Главная » Статьи » Готовые решения

Распределённый датчик для контроля температуры в нефтяных и газовых скважинах на расстоянии до 6 км

Для автоматизации процесса механизированной добычи нефти и газа компания Yokogawa предлагает решение по распределенному измерению температуры — датчик DTSX200, способный определять градиент температуры по всей длине измерительного оптоволоконного кабеля длиной до 6 км.

Система состоит из двух частей — опросного устройства (DTS) с лазерным источником и оптоволоконного измерительного кабеля, и способна производить измерение температуры на расстоянии от 1 до 6 км.

Принцип работы системы DTSX200 заключается в следующем: опросное устройство DTS испускает лазерный импульс длительностью 10 нс, который претерпевает обратное рассеивание в каждой точке оптоволоконного кабеля. Анализ спектра обратного рассеивания позволяет определить температуру каждой точки волоконно-оптического кабеля.

Рассеяние света, при котором происходит обмен энергией между фотонами и веществом, называется неупругим рассеянием, или комбинационным рассеянием (эффектом Рамана), изменение энергии фотона означает изменение длины волны (частоты) рассеянного света. Наблюдается также и упругое рассеяние света веществом без изменения энергии фотонов, т.е. длины световой волны. Спектр рамановского рассеяния имеет две компоненты — стоксовскую и антистоксовскую. Стоксовская компонента зависит от температуры незначительно, в то время как антистоксовская компонента отличается сильной температурной зависимостью.

Опросное устройство DTS оснащено встроенными фильтрами и двумя детекторами, которые регистрируют стоксовскую и антистоксовскую компоненты. Внутри DTS находится опорное волокно, которое служит для компенсации, а также дальнейшего вычисления градиента температуры на основании соотношения мощностей обеих компонент.

dtsx200 laser

Опросное устройство имеет модульную структуру исполнения. Это означает, что на базовую панель возможно добавление различных модулей, например, модуля питания (постоянного или переменного тока), модуля ЦПУ программируемого логического контроллера для управления технологическими процессами, а также модулей ввода-вывода STARDOM.

Также возможна установка модуля оптического коммутатора DTOS2, DTOS4 или DTOS16, позволяющего производить одновременное подключение от 2 до 16 измерительных оптоволоконных кабелей. Пространственное разрешение (измерительный интервал) составляет один метр, разрешение выборки от 10 см до 1 метра. Диапазон измерений температуры — от –200 до +800°С. Типовое разрешение от 0,07 °С для кабеля длиной 1 км и от 0,5 °С для кабеля длиной 6 км.

Структура применяемого оптоволоконного кабеля включает в себя несколько слоев защиты от механических повреждений и агрессивного воздействия различных сред (например, паров сероводорода). Сердцевина кабеля имеет три степени защиты: армированное покрытие, углеродный слой и полиамидное покрытие. Тип (материал) самого оптоволокна подбирается индивидуально с учетом существующего диапазона температур.

Система DTSX200 имеет низкое энергопотребление: в режиме работы устройство потребляет не более 10 Вт, в спящем режиме — не более 2 Вт, что позволяет осуществлять электропитание от солнечных или аккумуляторных батарей.

Благодаря возможности преобразования данных в типичные для нефтегазовой промышленности форматы LAS и WITSML и поддержке защищенного протокола вся информация о работе скважин может поступать напрямую в базу данных компании-заказчика, в том числе и по беспроводному соединению. При обрыве соединения данные сохраняются, и после восстановления связи передаются без потерь.

Области применения системы DTSX200

Распределенный датчик DTSX200 может применяться при добыче как нефти и газа со стандартными характеристиками, так высоковязкой нефти и плотного газа. Основная сфера применения датчика в нефтедобыче сводится к контролю температуры в нагнетательных и добывающих скважинах. Помещенный в скважину оптоволоконный кабель может служить средством мониторинга и контроля распределения нагнетаемого высокотемпературного пара (в случае добычи тяжелой нефти), притока нефти и т.д. по всей длине скважины. Помимо этого, при помощи DTSX200 можно следить за расходом нефти и газа в каждой зоне, осуществлять циклическую закачку пара в пласт и контроль добычи.

dtsx200

Кроме этого, система используется нефтеперерабатывающими заводами при транспортировке сырья и генерирующими компаниями — для тестирования температуры линий электропередачи. Также она может применяться для обнаружения пожаров и возгораний в тоннелях, зданиях и на конвейерных линиях, обнаружения утечек жидкостей и газов на трубопроводах и резервуарах, измерения температуры по поверхности внешних стенок металлургических печей, а также печей и реакторов в химической промышленности.

В августе 2014 года компания Yokogawa анонсировала выпуск распределённого датчика температуры DTSX3000. С пространственным разрешением в один метр, данный распределённый датчик температуры способен измерять температуру вдоль оптико-волоконного кабеля длинной до 50 км, что в восемь раз превышает показатели предыдущей модели DTSX200. Всего за десять минут, DTSX3000 может произвести точный замер вдоль распределённой поверхности, протяжённостью до 6 км, по оптоволоконному кабелю с высоким разрешением в 0.03 °C, что в 20 раз превышает точность, возможную при использовании обычных приборов. Таким образом система DTSX3000 может применяться в широком диапазоне случаев, от гидроразрывов пласта до контроля значений температуры в скважинах во время добычи газа.

Drager Switch Offr

Распределенный датчик температуры DTSX200. 
Пространственное разрешение (измерительный интервал) составляет один метр, разрешение выборки от 10 см до 1 метра. Диапазон измерений температуры — от –200 до +800°С. Типовое разрешение от 0,07 °С для кабеля длиной 1 км и от 0,5 °С для кабеля длиной 6 км.