áp hay có dòng điện lớn như cáp điện của các môtơ.
Lắp các cảm biến đo thông số khoan gồm cảm biến đo tải trọng khoan (a7), cảm biến đo mômen quay (a8) và cảm biến đo chiều sâu đang khoan (a9). Các cảm biến này là của trạm karota khí nên chúng không sử dụng nguồn nuôi của hệ thống. Các cảm biến này có thể sử dụng loại đưa ra tín hiệu dạng dòng điện I = 4-20mA với điện áp U = 0-5V hoặc loại đưa ra điện áp vi sai 0-300mV. Nếu cảm biến có tín hiệu đưa ra là dòng điện hoặc điện áp so với đất thì cáp dẫn tín hiệu từ trạm karota khí đến khối bảng đo (C) chỉ cần dùng loại có hai đường dẫn để truyền tín hiệu đến khối bảng đo. Nếu các cảm biến có tín hiệu đưa ra là điện áp vi sai thì phải dùng cáp có 3 đường dẫn ( 2 lõi và bọc kim). Tuỳ thuộc vào tín hiệu cảm biến đưa ra, chuyển mạch trên khối bảng đo (C) sẽ được đặt phù hợp.
Tiếp theo tiến hành lắp đặt khối thu nhận đầu vào, khối bảng đo và máy tính. Trong quá trình lắp đặt cần lưu ý một số điểm như sau. Đối với khối thu nhận đầu vào (B), chọn vị trí lắp đặt tại sàn khoan sao cho gần với các cảm biến và thuận tiện để chạy cáp tới các cảm biến cũng như cáp dẫn tín hiệu tới khối bảng đo (C). Vị trí lắp đặt phải khô ráo, tránh va chạm cơ khí, nước hoặc bùn bắn vào. Khối bảng đo (C) và máy tính (D) được bố trí trên bàn làm việc trong phòng đốc công điều khiển để thuận tiện cho người sử dụng.
Hệ thống theo sáng chế có các đặc trưng kỹ thuật như sau:
- có khả năng thu thập, xử lý và lưu trữ dữ liệu theo thời gian thực, - có khả năng hiển thị dữ liệu và cảnh báo qua loa sự va chạm của mũi khoan đang khoan với giếng lân cận, - có khả năng làm việc trực tuyến 24/24 giờ, - việc đo và xử lý dữ liệu được điều khiển bằng chương trình cài trong hệ thống.
Hệ thống cảnh báo theo sáng chế có thể áp dụng có hiệu. quả cho việc khoan xiên và đan dày một cách an toàn nhờ đó nâng cao hệ số thu hồi dầu và tăng sản lượng khai thác.
10. Nội dung có thể chuyển giao
11. Thị trường ứng dụng
12. Hình ảnh minh họa
In bài viết
Các phát minh, sáng chế khác
 
Banner
Banner home right