俄罗斯МЕГА-АМТ综合录井仪

王维凯 杨明清 张卫 杜玉秋 张安顺 (胜利油田地质录井公司)

俄罗斯МЕГА-АМТ综合录井仪

王维凯 杨明清 张卫 杜玉秋 张安顺 (胜利油田地质录井公司)

МЕГА-АМТ综合录井仪是俄罗斯秋明石油公司的最新产品,代表着俄罗斯现有综合录井仪的最高水平。介绍了该综合录井仪的作用、功能、结构、传感器的种类及相关参数、气体检测设备及相关参数等,并与国内的综合录井仪进行了比较。通过本文所提供的信息,使我国地质录井工作者对俄罗斯综合录井行业有了进一步的了解,并借鉴俄罗斯综合录井仪的优点,逐步完善我国的综合录井仪。

综合录井仪 配套设备传感器参数 性能比较

1 前言

俄罗斯是世界第二大原油生产国,年产原油5.5×108t左右,仅次于沙特阿拉伯。原油是俄罗斯的首要能源,也是重要的出口物资,年出口量约1×108t左右。石油工业在俄罗斯国民经济中居重要地位,是重要的支柱产业。俄罗斯还是世界上天然气资源最丰富、产量最多、消费量最大的国家,也是世界上天然气管道最长、出口量最多的国家,有“天然气王国”之誉。

“秋明石油公司”是国家控股91%的股份公司,成立于1995年9月。1996年公司拥有石油储量为18.11×108t,石油年产量为2 150×104t,原油加工量为400×104t。雇员人数为5.39万人。秋明石油公司设有10家子公司,其中有2家采油分公司、1家地质录井公司、2家炼油厂、5家油品销售公司。其中“鄂毕石油天然气地质录井公司”成立于1976年,主要从事油气田的勘探和开发,现有雇员4 000人。

地质公司下属的“秋明地球物理公司”是一家专门生产石油设备的高新技术企业,主要生产钻井、固井、测井、地质录井、井下测试等各种石油工具、仪器、仪表等设备。

2 МЕГА-АМТ综合录井仪的作用

МЕ Г А-АМ Т综合录井仪用于自动监测油气井的钻进过程;进行探井的地质及工艺研究;确保钻井过程安全无事故;获取完整客观的数据资料;优化钻井;油气田的勘探开发管理。

2.1 基本作用

连续自动接收来自传感器及气测仪的信号;自动处理所接收的信号,对获取的信息进行解释,并以图表或文件报表形式显示出来;对异常情况、工程事故及油气显示的早期识别和预报;钻进过程监控,包括钻进及灌浆、固井中的起下钻作业;钻进过程中岩性剖面的确定,储集层的划分,钻进过程中地层压力的确定,地层压力的预测,异常高压层的预测和划分;气测录井参数的测定,储集层的产能;根据钻井过程中收集到的资料,建立准确的地质剖面,以及对岩屑、岩心的研究 (资料的输入、计算、岩屑剖面的打印、岩屑草图、碳酸盐岩图表、荧光系列分析、岩屑岩心分析、气测录井结果);井眼轨迹的控制和预测;在建井过程中,完成地质及相关工艺的计算;将每口井所录取的资料显示在屏幕上;积累和保存所有收集到的油井信息;编制并打印每口井的完井报告;将采集的信息以无线、网络或有线的方式实时传输到采集中心;为了资料的后续解释和研究,将资料进行备份。

表1 综合录井仪相关参数

2.2 其他功能

综合录井仪的操作间 (钻井工程师、地质师、平台经理工作间)由2台或更多高配置的计算机组成,对钻井过程进行监控,收集数据,用于观察数据,完成数据的运算,打印及校订等。

在监测钻井过程中所获取的信息可以通过一定的方式实时传送给客户。独特的技术使接收者即使处于油井几十公里以外也可监测钻进过程,迅速对工艺流程的最优化做出决定,保证不同水平的操作者快速获取油井资料。

在钻井监控过程中, МЕ Г А- АМ Т综合录井仪可以自动测量和计算90余种参数,用于描述工作状态、钻井状况和钻井剖面。其中包括:悬重、钻压、转盘转速、泵冲速、钻井液入口出口排量、钻井液体积、钻井液入口出口密度、立压、钻头水功率、井深、井底压力等。

МЕ Г А- АМ Т综合录井仪为专家提供最精确最客观的信息,包括钻井状态,根据钻井资料分析和预测钻头的使用寿命。现代化高科技的设备确保钻头工作及钻井状态最优化:每米进尺成本最低,使用寿命和机械速度最高,单个钻头进尺最高。实现对控制参数的综合分析,可以预测异常事故。

МЕ Г А- АМ Т综合录井仪有一个很重要的优点:其中的异常事故预报等分析仪器,是和俄罗斯工艺勘探学院的专家共同研制开发的,并在俄罗斯和其他国家进行了模拟实验。发生异常事故时,根据提示,可以排除人为因素的干扰。异常事故包括:油气显示、井喷、井漏、钻头泥包、井底落物、井壁坍塌、井下动力停止、钻头超载、卡钻、钻具旋转扭矩超载、钻具刺穿、断钻具 (上部和下部)、立压超载、泥浆泵故障等。

3 综合录井仪在钻进过程中自动解决的问题

3.1 地质勘探

确保完成气测录井及其领域的拓宽;根据D指数和岩屑密度,计算出地层压力和上覆岩层压力;气测录井参数的解释和判断;完成气测、岩屑和井深的捆绑分析。

3.2 完成井斜的自动测量 (自动或手动输入数据)

确定油井在钻进层段的坐标;预测指定层段的坐标;检查井位的落点;制作油井投影图 (垂直方向、水平方向及3D投影图);确定接近邻井时是否会发生碰撞等危险。

3.3 在钻井过程中确保迅速、高效获取所有信息

实时显示来自传感器的信息,并提供异常事故通知;操作者可以根据需要,任意选取技术参数;以表格、数字的形式显示参数信息;利用指针图的形式,模拟大钩和井下钻具的运动状态,还可以模拟其他设备的工作状态;屏幕上实时显示各种图形,且数量不受限制;将岩性剖面、岩屑草图、地层评价资料、井筒轨迹投影图及其他存档资料输出到显示器上。

4 文件的分析与编制

4.1 建井资料的分析、文件编制及自动存档

包括:深度参数和时间参数;监控参数的数据分析 (地层评价、地层孔隙压力评价、岩性剖面、储集层信息、气测录井信息和井筒轨迹坐标)等;起下钻的综合资料。

4.2 起下钻的综合存档资料

包括:工况参数;技术经济指标;工作进度表;钻头磨损 (轴承及其他部件的磨损);起下钻过程中的事故 (时间数据和井深数据综合分析)。

4.3 报表打印

从计算机上可以编制各种文本形式的文件,也可以编制其他文件,包括计算机制图文件。根据井的不同,操作员可以创建一个固定的文件模板和报表 (包括地质、仪器和经济效益分析),并把感兴趣的时间资料和井深资料按照设置成的模式打印出来。

4.4 传感器组

包括:大钩负载、转盘扭矩、气动卡瓦工作状态、钻井液入井压力、钻井液入口流量、钻井液出口流量、钻井液位、补充罐钻井液位、钻井液进出口密度、钻井液进出口温度等。

4.5 气测录井设备组

钻井液中全烃分析仪,烃类气体组分分析仪。

4.6 信息预交换设备组

问讯;传感器信号的预处理;与显示设备的连接 (司钻控制台,地质师、钻井工程师和监督的自动监控台)。

4.7 网络设备软件组

信息的接收、处理、解释、存储和显示等。

5 传感器

5.1 绞车传感器

用于计算脉冲数量,脉冲数量和绞车轴转动角度成正比。用于记录钻头在井内的位置、大钩在转盘面上的位置、井深、机械钻速、钻具上下移动过程中的大钩速度。

5.2 悬重传感器

借助于测量起吊系统死绳端的拉力来测量大钩的质量。这是一种测量应力的传感器。

表2 绞车传感器相关参数

表3 悬重传感器相关参数

5.3 压力传感器

用于测量钻井泵压力管线的压力。

表4 压力传感器相关参数

5.4 钻井液密度、液位、温度传感器

用于监控指定的钻井液罐内钻井液的性能。密度的测量原理是借助于钻井液静压差来实现的。

表5 密度、液位、温度传感器相关参数

5.5 机械液位传感器

用于测量敞口罐和封闭罐内钻井液的位置。液位的测量是借助于测量浮子的位置来实现的,而浮子是由钻井液面控制的。工作原理是测量滑动变阻器的电阻变化。

5.6 出口流量传感器

借助于测量出口钻井液流量,来准确评价循环钻井液的进出平衡情况。该装置的工作是靠传感器靶板倾角的变化来实现的。

表6 机械液位传感器相关参数

表7 出口流量传感器相关参数

5.7 泵冲、转盘转速传感器

用于测量泥浆泵冲程数量和钻井转盘转动数量。

表8 泵冲、转盘转速传感器相关参数

5.8 转盘扭矩传感器

用于测量转盘旋转扭矩的大小。

表9 转盘扭矩传感器相关参数

5.9 卡瓦工作状态传感器

用于记录气动卡瓦的工作状态。

表10 卡瓦工作状态传感器相关参数

6 气测录井配套设备

6.1 色谱分析仪 “хромопласт”

该分析仪 (认证号17148)的功能是:钻井液脱气器脱出的气体经气管线送达色谱分析仪,确定烃类气体各组分含量。

表11 色谱分析仪相关参数

6.2 红外气体分析仪

用于连续测量来自脱气器的甲烷和全烃的百分含量。除了设备的感应元件,样气泵以及给感应元件输送纯净空气的电磁阀也是重要的组成部分。纯空气的作用是控制零位。

表12 红外气体分析仪相关参数

7 地质化学部分

地质化学设备和器具是岩屑分析的辅助设备。可以完成的功能包括:岩屑蒸馏分析;显微镜分析;碳酸盐岩分析;荧光分析;岩屑孔隙度及密度测量。

8 信息交换设备

综合录井仪能为司钻等非综合录井人员提供显示仪32个。

8.1 外设资料采集系统“МЕГА-ССД”

用于信号的询问和预处理,信号为初级的传感器技术参数,或者是记录系统送过来的脉冲信号。该系统在井场安装了设备,主要有信号处理程序、通讯控制、传感协议。数字信号的处理程序可以对任何类型的信号资料进行询问和处理。

表13 外设资料采集系统相关参数

8.2 司钻显示仪“ МЕГА-Табло”

该显示仪 (防爆认证号5240935)对所记录的数据以数字信号或者模拟信号的方式进行显示。该系统可以安装几个显示仪。根据记录参数的数量,安装相应数量的显示仪。显示仪的调节要根据实际输出信号来确定 (输出范围的调节、使用单位的调节〗、边界的调节等)。当输出的信号可能超出界线时,显示仪会发出光信号 (颜色和强度的改变)和声音信号。

表14 司钻显示仪相关参数

8.3 数字显示仪“ МЕГ-Табло”

该显示仪 (防爆认证号520981)能够用数字信号显示8种参数,根据不同的工作方式,调节显示仪,以满足实际需要。

表15 数字显示仪相关参数

9 网络仪表系统

9.1 井位确定

在钻井过程中,该系统直接自动完成井斜测量数据的处理 (自动记录资料或手写资料),确定周围井的间距,并预测井的坐标,完成周围井位落点的检查,建立投影图。该系统确保所有资料的收集,对已经给定数据的井实行有效的井眼轨迹控制,包括水平井。该系统利用卫星进行传输。

9.2 自动记录显示装置“Р А ПП”

该装置安装在钻井操作人员的操作间里,直接显示钻井参数。带有内置资料自动采集系统的该装置,是公司自行开发的,是该综合录井仪的重要组成部分。

自动记录显示装置 Р А ПП的标准配置包括两种仪表,一种是主显示仪表,另一种是辅助显示仪表,分别为 МЕ Г А仪表盘和司钻数字显示仪。一台自动记录显示装置可以安装多个仪表。МЕ Г А仪表盘的最大特点,是屏幕的光亮度随外界的变化而自动调节,操作人员非常容易辨析。除此之外,自动记录显示装置 Р А ПП还可以根据参数的显示情况进行个别的调整 (根据操作人员的要求而定)。自动记录显示装置 Р А ПП已经通过了防爆认证,可以在非安全区域使用。配套的仪表装置 (为了满足自动工作而进行的改型产品),是利用新技术而开发的,可以监控异常事故的发生。Р А ПП的改型产品可以使用现在的传感器 (传感器由客户来确定)。

9.3 事故的预报

该系统在事故发生前自动进行监控。当来自传感器的信号超过设定的界线时,自动记录显示系统会用一定的形式提醒操作人员:显示颜色由绿变红,光的强度也发生变化,同时伴有声音报警。

10 与国内综合录井仪的比较

该综合录井仪与国内的综合录井仪完成的功能基本相同,但还是存在着一定的差异,主要表现在以下几个方面。

10.1 安全防护措施方面

国内的综合录井仪大多采用正压防爆系统,仪器房具有增压功能,具有火灾报警、可燃气体报警、有毒气体报警、电源自动切断等功能;仪器房和传感器还采用了防雷装置。最大限度地保护工作人员的健康和安全,避免仪器设备遭受雷击而造成更大的经济损失。而俄罗斯生产的综合录井仪还没有使用这些防护措施,这一点我们的综合录井仪优于他们。

10.2 传感器方面

在传感器的使用上,各有优劣:①我们早已淘汰的浮子式液位传感器,他们还在继续使用,且是市场上的主流;②国内的钻井液密度传感器,主要使用压差式,而俄罗斯的钻井液密度传感器,除了压差式传感器以外,还有重锤式、伽马射线式等等,这一点优于我们;③俄罗斯使用的气动卡瓦传感器,在国内还没有出现;④从性能指标可以看出,俄罗斯所使用的传感器粗大笨重,安装、使用、维护、保养、维修不够方便,但俄罗斯的传感器适应现场温度较宽。

10.3 气体检测方面

俄罗斯的色谱仪通常用空气作载气,而国内的色谱仪通常用氢气作载气,这是值得国内同行考虑和借鉴的地方。

在最小检知浓度、载气压力、助燃气压力等性能指标上,中国与俄罗斯的色谱仪没有大的区别,虽然俄罗斯有的色谱仪可以检测到己烷,但是以延长分析周期为代价的。综合评价,该方式是否可取值得商榷。

俄罗斯色谱仪的分析周期较长,一般为80～100 s,有的甚至长达3 min,而国内色谱仪的周期则短得多,可以达到30 s,甚至更短,有利于油气藏的评价及薄油气层的发现。这一点国内的色谱仪明显优于俄罗斯的色谱仪。

在俄罗斯,采用 TCD作为检测方式的色谱仪占有一定的比例;而国内的色谱仪大多都采用FID的检测方式,TCD的检测方式目前多数用于非烃检测。TCD的检测方式的色谱仪优点是体积小,质量轻,但是精度较差。

HP6890色谱仪是世界公认的较先进的色谱仪之一,具有性能稳定、检测精度高、易于维护保养等优点,在国内已应用于综合录井行业中,如胜利油田地质录井公司生产的SL-ALS 2.2综合录井仪。而到目前为止,还未发现该色谱仪出现在俄罗斯的录井行业,这一点是我们优于俄罗斯录井设备的地方。

11 结束语

我们应该多了解俄罗斯的综合录井行业的发展,加强同俄罗斯录井行业的交流与合作,关注俄罗斯生产的综合录井设备,取长补短,完善我国的综合录井仪,促进我国综合录井行业快速发展。

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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)