地质录井岩屑自动化采集技术探讨

2020-11-26

科海故事博览 2020年6期

（中石化胜利石油工程有限公司地质录井公司，山东东营 257064）

岩屑录井是系统了解井下地层、岩性、油气显示的直观资料，是油气钻井过程中常用的手段。在岩屑录井资料收集的过程中，常见的采集岩屑的方法是人工采集，即通过综合录井工从振动筛处用铁锹铲取岩屑，手动清洗。但人工捞取和清洗耗时较长，工作强度大，存在着诸多的不确定因素，对录井资料的准确性存在一定的影响。随着钻井工艺技术的不断发展，机械钻速不断提高，1-2min/m 的高钻速已经成为了每口井的常态，传统的岩屑捞取、清洗方法已经很难保证岩屑录井的资料录取要求，因此通过机械自动化代替人工操作进行岩屑资料的录取，是目前研究的重要方向。以下探讨的就是录井岩屑自动化采集系统的技术结构。

1 系统结构与工作原理

国内录井现状我国录井现场（录井小队）一般配备一套综合录井仪器，公司便可以施工；现场人员正常情况配备为7 人，包括录井队长1 人、仪器大班1 人、地质大班1人、综合录井工2 人、采集工2 人，如果进行地化、元素、核磁、岩心（屑）扫描等项目，相应增加技术人员。近年来利用电脑技术、传感技术、信息技术等，将录井技术由初期的纯手地质工录井，发展到目前的利用传感器进行全自动化录井综合数据采集、并辅助以岩心（屑）扫描、碳酸盐岩分析、地化分析、元素分析等技术，智能识别岩性、油气以及油气层评价、地层压力检测、有毒有害气体监测、工程参数异常监测及自动报警等技术手段；同时利用信息化技术，做到了录井现场数据及图形资料实时传输[1]、利用数字化技术，组建大数据库，对录井现场资料上传入库、查询等功能。虽然录井现场实现了部分数据采集自动化、资料处理自动化。但岩屑采集、实物及数据资料入库等却未达到自动化；还需要人工采集岩屑、清洗、收集油气资料、以及作出异常预报；资料处理也需要在队技术人员随时进行人工处理。

1.1 整体结构简介

自动化岩屑采集系统放置于循环罐与钻台中间，钻井液通过架空槽，直接接入该采集系统的入口，钻井液经采集系统处理，采集完岩屑资料后，由出口排回循环罐，井队可按原工程方法继续处理钻井液。该洗砂房工作区分为数据采集区、流量控制区、岩屑清洗区、岩屑分选区和钻井液回流区5 部分，通过连接目前使用的综合录井仪实现远程的数据采集和远程控制岩屑自动采集功能。此外，该设备采用防爆处理，安装有防爆排气扇，紧急安全出口等设备。

1.2 工作原理

钻井液从自动化岩屑采集系统入口进入后，先进入数据采集区，流量控制区根据是否进行岩屑采集和采集区获得的流量数据，来控制钻井液的进入岩屑清洗、烘干区的流量，最后岩屑清洗、烘干结束进入分选区，在分选区完成岩屑的装包，整个过程中的钻井液和多余的岩屑、掉块等通过回流区从出口返回工程的循环罐。

1.2.1 数据采集区

资料智能自动化采集系统资料采集智能自动化，包括专业传感自动化采集子系统、实物岩性资料智能自动化采集子系统、专业自动录入子系统、不间断数据监测与智能预警子系统[2]。其中自动化传感采集系统，目前大部分综合录井仪已经基本实现。而实物岩性资料智能自动化采集还只是设想，但实现难度不大，只需要一款自动化岩屑清洗、烘干设备与钻井震动筛出砂口相连。烘干岩屑自动传输给元素仪、岩屑扫描仪、荧光仪、地化仪等各项录井设备，进行自动分析，所得数据与传感器采集系统采集的数据一起自动传输至综合录井仪采集系统，形成各自子数据库进行发送。专业自动录入系统是通过电脑自动化处理所有采集的数据与图像，将有关联的数据自主归类，自动填入专业表格，形成专业资料。不间断数据监测与预警系统是通过电脑对工程与钻井液数据实施自动化分析，对异常数据进行自动抓取，并自主分析异常类型，及时发出预警，从而达到自动化工程异常预报的作用。还可以在综合录井仪上增加其他外部接口，如测井数据导入接口、固井实时数据监测接口、轨迹导向数据接口等。数据采集区相当于原缓冲罐，将缓冲罐至于室内用于安装脱气器、温度、电导率、密度等传感器，在出口处设计对外伸缩式管道，用于连接架空槽，在管道的前端安装钻井液流量控制传感器。这些传感器连接至综合录井仪，用以采集数据，其中流量传感器的数据更是为了后面流量控制区提供了数据保障。

图1 录井现场自动化方案图

1.2.2 流量控制区

岩屑录井需要录取整个录井间距内的岩屑样品，岩屑的多少与钻速、采集时间、流量、钻井液的含砂量、密度、粘度、掉块多少等因素有关。在这些因素中，我们唯一可以控制的只有钻井液流量，因此我们加入了流量控制区。通过对上述这些因素进行相关性分析，权重分析，函数拟合等，建立起流量与岩屑量的函数关系，通过远程电信号模拟，利用综合录井仪对流量监控的同时，对流量阀门进行远程自动控制，确保在单个取样间距内岩屑全部取到的基础上，既不会不足，又不会超过岩屑分选区的负荷。

1.2.3 岩屑清洗区

岩屑清洗区主要有振动筛，高压水雾清洗带，烘干带组成，高压水雾喷头和烘干带均置于筛网上部，让水流和暖风向下推送。其工作原理是岩屑经振动筛后，在经过两段高压水雾清洗带，确保岩屑冲洗干净，后经烘干带采用80℃暖风进行烘干。

1.2.4 岩屑分选区

岩屑分选区是岩屑烘干装袋的最后一道工序，首先通过振动筛到达筛分区，筛分区是上下两层筛网，上层筛网孔径为20mm，其主要目的是筛除掉块和泥饼，直接排入回流区，下层筛网接住剩余真实岩屑，将岩屑带入圆盘中的接砂区，在接砂区上部有搅拌装置，不断搅拌岩屑，让整个取样间距的岩屑混合均匀。该圆盘受综合录井仪远程控制，根据迟到井深，每当结束一个取样区间，圆盘旋转三分之一的角度，当圆盘旋转时，搅拌器提起，岩屑转到装袋区进行装袋，装袋后投放至传送带，传送带将砂样带入样品袋排列区进行归位，到下一个录井区间时，圆盘旋转，将剩余岩屑带入倒砂区，将岩屑倒入回流区，此时一个循环周期结束，圆盘停止转动，继续接取下一个录井间距的岩屑。

1.2.5 钻井液回流区

钻井液回流系统的目的是让钻井液流回工程的循环系统，保证钻井液体系的正常循环，同时在岩屑采集时，收集该过程中过滤掉的钻井液和多余的岩屑。其工作原理是用搅拌机进行搅拌，防止岩屑沉积，阻碍钻井液流通，同时用泵将钻井液从底部出口排出，完成循环。

2 录井现场智能自动化方案探究

2.1 建立基地资料、数据集中处理中心

基地数据中心的作用是所有录井现场资料的集中处理，存储中心也是远程控制中心，指挥中心更是甲方获取钻井现场资料基地和甲乙方协同指挥中心；总之，通过该中心能够获取录井现场全部的实时资料，并对资料进行处理和评价，决策层也能够通过该中心进行远程指挥、下达决策。

2.2 智能远程传输系统

智能传输系统包括录井现场实时数据传输，高清视频、图像传输、双向语音传输等。将采集到的所有数据与资料，直接传输至基地数据处理中心，实现录井现场与基地中心实时监控与数据自动化处理，同时实行基地中心与井场同步，便于直接远程控制井场设备、下达指令等。实现远程监控与调试，最终实现录井施工人员远程办公。

2.3 自动化岩屑采集系统优势

地质录井用自动化岩屑采集系统与目前国内普遍采用的人工捞取、清洗岩屑的方法相比，具有许多优势：

（1）将出口传感器至于室内，使得传感器的安装更加方便，减少了重复安装拆卸的次数，延长了传感器的使用寿命；同时在室内受外界影响因素较小，传感器数值更加稳定；

（2）传感器数据采集和岩屑采集均在室内，降低了工作人员在换取干燥管，安装拆卸、维护保养传感器，岩屑捞取过程中的安全风险；

（3）用机械取代人工，不仅能够满足不同钻速条件下的岩屑捞取工作，更是防止了人为分包、早捞、晚捞、清洗不干净等人为因素而造成的岩屑深度不准确、岩屑混乱、岩屑缺失等问题，大大的提高了岩屑录井的精度；

（4）用机械自动化代替人工，最大的优势就是可以降低人工成本，在同一工期中，井位多，人员少的问题也可以得到缓解，也顺应了公司提出减员增效，提速、提质、增效和远程智能录井的目标。如果按照1 名员工成本15 万元每年计算，自动化岩屑采集系统造价30 万，那么每台设备每十年可以节约相当于420 万元的人工成本。