DML综合录井仪气体探测系统的改进与应用

2023-11-20徐长凯

西部探矿工程 2023年11期

徐长凯

（大庆钻探工程公司地质录井一公司，黑龙江大庆 163411）

伊拉克鲁迈拉油田是全球第五大油气田，油气当量36.38×108t[1-2]。其地理位置位于伊拉克南部与科威特交界处，构造位置属于中东波斯湾盆地美索不达米亚平原，油田由南北2个长轴背斜构造构成，中部以鞍状构造相连，北鲁迈拉近南北向展布，南鲁迈拉为NNW 向展布[2]。地质条件比较复杂，钻井施工存在难度大、风险高特点，主要表现：Dammam、Hartha 层位漏失严重，Umm、Tayarat层位易发生含硫水溢出，Mishrif、Zubair层位主要目的层易发生油气侵等，而且Dammam同时还承担着当地厂区废气、废水等不同相流体的注入排放。因此，甲方对于井筒、井场等气体检测的准确、及时、预报的要求更加严格：①原DML 设备色谱自带的热导技术由于受到地层非烃类气体的影响明显，需将TCD 改制FID。②录井队必须增加三线制可燃气体传感器实时监控。为了有效地解决上述2个问题，对DML 综合录井仪中气体探测系统进行了改进，不仅克服了原设备自身存在的不足，还满足了甲方与实际生产的需求。

1 气路分析由热导（TCD）改制氢火焰（FID）

1.1 原设备色谱系统结构组成与不足分析

DML综合录井仪原装配置的气体总量检测仪（Total Gas Detector 简称TGD）采用催化燃烧和热导两个鉴定器，分段完成检测任务。在海外市场服务中，由于伊拉克鲁迈拉地区为海相沉积，地层中存在大量的硫化氢、氢气、二氧化碳等非烃类气体，导致对气测结果产生很大的影响，主要表现为：①出现C1值或各组分值之和高于全烃值；②测量值显示负数的情况，会误导录井工程师认识上出现偏差，甲方对测量值的准确性也提出了质疑。尤其是全烃值呈负值后，数据工程师会误认为是TGD 零点飘移，迅速调整热导鉴定器的零位或满度，导致TGD系统无法正常工作。

1.2 选择优质国产色谱仪并研发对应的气测数据通信软件

选用国产SK-3Q04 氢焰色谱设备（图1）取代原综合录井仪色谱分析系统。SK-3Q04快速色谱仪用于勘探开发领域中天然气的实时测量,其特点是对石油天然气C1-C5组分提供30s和90s两种分析周期的分析模式,是钻井过程中发现油气显示最快速、最直接的手段[5]。改进后的色谱分析系统不但完全实现了原功能,同时降低了色谱分析周期,适应了快速钻井条件下的录井需要。

图1 SK-3Q04氢火焰色谱仪及示意图

由于原来配套的TCD技术快速色谱仪属于设备的专用色谱工作站，分析数据通过原系统下配置的TCP/IP-WITS[3-4]直接保存至服务器中。由于改造后的SK-3Q04氢火焰色谱仪不属于其OPBSD系统专用色谱，无法实现数据直接将气测数据传至服务器中。为了解决SK-3Q04 色谱仪数据有效地保存在服务器中，现场编写了新版本WITS传输协议（图2）。

图2 录井现场编写的新版本WITS传输协议

针对改进后的氢火焰色谱仪开发特定的软件（图3），采用“中转站”的方式将新WITS协议下获得的实时气测数据传输至服务器内，实现气测数据的存储、调用、传输等各项功能。

图3 DML与SK-3Q04色谱仪数据采集通信软件

2 三线制可燃气体配置标准

2.1 DML综合录井仪接线箱、防爆隔离栅传感器接口特征

DML综合录井仪模拟信号传感器均采用二线制接线方式，且服务器通道里无对应的专属数据采集通道，所以无法直接在WellWizard系统里显示可燃气体的数据。通过增加外置24电源、改换隔离栅、添加通道等多种方式相结合，实现了DML 综合录井仪三线制模拟信号的正常输出。

2.2 可燃气体传感器现场标准要求

固定式可燃气体检测传感器是自然扩散、连续在线监测的气体监测设备。它能够将监测到的气体浓度直接在自身屏显或者将数据上传至在线监测系统进行显示、报警、记录等。其种类众多，但其组成构建与原理基本相似。由于其安置在钻井平台区域，至少应满足以下4个标准：①体积小巧且探头灵敏度较高，性价比较高；②满足钻井施工区域防爆等级要求；③防水、油等物质污染能力较强；④可以输出4～20mA模拟电信号。

2.3 三线制可燃气体传感器硬件部分改进模式与具体操作流程

对室内防爆隔离栅以及室外接线箱进行改造，利用“外置24V 电源+数据总线”模式实现三线制传感器正常采集工作。由于DML录井仪采集系统的24V供电防爆隔离栅功率低且没有专门的三线接口，因而无法直接启动三线制传感器，需要通过在室内给隔离栅提供额外24V直流电源，实现可燃气体、硫化氢等三线制传感器正常数据采集工作。室内对隔离栅进行改造，将倍加福KFD2-STC4-Ex2 型防爆隔离栅改换成KFD2-STC4-Ex1 型号，将室内的24V 电源负极引线与信号负端相接，挑选数据总线中未参与数据采集传输工作的1根信号线与24V电源正极相接，接线箱中三线制传感器的正负信号线与防爆隔离栅过来的正负信号通过总线对应连接，而通过总线传过来的24V 电源正极则直接连接三线制传感器的电源接口（图4）。

图4 室内防爆隔离栅与室外接线箱改造原理与流程示意图

2.4 服务器中可燃气体传感器通道增添

在室内防爆隔离栅与室外接线箱完成改造后，对DML综合录井仪服务器添加对应通道设置。其具体操作如下：

（1）键入WWtext命令回车。

（2）选择要操作的井后直接按键盘小写的g 键（如果服务器没反应则按大写的C，或者g和C同时键入），正常显示如下：

Enter new channel mnemonic ：输入要添加通道名字回车

Enter new channel name: 输入要添加通道名字回车

然后会提示如下（按4次回车键）：

language Spanish(Y/N) 回车

language Cyrillic(Y/N) 回车

language Chinese(Y/N) 回车

……………………（Double）回车

选择EXIT

选择None

选择对应的参数（比如可燃气体，序号就选择GAS，其他参数同理）

………………………（y/n）从键盘上选择y

大写S回车

两次小写x退出。

（3）如第2 步骤无法操作，则在建完新井后任选一口老井的8 个旧文件覆盖后重启服务器，然后再使用WWtext 命令去添加。全部操作结束后，再将时间上与新建井最邻近井的8 个文件（calculations/programs/realtime.map/ resources/ triggers/ well.cfg/ wits/ zeros）再次拷贝进服务器替代原8个文件后重启服务器。