DML綜合錄井儀氣體探測系統的改進與應用

徐長凱

（大慶鉆探工程公司地質錄井一公司，黑龍江 大慶 163411）

伊拉克魯邁拉油田是全球第五大油氣田，油氣當量36.38×108t[1-2]。其地理位置位于伊拉克南部與科威特交界處，構造位置屬于中東波斯灣盆地美索不達米亞平原，油田由南北2個長軸背斜構造構成，中部以鞍狀構造相連，北魯邁拉近南北向展布，南魯邁拉為NNW 向展布[2]。地質條件比較復雜，鉆井施工存在難度大、風險高特點，主要表現：Dammam、Hartha 層位漏失嚴重，Umm、Tayarat層位易發生含硫水溢出，Mishrif、Zubair層位主要目的層易發生油氣侵等，而且Dammam同時還承擔著當地廠區廢氣、廢水等不同相流體的注入排放。因此，甲方對于井筒、井場等氣體檢測的準確、及時、預報的要求更加嚴格：①原DML 設備色譜自帶的熱導技術由于受到地層非烴類氣體的影響明顯，需將TCD 改制FID。②錄井隊必須增加三線制可燃氣體傳感器實時監控。為了有效地解決上述2個問題，對DML 綜合錄井儀中氣體探測系統進行了改進，不僅克服了原設備自身存在的不足，還滿足了甲方與實際生產的需求。

1 氣路分析由熱導（TCD）改制氫火焰（FID）

1.1 原設備色譜系統結構組成與不足分析

DML綜合錄井儀原裝配置的氣體總量檢測儀（Total Gas Detector 簡稱TGD）采用催化燃燒和熱導兩個鑒定器，分段完成檢測任務。在海外市場服務中，由于伊拉克魯邁拉地區為海相沉積，地層中存在大量的硫化氫、氫氣、二氧化碳等非烴類氣體，導致對氣測結果產生很大的影響，主要表現為：①出現C1值或各組分值之和高于全烴值；②測量值顯示負數的情況，會誤導錄井工程師認識上出現偏差，甲方對測量值的準確性也提出了質疑。尤其是全烴值呈負值后，數據工程師會誤認為是TGD 零點飄移，迅速調整熱導鑒定器的零位或滿度，導致TGD系統無法正常工作。

1.2 選擇優質國產色譜儀并研發對應的氣測數據通信軟件

選用國產SK-3Q04 氫焰色譜設備（圖1）取代原綜合錄井儀色譜分析系統。SK-3Q04快速色譜儀用于勘探開發領域中天然氣的實時測量,其特點是對石油天然氣C1-C5組分提供30s和90s兩種分析周期的分析模式,是鉆井過程中發現油氣顯示最快速、最直接的手段[5]。改進后的色譜分析系統不但完全實現了原功能,同時降低了色譜分析周期,適應了快速鉆井條件下的錄井需要。

圖1 SK-3Q04氫火焰色譜儀及示意圖

由于原來配套的TCD技術快速色譜儀屬于設備的專用色譜工作站，分析數據通過原系統下配置的TCP/IP-WITS[3-4]直接保存至服務器中。由于改造后的SK-3Q04氫火焰色譜儀不屬于其OPBSD系統專用色譜，無法實現數據直接將氣測數據傳至服務器中。為了解決SK-3Q04 色譜儀數據有效地保存在服務器中，現場編寫了新版本WITS傳輸協議（圖2）。

圖2 錄井現場編寫的新版本WITS傳輸協議

針對改進后的氫火焰色譜儀開發特定的軟件（圖3），采用“中轉站”的方式將新WITS協議下獲得的實時氣測數據傳輸至服務器內，實現氣測數據的存儲、調用、傳輸等各項功能。

圖3 DML與SK-3Q04色譜儀數據采集通信軟件

2 三線制可燃氣體配置標準

2.1 DML綜合錄井儀接線箱、防爆隔離柵傳感器接口特征

DML綜合錄井儀模擬信號傳感器均采用二線制接線方式，且服務器通道里無對應的專屬數據采集通道，所以無法直接在WellWizard系統里顯示可燃氣體的數據。通過增加外置24電源、改換隔離柵、添加通道等多種方式相結合，實現了DML 綜合錄井儀三線制模擬信號的正常輸出。

2.2 可燃氣體傳感器現場標準要求

固定式可燃氣體檢測傳感器是自然擴散、連續在線監測的氣體監測設備。它能夠將監測到的氣體濃度直接在自身屏顯或者將數據上傳至在線監測系統進行顯示、報警、記錄等。其種類眾多，但其組成構建與原理基本相似。由于其安置在鉆井平臺區域，至少應滿足以下4個標準：①體積小巧且探頭靈敏度較高，性價比較高；②滿足鉆井施工區域防爆等級要求；③防水、油等物質污染能力較強；④可以輸出4～20mA模擬電信號。

2.3 三線制可燃氣體傳感器硬件部分改進模式與具體操作流程

對室內防爆隔離柵以及室外接線箱進行改造，利用“外置24V 電源+數據總線”模式實現三線制傳感器正常采集工作。由于DML錄井儀采集系統的24V供電防爆隔離柵功率低且沒有專門的三線接口，因而無法直接啟動三線制傳感器，需要通過在室內給隔離柵提供額外24V直流電源，實現可燃氣體、硫化氫等三線制傳感器正常數據采集工作。室內對隔離柵進行改造，將倍加福KFD2-STC4-Ex2 型防爆隔離柵改換成KFD2-STC4-Ex1 型號，將室內的24V 電源負極引線與信號負端相接，挑選數據總線中未參與數據采集傳輸工作的1根信號線與24V電源正極相接，接線箱中三線制傳感器的正負信號線與防爆隔離柵過來的正負信號通過總線對應連接，而通過總線傳過來的24V 電源正極則直接連接三線制傳感器的電源接口（圖4）。

圖4 室內防爆隔離柵與室外接線箱改造原理與流程示意圖

2.4 服務器中可燃氣體傳感器通道增添

在室內防爆隔離柵與室外接線箱完成改造后，對DML綜合錄井儀服務器添加對應通道設置。其具體操作如下：

（1）鍵入WWtext命令回車。

（2）選擇要操作的井后直接按鍵盤小寫的g 鍵（如果服務器沒反應則按大寫的C，或者g和C同時鍵入），正常顯示如下：

Enter new channel mnemonic ：輸入要添加通道名字 回車

Enter new channel name: 輸入要添加通道名字回車

然后會提示如下（按4次回車鍵）：

language Spanish(Y/N) 回車

language Cyrillic(Y/N) 回車

language Chinese(Y/N) 回車

……………………（Double）回車

選擇EXIT

選擇None

選擇對應的參數（比如可燃氣體，序號就選擇GAS，其他參數同理）

………………………（y/n）從鍵盤上選擇y

大寫S回車

兩次小寫x退出。

（3）如第2 步驟無法操作，則在建完新井后任選一口老井的8 個舊文件覆蓋后重啟服務器，然后再使用WWtext 命令去添加。全部操作結束后，再將時間上與新建井最鄰近井的8 個文件（calculations/programs/realtime.map/ resources/ triggers/ well.cfg/ wits/ zeros）再次拷貝進服務器替代原8個文件后重啟服務器。

3 結論

（1）采用SK-3Q04 色譜儀實現了氣測設備的國產化，擺脫了昂貴的DML綜合錄井儀專業色譜，實現了快速色譜功能，解決了氣測值受伊拉克地層中非烴類氣體影響導致TGD 飄逸以及相應配件采購價格昂貴的問題。

（2）室內給防爆隔離柵提供額外24V 電源，以“電源負—信號負”與電源正通過總線與三線制傳感器構成回路，解決隔離柵功率不足問題，實現三線制傳感器正常采集工作。