俄羅斯МЕГА-АМТ綜合錄井儀

王維凱 楊明清 張衛 杜玉秋 張安順 (勝利油田地質錄井公司)

俄羅斯МЕГА-АМТ綜合錄井儀

王維凱 楊明清 張衛 杜玉秋 張安順 (勝利油田地質錄井公司)

МЕГА-АМТ綜合錄井儀是俄羅斯秋明石油公司的最新產品,代表著俄羅斯現有綜合錄井儀的最高水平。介紹了該綜合錄井儀的作用、功能、結構、傳感器的種類及相關參數、氣體檢測設備及相關參數等,并與國內的綜合錄井儀進行了比較。通過本文所提供的信息,使我國地質錄井工作者對俄羅斯綜合錄井行業有了進一步的了解,并借鑒俄羅斯綜合錄井儀的優點,逐步完善我國的綜合錄井儀。

綜合錄井儀 配套設備傳感器參數 性能比較

1 前言

俄羅斯是世界第二大原油生產國,年產原油5.5×108t左右,僅次于沙特阿拉伯。原油是俄羅斯的首要能源,也是重要的出口物資,年出口量約1×108t左右。石油工業在俄羅斯國民經濟中居重要地位,是重要的支柱產業。俄羅斯還是世界上天然氣資源最豐富、產量最多、消費量最大的國家,也是世界上天然氣管道最長、出口量最多的國家,有“天然氣王國”之譽。

“秋明石油公司”是國家控股91%的股份公司,成立于1995年9月。1996年公司擁有石油儲量為18.11×108t,石油年產量為2 150×104t,原油加工量為400×104t。雇員人數為5.39萬人。秋明石油公司設有10家子公司,其中有2家采油分公司、1家地質錄井公司、2家煉油廠、5家油品銷售公司。其中“鄂畢石油天然氣地質錄井公司”成立于1976年,主要從事油氣田的勘探和開發,現有雇員4 000人。

地質公司下屬的“秋明地球物理公司”是一家專門生產石油設備的高新技術企業,主要生產鉆井、固井、測井、地質錄井、井下測試等各種石油工具、儀器、儀表等設備。

2 МЕГА-АМТ綜合錄井儀的作用

МЕ Г А-АМ Т綜合錄井儀用于自動監測油氣井的鉆進過程;進行探井的地質及工藝研究;確保鉆井過程安全無事故;獲取完整客觀的數據資料;優化鉆井;油氣田的勘探開發管理。

2.1 基本作用

連續自動接收來自傳感器及氣測儀的信號;自動處理所接收的信號,對獲取的信息進行解釋,并以圖表或文件報表形式顯示出來;對異常情況、工程事故及油氣顯示的早期識別和預報;鉆進過程監控,包括鉆進及灌漿、固井中的起下鉆作業;鉆進過程中巖性剖面的確定,儲集層的劃分,鉆進過程中地層壓力的確定,地層壓力的預測,異常高壓層的預測和劃分;氣測錄井參數的測定,儲集層的產能;根據鉆井過程中收集到的資料,建立準確的地質剖面,以及對巖屑、巖心的研究 (資料的輸入、計算、巖屑剖面的打印、巖屑草圖、碳酸鹽巖圖表、熒光系列分析、巖屑巖心分析、氣測錄井結果);井眼軌跡的控制和預測;在建井過程中,完成地質及相關工藝的計算;將每口井所錄取的資料顯示在屏幕上;積累和保存所有收集到的油井信息;編制并打印每口井的完井報告;將采集的信息以無線、網絡或有線的方式實時傳輸到采集中心;為了資料的后續解釋和研究,將資料進行備份。

表1 綜合錄井儀相關參數

2.2 其他功能

綜合錄井儀的操作間 (鉆井工程師、地質師、平臺經理工作間)由2臺或更多高配置的計算機組成,對鉆井過程進行監控,收集數據,用于觀察數據,完成數據的運算,打印及校訂等。

在監測鉆井過程中所獲取的信息可以通過一定的方式實時傳送給客戶。獨特的技術使接收者即使處于油井幾十公里以外也可監測鉆進過程,迅速對工藝流程的最優化做出決定,保證不同水平的操作者快速獲取油井資料。

在鉆井監控過程中, МЕ Г А- АМ Т綜合錄井儀可以自動測量和計算90余種參數,用于描述工作狀態、鉆井狀況和鉆井剖面。其中包括:懸重、鉆壓、轉盤轉速、泵沖速、鉆井液入口出口排量、鉆井液體積、鉆井液入口出口密度、立壓、鉆頭水功率、井深、井底壓力等。

МЕ Г А- АМ Т綜合錄井儀為專家提供最精確最客觀的信息,包括鉆井狀態,根據鉆井資料分析和預測鉆頭的使用壽命。現代化高科技的設備確保鉆頭工作及鉆井狀態最優化:每米進尺成本最低,使用壽命和機械速度最高,單個鉆頭進尺最高。實現對控制參數的綜合分析,可以預測異常事故。

МЕ Г А- АМ Т綜合錄井儀有一個很重要的優點:其中的異常事故預報等分析儀器,是和俄羅斯工藝勘探學院的專家共同研制開發的,并在俄羅斯和其他國家進行了模擬實驗。發生異常事故時,根據提示,可以排除人為因素的干擾。異常事故包括:油氣顯示、井噴、井漏、鉆頭泥包、井底落物、井壁坍塌、井下動力停止、鉆頭超載、卡鉆、鉆具旋轉扭矩超載、鉆具刺穿、斷鉆具 (上部和下部)、立壓超載、泥漿泵故障等。

3 綜合錄井儀在鉆進過程中自動解決的問題

3.1 地質勘探

確保完成氣測錄井及其領域的拓寬;根據D指數和巖屑密度,計算出地層壓力和上覆巖層壓力;氣測錄井參數的解釋和判斷;完成氣測、巖屑和井深的捆綁分析。

3.2 完成井斜的自動測量 (自動或手動輸入數據)

確定油井在鉆進層段的坐標;預測指定層段的坐標;檢查井位的落點;制作油井投影圖 (垂直方向、水平方向及3D投影圖);確定接近鄰井時是否會發生碰撞等危險。

3.3 在鉆井過程中確保迅速、高效獲取所有信息

實時顯示來自傳感器的信息,并提供異常事故通知;操作者可以根據需要,任意選取技術參數;以表格、數字的形式顯示參數信息;利用指針圖的形式,模擬大鉤和井下鉆具的運動狀態,還可以模擬其他設備的工作狀態;屏幕上實時顯示各種圖形,且數量不受限制;將巖性剖面、巖屑草圖、地層評價資料、井筒軌跡投影圖及其他存檔資料輸出到顯示器上。

4 文件的分析與編制

4.1 建井資料的分析、文件編制及自動存檔

包括:深度參數和時間參數;監控參數的數據分析 (地層評價、地層孔隙壓力評價、巖性剖面、儲集層信息、氣測錄井信息和井筒軌跡坐標)等;起下鉆的綜合資料。

4.2 起下鉆的綜合存檔資料

包括:工況參數;技術經濟指標;工作進度表;鉆頭磨損 (軸承及其他部件的磨損);起下鉆過程中的事故 (時間數據和井深數據綜合分析)。

4.3 報表打印

從計算機上可以編制各種文本形式的文件,也可以編制其他文件,包括計算機制圖文件。根據井的不同,操作員可以創建一個固定的文件模板和報表 (包括地質、儀器和經濟效益分析),并把感興趣的時間資料和井深資料按照設置成的模式打印出來。

4.4 傳感器組

包括:大鉤負載、轉盤扭矩、氣動卡瓦工作狀態、鉆井液入井壓力、鉆井液入口流量、鉆井液出口流量、鉆井液位、補充罐鉆井液位、鉆井液進出口密度、鉆井液進出口溫度等。

4.5 氣測錄井設備組

鉆井液中全烴分析儀,烴類氣體組分分析儀。

4.6 信息預交換設備組

問訊;傳感器信號的預處理;與顯示設備的連接 (司鉆控制臺,地質師、鉆井工程師和監督的自動監控臺)。

4.7 網絡設備軟件組

信息的接收、處理、解釋、存儲和顯示等。

5 傳感器

5.1 絞車傳感器

用于計算脈沖數量,脈沖數量和絞車軸轉動角度成正比。用于記錄鉆頭在井內的位置、大鉤在轉盤面上的位置、井深、機械鉆速、鉆具上下移動過程中的大鉤速度。

5.2 懸重傳感器

借助于測量起吊系統死繩端的拉力來測量大鉤的質量。這是一種測量應力的傳感器。

表2 絞車傳感器相關參數

表3 懸重傳感器相關參數

5.3 壓力傳感器

用于測量鉆井泵壓力管線的壓力。

表4 壓力傳感器相關參數

5.4 鉆井液密度、液位、溫度傳感器

用于監控指定的鉆井液罐內鉆井液的性能。密度的測量原理是借助于鉆井液靜壓差來實現的。

表5 密度、液位、溫度傳感器相關參數

5.5 機械液位傳感器

用于測量敞口罐和封閉罐內鉆井液的位置。液位的測量是借助于測量浮子的位置來實現的,而浮子是由鉆井液面控制的。工作原理是測量滑動變阻器的電阻變化。

5.6 出口流量傳感器

借助于測量出口鉆井液流量,來準確評價循環鉆井液的進出平衡情況。該裝置的工作是靠傳感器靶板傾角的變化來實現的。

表6 機械液位傳感器相關參數

表7 出口流量傳感器相關參數

5.7 泵沖、轉盤轉速傳感器

用于測量泥漿泵沖程數量和鉆井轉盤轉動數量。

表8 泵沖、轉盤轉速傳感器相關參數

5.8 轉盤扭矩傳感器

用于測量轉盤旋轉扭矩的大小。

表9 轉盤扭矩傳感器相關參數

5.9 卡瓦工作狀態傳感器

用于記錄氣動卡瓦的工作狀態。

表10 卡瓦工作狀態傳感器相關參數

6 氣測錄井配套設備

6.1 色譜分析儀 “хромопласт”

該分析儀 (認證號17148)的功能是:鉆井液脫氣器脫出的氣體經氣管線送達色譜分析儀,確定烴類氣體各組分含量。

表11 色譜分析儀相關參數

6.2 紅外氣體分析儀

用于連續測量來自脫氣器的甲烷和全烴的百分含量。除了設備的感應元件,樣氣泵以及給感應元件輸送純凈空氣的電磁閥也是重要的組成部分。純空氣的作用是控制零位。

表12 紅外氣體分析儀相關參數

7 地質化學部分

地質化學設備和器具是巖屑分析的輔助設備。可以完成的功能包括:巖屑蒸餾分析;顯微鏡分析;碳酸鹽巖分析;熒光分析;巖屑孔隙度及密度測量。

8 信息交換設備

綜合錄井儀能為司鉆等非綜合錄井人員提供顯示儀32個。

8.1 外設資料采集系統“МЕГА-ССД”

用于信號的詢問和預處理,信號為初級的傳感器技術參數,或者是記錄系統送過來的脈沖信號。該系統在井場安裝了設備,主要有信號處理程序、通訊控制、傳感協議。數字信號的處理程序可以對任何類型的信號資料進行詢問和處理。

表13 外設資料采集系統相關參數

8.2 司鉆顯示儀“ МЕГА-Табло”

該顯示儀 (防爆認證號5240935)對所記錄的數據以數字信號或者模擬信號的方式進行顯示。該系統可以安裝幾個顯示儀。根據記錄參數的數量,安裝相應數量的顯示儀。顯示儀的調節要根據實際輸出信號來確定 (輸出范圍的調節、使用單位的調節〗、邊界的調節等)。當輸出的信號可能超出界線時,顯示儀會發出光信號 (顏色和強度的改變)和聲音信號。

表14 司鉆顯示儀相關參數

8.3 數字顯示儀“ МЕГ-Табло”

該顯示儀 (防爆認證號520981)能夠用數字信號顯示8種參數,根據不同的工作方式,調節顯示儀,以滿足實際需要。

表15 數字顯示儀相關參數

9 網絡儀表系統

9.1 井位確定

在鉆井過程中,該系統直接自動完成井斜測量數據的處理 (自動記錄資料或手寫資料),確定周圍井的間距,并預測井的坐標,完成周圍井位落點的檢查,建立投影圖。該系統確保所有資料的收集,對已經給定數據的井實行有效的井眼軌跡控制,包括水平井。該系統利用衛星進行傳輸。

9.2 自動記錄顯示裝置“Р А ПП”

該裝置安裝在鉆井操作人員的操作間里,直接顯示鉆井參數。帶有內置資料自動采集系統的該裝置,是公司自行開發的,是該綜合錄井儀的重要組成部分。

自動記錄顯示裝置 Р А ПП的標準配置包括兩種儀表,一種是主顯示儀表,另一種是輔助顯示儀表,分別為 МЕ Г А儀表盤和司鉆數字顯示儀。一臺自動記錄顯示裝置可以安裝多個儀表。МЕ Г А儀表盤的最大特點,是屏幕的光亮度隨外界的變化而自動調節,操作人員非常容易辨析。除此之外,自動記錄顯示裝置 Р А ПП還可以根據參數的顯示情況進行個別的調整 (根據操作人員的要求而定)。自動記錄顯示裝置 Р А ПП已經通過了防爆認證,可以在非安全區域使用。配套的儀表裝置 (為了滿足自動工作而進行的改型產品),是利用新技術而開發的,可以監控異常事故的發生。Р А ПП的改型產品可以使用現在的傳感器 (傳感器由客戶來確定)。

9.3 事故的預報

該系統在事故發生前自動進行監控。當來自傳感器的信號超過設定的界線時,自動記錄顯示系統會用一定的形式提醒操作人員:顯示顏色由綠變紅,光的強度也發生變化,同時伴有聲音報警。

10 與國內綜合錄井儀的比較

該綜合錄井儀與國內的綜合錄井儀完成的功能基本相同,但還是存在著一定的差異,主要表現在以下幾個方面。

10.1 安全防護措施方面

國內的綜合錄井儀大多采用正壓防爆系統,儀器房具有增壓功能,具有火災報警、可燃氣體報警、有毒氣體報警、電源自動切斷等功能;儀器房和傳感器還采用了防雷裝置。最大限度地保護工作人員的健康和安全,避免儀器設備遭受雷擊而造成更大的經濟損失。而俄羅斯生產的綜合錄井儀還沒有使用這些防護措施,這一點我們的綜合錄井儀優于他們。

10.2 傳感器方面

在傳感器的使用上,各有優劣:①我們早已淘汰的浮子式液位傳感器,他們還在繼續使用,且是市場上的主流;②國內的鉆井液密度傳感器,主要使用壓差式,而俄羅斯的鉆井液密度傳感器,除了壓差式傳感器以外,還有重錘式、伽馬射線式等等,這一點優于我們;③俄羅斯使用的氣動卡瓦傳感器,在國內還沒有出現;④從性能指標可以看出,俄羅斯所使用的傳感器粗大笨重,安裝、使用、維護、保養、維修不夠方便,但俄羅斯的傳感器適應現場溫度較寬。

10.3 氣體檢測方面

俄羅斯的色譜儀通常用空氣作載氣,而國內的色譜儀通常用氫氣作載氣,這是值得國內同行考慮和借鑒的地方。

在最小檢知濃度、載氣壓力、助燃氣壓力等性能指標上,中國與俄羅斯的色譜儀沒有大的區別,雖然俄羅斯有的色譜儀可以檢測到己烷,但是以延長分析周期為代價的。綜合評價,該方式是否可取值得商榷。

俄羅斯色譜儀的分析周期較長,一般為80～100 s,有的甚至長達3 min,而國內色譜儀的周期則短得多,可以達到30 s,甚至更短,有利于油氣藏的評價及薄油氣層的發現。這一點國內的色譜儀明顯優于俄羅斯的色譜儀。

在俄羅斯,采用 TCD作為檢測方式的色譜儀占有一定的比例;而國內的色譜儀大多都采用FID的檢測方式,TCD的檢測方式目前多數用于非烴檢測。TCD的檢測方式的色譜儀優點是體積小,質量輕,但是精度較差。

HP6890色譜儀是世界公認的較先進的色譜儀之一,具有性能穩定、檢測精度高、易于維護保養等優點,在國內已應用于綜合錄井行業中,如勝利油田地質錄井公司生產的SL-ALS 2.2綜合錄井儀。而到目前為止,還未發現該色譜儀出現在俄羅斯的錄井行業,這一點是我們優于俄羅斯錄井設備的地方。

11 結束語

我們應該多了解俄羅斯的綜合錄井行業的發展,加強同俄羅斯錄井行業的交流與合作,關注俄羅斯生產的綜合錄井設備,取長補短,完善我國的綜合錄井儀,促進我國綜合錄井行業快速發展。

[1]周方榮.SDL 9000 CHINA綜合錄井儀簡介 [J].錄井技術,2001,6(2):62-65

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[3]С е л и в а н о в Ю А. О т ч ё тп ор е з у л ь т а т а мг е о л о г о- т е х н о л о г и ч е с к и х иг е о х и м и ч е с к и х с л е д о в а н и й в п р о ц е с с е б у р е н и я № 35 п л о щ а д иС а з а н к у р а к. С а м а р а,2005

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.1.013

2008-11-13)