بخشی از مقاله
خلاصه
چاههای بهرهبرداری نفت وگاز بهعنوان سرمایههای ملی هر کشوری از اهمیت استراتژیکی برخوردار هستند. نهتنها برای احداث بلکه برای تعمیر و نگهداری آنها، سالیانه هزینههای بسیار زیادی صرف میشود. دما به عنوان یک متغیر مهم در طول بهرهبرداری از چاه، اطلاعاتی از قبیل نوع سیال، وجود تغییرات ناگهانی و نشت سیال را در اختیار قرار میدهد. سیستم سنجش پیوسته دما، توزیع دما در طول فیبرنوری را بصورت نمودار پیوسته فراهم میکند.
پالس نوری در فیبرنوری فرستاده میشود و بخشی از آن در طول فیبر بازتابیده میشود. اصل اساسی در این اندازه گیریها بر پایه ردیابی و پردازش پالس بازگشتی رامان میباشد. در بررسی چاه ها به منظور یافتن نقاط نشت سیال، سازوکار نشت، نوع چاه و نوع نشت حائز اهمیت است. به طور کلی نشت از بدنه رشته تکمیل یا لولههای جداری باعث بهم خوردن نظم پروفیل دمایی و همچنین اختشاش با رنج بالای تغییرات در پروفیل دمایی چاه میشود و روند آن را بر هم میزد.
جریان نشت سیال به فضایحلقوی از دیوارهی چاه و یا از رشته تکمیل اتفاق میافتد. در این مقاله نشت در دو چاه بهرهبرداری مورد بررسی قرار گرفت و شدت طیف رامان در هنگام کارکرد عادی و همچنین در هنگام نشت سیال بدست آورده شد. در تحلیلهای انجام شده دیده شد، با این سیستم بدون نیاز به دماسنجی به روش های مرسوم که به وسیله سنسورهای الکترونیکی و در حالت چاه-بسته و تخلیه فشار فضایحلقوی انجام میشود، بخوبی میتوان بصورت آنلاین و به هنگام، علت و محل نشت را ردیابی و شناسایی نمود.
کلمات کلیدی: ردیابی نشت، سنجش پیوسته دما، فیبرنوری، طیف بازگشتی رامان، چاه بهرهبرداری
مقدمه
دما به عنوان یک متغیر مهم در طول بهرهبرداری از چاه، اطلاعاتی از قبیل نوع سیال - نفت، گاز - ، وجود تغییرات ناگهانی، عملکرد فرازآوری مصنوعی و نشت را در اختیار قرار میدهد. چاههای بهرهبرداری بهعنوان سرمایههای ملی هر کشوری از اهمیت استراتژیکی برخوردار هستند. نهتنها برای احداث بلکه برای تعمیر و نگهداری آنها، سالیانه هزینههای بسیار زیادی صرف میشود. حذف عملیات های چاهپیمایی ثبت دما و حذف سنسورهایی که در معرض حرارت و فشار آسیب میبینند، از کارایی های سیستم فیبرنوری است. بزرگترین مزیت این سیستم، به هنگام بودن آن است. با استفاده از این سیستم، در هر لحظه میتوان تغییرات دما در عمق چاه که بعضا به چند هزار متر درون زمین میرسد، مشاهده نمود.
در نتیجه چاه بصورت آنلاین مورد ارزیابی قرار میگیرد و در هنگام بروز نشت، علت و محل آن براحتی ردیابی و شناسایی میشود. به طور کلی نشت از بدنه رشته تکمیل* یا لولههای جداری باعث بهم خوردن نظم پروفیل دمایی و همچنین اختشاش با رنج بالای تغییرات در پروفیل دمایی چاه می شود و روند آن را بر هم میزد.این دو پدیده به منظور یافتن نقاط نشت به صورتهای گوناگون مورد آنالیز و بررسی قرار میگیرند. هنگامی که چاه بهره برداری در حالت مطلوب در حال کارکردن است، گرادیان دمایی در طول چاه تقریبا ثابت است. خروج سیال از لوله جداری یا رشته تکمیل، ورود سیال از سازند، تغییرات فشار و سایر عوامل، به برهم خوردن این ثبات می انجامد.
روش سنجش پیوسته دما با استفاده از فیبرنوری در دانشگاه ساوتمپتون انگلیس توسعه داده شد.اولین نتایج اعمال سنسورهای فیبرنوری برای حرارت سنجی در سوراخها در کنار مانیتورینگ دما در شرایط طولانیمدت برای مطالعات ژئوتکنیکال و مسائل محیطی منتشر شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که دماسنجی توسط فیبرنوری میتواند یک ابزار موثر در اندازهگیری دما در بسیاری از زمینه های علوم زمین، مخصوصا برای مانیتورینگ طولانی مدت باشد.
تکنولوژی استفاده از فیبرنوری برمبنای طیف رامان در چاههای نفت و گاز توسعه شد که شامل بهبود پوشش فیبرنوری برای کاربردهای دمای بالا و انطباق این تکنولوژی با شرایط مورد نظر برای نصب در چاه، مانند در معرض سیال قرار گرفتن کابل بود.از این سنسورها برای نظارت و حفاظت لوله های انتقال نفت استفاده شد و اساس کار، برپایه پیادهسازی تشخیص نشت از لوله توسط فیبرنوری بود.در این مقاله پس از بررسی کارکرد عادی دو چاه بهرهبرداری، با اعمال نشت به ردیابی آن با استفاده از سیستم سنجش پیوسته دما برمبنای طیف بازگشتی رامان در فیبرنوری نصب شده در چاه پرداخته می شود و نسبت شدت طیف رامان در دو حالت محاسبه می شود.
روش
سنجش پیوسته دما، تکنولوژی اندازه گیری پیوسته دما در طول فیبرنوری است که در هر زمان و با هر تکراری می تواند انجام شود. فیبرنوری هر طولی تا حد 30 کیلومتر را میتواند دارا باشد. به جز دستگاههای ثبت اندازهگیری در سطح چاه، هیچ دستگاه الکترونیکی، هیچ سنسور و هیچ کابل الکتریکی یا اتصالات الکتریکی در طول مسیر آن وجود ندارد. این تکنولوژی ذاتاً برای محیط ایمن است، در حالیکه جرقه الکتریکی ناشی از استفاده از وسایل الکتریکی میتواند امنیت محیط را در معرض خطر آتش سوزی قرار دهد. ایجاد یک پالس و جرقه الکتریکی ناخواسته در محیط با دما و فشار بالا، به ایجاد شرایط غیرقابل کنترل مانند انفجار میانجامد.
تئوری نور بازگشتی
هنگامی که پالس نوری در فیبر تابیده میشود؛ به شیشه، ساختار شبکه و مولکولها انرژی می دهد . شاید تصور شود که نور تابیده شده، به همان صورت بازتابیده میشود؛ اما، انرژی تابیده شده به ساختار شبکه و مولکولها، نور را با طول موجهای کمتر و بیشتر از طول موج ارسالی، بازمیتابانند. موج اصلی بازتابیده، با همان طول موج تابش، بازتابیده میشود و طیف رایلی نامیده میشود. این موج، قویترین موج بازتابش شده است.
موجی که در ارتباط با ارتعاشات شبکه است، طیف طیف بریلوئن نامیده میشود که دارای طول موج بسیار نزدیک به رایلی است و جداسازی آن سخت و در برخی مواقع غیر غیر ممکن است. در نهایت، ضعیفترین موج - از لحاظ شدت - طیف بازگشتی رامان است که به ارتعاشات مولکولی و اتمی در مکانیک کوانتوم مربوط است.
طیف های بازگشتی از فیبرنوری
طول موجهای بازگشتی به دو طیف استوکس و آنتی استوکس تقسیم میگردند. به موجهایی با طول موج بزرگتر از از رایلی، امواج استوکس و به موجهایی با طول موج کمتر از رایلی، آنتی استوکس میگویند. طول موج رامان نیز به دو طول موج استوکس و آنتی استوکس تقسیم شده است . طیف استوکس در طول موجهای بزرگتر، پایدارتر است و تغییرات بسیار کمی با تغییرات دما دارد. برعکس، طیف آنتی استوکس در طول موجهای کوتاهتر دارای حساسیت بسیار بالایی نسبت به تغییرات دما است.
