Применение алгоритмов фильтрации и обработки исходного сигнала в технологии распределенного оптоволоконного акустического мониторинга

  • Авторы: Чистяков Н.Ю1, Белов С.В1, Будник Д.А2, Колычев И.Ю3, Ширяев Е.О4
  • Учреждения:
    1. ООО Предприятие «ФXC-ПНГ»
    2. ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»
    3. Пермский национальный исследовательский политехнический университет
    4. Пермский инженерно-технический центр «Геофизика»
  • Выпуск: Том 25, № 3 (2025)
  • Страницы: 231-238
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://ered.pstu.ru/index.php/geo/article/view/4878
  • DOI: https://doi.org/10.15593/2712-8008/2025.3.13
  • Цитировать

Аннотация


В последние годы в нефтегазовой отрасли все активнее начинают применяться оптоволоконные технологии, преимуществом которых является возможность непрерывно по всей длине скважины осуществлять мониторинг событий в реальном времени. Анализ современного производственного опыта показывает, что за рубежом в нефтегазовой отрасли активно развивается направление применения волоконно-оптических систем распределенных акустических датчиков (технология DAS). Отечественный комплекс «Горизонт» позволяет, в отличие от большинства иностранных аналогов, синхронизировать промысловые исследования DAS с методом оптоволоконной термометрией скважин (DTS), который имеет широкое применение в промысловой геофизике.Основной проблемой внедрения метода DAS в производство является его недостаточно высокая чувствительность, т.е. низкое отношение полезного сигнала к волнам помехам. Представлены исследования, направленные на тестирование программных алгоритмов для улучшения соотношения «сигнал/шум» (SNR). При разработке алгоритма фильтрации сигнала применительно к аппаратному комплексу «Горизонт» разработана программа, которая последовательно отображает сигналы в виде волновых картин, проводит частотную фильтрацию и построение спектра сигнала. Затем расширенный временной ряд разлагается для получения компонентов симплектической геометрии (метод SGMD), отделение полезного сигнала от шума производится на основе расчета коэффициента корреляции Пирсона. Разработанный алгоритм показывает высокую эффективность выделения длительных периодических колебаний при SNR > 1.Тестируемый метод применен к промысловым данным DAS с нефтяной добывающей скважины, на которой параллельно проведена запись распределенного температурного мониторинга (DTS). Установлено, что по методам DTS и DAS синхронно фиксируется работа насоса в скважине. Вместе с тем ряд аномалий, наблюдаемых методами DAS и DTS, не совпадают, что показывает перспективность комплексирования результатов оптоволоконных методов.

Полный текст

13

Об авторах

Н. Ю Чистяков

ООО Предприятие «ФXC-ПНГ»

С. В Белов

ООО Предприятие «ФXC-ПНГ»

Д. А Будник

ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»

И. Ю Колычев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Е. О Ширяев

Пермский инженерно-технический центр «Геофизика»

Список литературы

  1. Оптоволоконные технологии в системах передачи данных / Е.А. Бадеева, Д.А. Усачев, И.А. Чернов, В.А. Бадеев, М.В. Соломанидин // Вестник Пензенского государственного университета. – 2022. – № 2 (38). – С. 64–69.
  2. Мониторинг температурного поля с помощью оптоволоконных технологий при площадных исследованиях / Е.С. Найданова, В.Ф. Рыбка, А.И. Губина, П.Ю. Чудинов // Каротажник. – 2020. – № 6 (306). – С. 82–91.
  3. Орлова, Е.Ю. Оптоволоконные технологии и сферы их применения / Е.Ю. Орлова, А.А. Орлов // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. – 2016. – Т. 10, № 3. – С. 63–66.
  4. Мауленов, К.С. Оптоволоконные сети: технологии и стандарты, преимущества и недостатки / К.С. Мауленов, Б.Ж. Жарлыкасов // Экономика и социум. – 2015. – № 2–5 (15). – С. 471–475.
  5. Оптоволоконные технологии контроля технического состояния добывающих скважин / Р.К. Яруллин, Р.А. Валиуллин, Д.А. Семикин, М.В. Ракитин, А.В. Сурмаев // Каротажник. – 2014. – № 9 (243). – С. 47–55.
  6. Оптоволоконные технологии мониторинга действующих горизонтальных скважин / Р.К. Яруллин, Р.А. Валиуллин, А.А. Садретдинов, Д.А. Семикин, М.В. Ракитин, А.В. Сурмаев // Каротажник. – 2014. – № 9 (243). – С. 38–46.
  7. Исаев, В.А. Оптоволоконные технологии для "интеллектуальных скважин" и геофизических исследований нефтяных, газовых и нагнетательных скважин / В.А. Исаев // Нефть. Газ. Новации. – 2011. – № 11 (154). – С. 73–77.
  8. Distributed electric field sensing using fibre optics in borehole environments / David L. Alumbaugh, Evan Schankee Um, G. Michael Hoversten, Kerry Key // Geophysical Prospecting. – 2022. – Vol. 70. – P. 210–221. doi: 10.1111/1365-2478.13150
  9. Peyman, Moradi. Fibre-optic sensing and microseismic monitoring evaluate and enhance hydraulic fracturing via real-time and post-treatment analysis / Peyman Moradi, Suresh Dande, Doug Angus // FIRST BRAKE. – 2020. – Vol. 38. – P. 65–72. doi: 10.3997/1365-2397.fb2
  10. Measurement, monitoring, verification and modelling at the Aquistore CO2 storage site / Zeinab Movahedzadeh, Alireza Rangriz Shokri, Rick Chalaturnyk, Erik Nickel, Norm Sacuta // FIRST BRAKE. – 2021. – Vol. 39. – P. 69–75. doi: 10.3997/1365-2397.fb2021013
  11. Ширяев, Е.О. Опыт применения оптоволоконных систем термометрии для исследования скважин / Е.О. Ширяев // Каротажник. – 2023. – № 6 (326). – С. 76–86.
  12. Чудинов, П.Ю. Определение дебита скважин и учет добычи с использованием оптоволоконных технологий / П.Ю. Чудинов // Каротажник. – 2023. – № 6 (326). – С. 87–96.
  13. Ширяев, Е.О. Применение оптоволоконного мониторинга термометрии при контроле формирования цементного камня в затрубном пространстве скважин / Е.О. Ширяев, С.Ф. Анисимова, С.В. Галкин // Недропользование. – 2024. – Т. 24, № 2. – С. 72–77. doi: 10.15593/2712-8008/2024.2.4
  14. Gabai, H. On the sensitivity of distributed acoustic sensing / H. Gabai, A. Eyal // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41 (24). – P. 5648–5651. doi: 10.1364/OL.41.0056
  15. Noise suppression of distributed acoustic sensing vertical seismic profile data based on time–frequency analysis / D. Shao, T. Li, L. Han, Yu Li // Acta Geophysica. – 2022. – Т. 70, № 4. – C. 1539–1549. doi: 10.1007/s11600-022-00820-9
  16. Experimental study of temperature change effect on distributed acoustic sensing continuous measurements / E. Sidenko, K. Tertyshnikov, M. Lebedev, R. Pevzner // Geophysics. – 2022. – Т. 87, № 3. doi: 10.1190/geo2021-0524.1
  17. Farghal, N.S. The potential of using fiber optic distributed acoustic sensing (DAS) in earthquake early warning applications / N.S. Farghal, J.K. Saunders, G.A. Parker // Bulletin of the Seismological Society of America. – 2022. – Т. 112, № 3. – С. 1416–1435. doi: 10.1785/0120210214
  18. Кислов, К.В. Распределенное акустическое зондирование: новый инструмент или новая парадигма / К.В. Кислов, В.В. Гравиров // Сейсмические приборы. – 2022. – Т. 58, № 2. – С. 5–38. doi: 10.21455/si2022.2-1
  19. The possibilities of monitoring the operation of gas wells by noise measurement using a system of distributed acoustic sensors / I.J. Kolychev, S.V. Belov, N.Yu. Chistyakov, V.Sh. Gurbanov, S.V. Galkin // ANAS Transactions, Earth Sciences. – 2024. – Vol. 2. – Р. 150‐159. doi: 10.33677/ggianas20240200133.
  20. Галкин, С.В. Возможности импортозамещения нефтегазового оборудования при реализации температурного и акустического оптоволоконного мониторинга скважин / С.В. Галкин, Н.Ю. Колычева, Л.Т. Колычева // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сборник трудов XXII Международной научно-технической конференции, Екатеринбург. – 2024. – С. 240–243.
  21. Опыт использования модульного пластоиспытателя для решения различных геологических задач / И.Т. Дилявиров, М.Р. Абунагимов, Р.У. Исянгулов, А.М. Мустафин, В.А. Змановский, Н.Н. Лукьянов // Каротажник. – 2020. – № 2 (302). – С. 63–77.
  22. Тюрина, Г.В. Применение модульного динамического испытателя пластов на каротажном кабеле для уточнения фильтрационных характеристик продуктивных пластов Маговского нефтегазоконденсатного месторождения / Г.В. Тюрина // Недропользование. – 2023. – Т. 23, № 1. – С. 25–31. doi: 10.15593/2712-8008/2023.1.4
  23. Advances in distributed acoustic sensing (DAS) for VSP / A. Mateeva, J. Mestayer, B. Cox [et al.] // SEG Technical Program Expanded Abstracts. – 2012. doi: 10.1190/segam2012-0739.1
  24. Cable reverberations during wireline distributed acoustic sensing measurements: their nature and methods for elimination / E. Martuganova, M. Stiller, K. Bauer, J. Henninges, C.M. Krawczyk // Geophysical Prospecting. – 2021. – Т. 69, № 5. – С. 1034–1054.
  25. Диагностика заколонных перетоков газа комплексом высокоточной термометрии, спектральной шумометрии и импульсного нейтрон-нейтронного каротажа / А.М. Асланян, И.Ю. Асланян, Ю.С. Масленникова [и др.] // Территория Нефтегаз. – 2016. – № 6. – C. 52–59.
  26. Николаев, С.А. Генерация звука фильтрационным потоком в пористых средах / С.А. Николаев, М.Н. Овчинников // Акустический журнал. – 1992. – Т. 38, № 1. – С. 114–118.
  27. Kuvshinov, B.N. Interaction of helically wound fibre-optic cables with plane seismic waves / B.N. Kuvshinov // Geophysical Prospecting. – 2016. – Vol. 64 (3). – P. 671–688. doi: 10.1111/1365-2478.12303.
  28. Array signal processing on distributed acoustic sensing data: directivity effects in slowness space / S.P. Näsholm, K. Iranpour, A. Wuestefeld [et al.] // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. – 2022. – Vol. 127 (2). – P. 1–24. doi: 10.1029/2021JB023587.
  29. Application of machine learning to microseismic event detection in distributed acoustic sensing data / A.L. Stork, A.F. Baird, S.A. Horne [et al.] // Geophysics. – 2020. – Vol. 85 (5). – P. 149–160. doi: 10.1190/geo2019-0774.
  30. Dean, T. The effect of gauge length on axially incident P-waves measured using fibre optic distributed vibration sensing: Gauge length effect on incident P-waves / T. Dean, T. Cuny, A.H. Hartog // Geophysical Prospecting. – 2017. – Vol. 65 (1). P. 184–193. doi: 10.1111/1365-2478.12419.
  31. Совершенствование технологии обработки данных ГИС в программном комплексе «Соната» / И.В. Ташкинов, А.В. Шумилов, С.В. Белов, Е.В. Заичкин, О.В. Наугольных, А.А. Шилов // Доклады ІV Китайско-Российского симпозиума «Новейшие достижения в области геофизических исследований скважин». – Уфа: Изд. ОАО НПФ «Геофизика», 2006. – С. 206–215.
  32. Влияние дрейфа частоты лазера в фазочувствительной рефлектометрии / А.А. Жирнов, К.В. Степанов, А.О. Чернуцкий [и др.] // Оптика и спектроскопия. – 2019. – Т. 127, № 10. – С. 603–610. doi: 10.21883/OS.2019.10.48364.177-19
  33. Чугаев, А.В. Амплитудно-частотный отклик распределенного акустического сенсора DAS со спиральной намоткой волокна / А.В. Чугаев, М.В. Тарантин // Горные науки и технологии. – 2023. – Т. 8, № 1. – С. 13–21. doi: 10.17073/2500-0632-2022-06-10
  34. Чулков, Е. Дизайн сейсмических датчиков на основе принципа DAS: анализ и численное моделирование / Е. Чулков, С.А. Тихоцкий, Н.В. Дубиня // Материалы Международной геолого-геофизической конференции. – 2023. – Т. 3. – С. 234.
  35. An effective signal separation and extraction method using multi-scale wavelet decomposition for phase-sensitive OTDR system / H. Wu, X. Li, H. Li [et al.] // The International Society for Optical Engineering. – 2013. – Vol. 8916. doi: 10.1190/tle36120987.1
  36. Eliminating phase drift for distributed optical fiber acoustic sensing system with empirical mode decomposition / Y. Lv, P. Wang, Yu Wang [et al.] // Sensors. – 2019. – Vol. 19 (24). – P. 5392. doi: 10.3390/s19245392
  37. Denoising method of the φ-OTDR system based on EMD-PCC / W. Chen, X. Ma, Q. Ma [et al.] // IEEE Sensors Journal. – 2021. – Vol. 21 (10). – P. 12113–12118. doi: 10.1109/JSEN.2020.3033674
  38. Denoising method based on VMD-PCC in φ-otdr system / B. Mao, Z. Bu, B. Xu [et al.] // Optical Fiber Technology. – 2022. – Vol. 74 (3). – P. 103081. doi: 10.1016/j.yofte.2022.103081
  39. Phase drift and noise suppression method based on SEE-SGMD-PCC in a distributed acoustic sensor / X. Bai, F. Zhang, L. Lin [et al.] // Optics Express. – 2023. – Vol. 31 (19). – P. 31463–31485
  40. Vautard, R. Singular-spectrum analysis: A toolkit for short, noisy chaotic signals / R. Vautard, P. Yiou, M. Ghil // Physica D: Nonlinear Phenomena. – 1992. – Vol. 58 (1–4). – P. 95–126. doi: 10.1016/0167-2789(92)90103-T

Статистика

Просмотры

Аннотация - 2

PDF (Russian) - 0

Ссылки

  • Ссылки не определены.

© Чистяков Н.Ю., Белов С.В., Будник Д.А., Колычев И.Ю., Ширяев Е.О., 2025

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах