宋曉晟 陳文生 張士化 楊 凡 張茂勝

(①上海歐申科技有限公司;②新疆歐申儀器儀表科技有限公司;③中石化華北石油工程有限公司錄井分公司;④中國地質(zhì)大學(xué)(北京)工程技術(shù)學(xué)院)

0 引 言

綜合錄井是發(fā)現(xiàn)油氣顯示的重要手段，常用的錄井設(shè)備為綜合錄井儀，一般為落地集裝箱式，配備C1-C5烴類氣體檢測(cè)、有線傳感器[1]。現(xiàn)有綜合錄井儀搬遷需要卡車、吊車，頁巖氣鉆井過程中，往往使用平臺(tái)井組，搬遷距離近，而卡車、吊車需要從基地進(jìn)行調(diào)用，搬遷成本增加[2]；煤層氣鉆井過程中，井深較淺，搬遷頻繁，錄井技術(shù)服務(wù)費(fèi)低，需要降低錄井成本以保證利潤[3]；某些井處于偏遠(yuǎn)地區(qū)且未形成大規(guī)模開發(fā)，往往奔赴上千公里只能錄一口較淺的井，卡車、吊車等長(zhǎng)途搬遷費(fèi)用導(dǎo)致錄井成本大幅增加[4]；某些井場(chǎng)空間狹小，搬遷時(shí)吊車及卡車無法擺放，給鉆井施工及錄井作業(yè)造成困難[1]?，F(xiàn)有綜合錄井儀多采用集裝箱式，儀器房?jī)?nèi)空間較大，但儀器房?jī)?nèi)設(shè)備未形成模塊化、小型化，很難根據(jù)甲方需求進(jìn)行功能組合[5]。C1-C5烴類氣體雖然檢測(cè)周期較短，但檢測(cè)信息有限，后期解釋評(píng)價(jià)受到限制[6]，尤其在重點(diǎn)井中，往往不能滿足油氣勘探開發(fā)需要[7]。有線傳感器布線可能給鉆井施工帶來干擾，且增加了錄井人員工作量，在頻繁搬遷時(shí)弊端尤為明顯[8]。

1 整體結(jié)構(gòu)

圖1 車載無線綜合錄井儀外觀

圖2 車載無線綜合錄井儀內(nèi)部布局

圖3 車載無線綜合錄井儀結(jié)構(gòu)圖

ML-03M綜合錄井儀(車載無線綜合錄井儀)安裝在一臺(tái)依維柯汽車上(圖1)，車身由兩道隔墻分成三部分，前端為駕駛艙，中間部分為工作艙，尾端為存儲(chǔ)艙。駕駛艙與工作艙之間由隔墻隔開，兩個(gè)艙完全分離，不設(shè)置出入門，保證駕駛車輛與錄井工作互不干擾；工作艙與存儲(chǔ)艙由隔墻隔開，隔墻上設(shè)置推拉門，保證操作人員在工作艙與存儲(chǔ)艙之間自由出入；車的尾端設(shè)有儀器房門，為工作人員出入存儲(chǔ)艙、工作艙的通道。駕駛艙為搬遷綜合錄井儀時(shí)駕駛車輛所用。工作艙為正常錄井時(shí)的工作場(chǎng)所，所有錄井操作都在工作艙完成，包括錄井資料采集、實(shí)時(shí)傳輸、現(xiàn)場(chǎng)資料處理，工作艙內(nèi)設(shè)有溫度、煙霧、氣壓、可燃性氣體及硫化氫檢測(cè)儀，發(fā)生異常時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警，保證設(shè)備及人員安全，工作艙內(nèi)部布局見圖2。存儲(chǔ)艙用于處理反吹氣體及放置儀器備件，可存放氣樣瓶、儀器備件以及搬遷時(shí)放置傳感器等，體積較小的傳感器放置在存放柜中，長(zhǎng)桿式傳感器掛在支架上并進(jìn)行固定；關(guān)鍵設(shè)備采用雙機(jī)備份，備用設(shè)備存放于存儲(chǔ)艙內(nèi)，避免設(shè)備故障影響生產(chǎn)，車載無線綜合錄井儀整體結(jié)構(gòu)見圖3。錄井軟件采用自主研發(fā)的RigLog錄井系統(tǒng)，能夠自動(dòng)完成資料采集、顯示、報(bào)警、打印、遠(yuǎn)傳、存盤等功能，能夠掛接地質(zhì)導(dǎo)向等軟件。

2 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1 車載儀器房

將依維柯車廂進(jìn)行改裝作為綜合錄井儀器房，整個(gè)車廂尺寸(mm)為5 990×2 000×3 120，在保證駕駛安全的前提下，盡可能增加工作艙空間，利于開展日常錄井工作，盡可能減小存儲(chǔ)艙空間，緊湊擺放備用傳感器。該綜合錄井儀工作艙尺寸(mm)為2 510×1 750×1 900，存儲(chǔ)艙尺寸(mm)為1 000×1 750×1 900，環(huán)境溫度為-40～60℃，工作艙內(nèi)部控制溫度為0～30℃、相對(duì)濕度≤80%。所有錄井儀器及備件全部安裝在該儀器房?jī)?nèi)，搬遷時(shí)開車即走，不需要吊車、卡車等其他運(yùn)輸工具，節(jié)約搬遷成本，適用于煤層氣等鉆井周期短、頻繁轉(zhuǎn)場(chǎng)、開發(fā)成本低的井，以及頁巖氣平臺(tái)井組開發(fā)等搬遷頻繁的井，還適用于長(zhǎng)途搬遷且錄井?dāng)?shù)量較少的井。該綜合錄井儀搬遷時(shí)不需要吊車等設(shè)施，在較小的空間即可完成錄井儀器就位；依維柯車廂體積相對(duì)較小，錄井時(shí)占用空間較小，節(jié)省了井場(chǎng)空間，在井場(chǎng)空間受限時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)。

2.2 模塊化及小型化設(shè)計(jì)

工作艙內(nèi)分為3個(gè)區(qū)，分別為設(shè)備操作區(qū)、資料整理區(qū)、顯示區(qū)。設(shè)備操作區(qū)設(shè)有2 500 mm×600 mm設(shè)備放置臺(tái)，臺(tái)上放置鉆井工程參數(shù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，以及烴類氣體檢測(cè)、CO2氣體檢測(cè)、地質(zhì)熒光測(cè)定、定量熒光分析、碳酸鹽巖含量分析等設(shè)備，臺(tái)下放置氫氣發(fā)生器、空氣壓縮機(jī)、不間斷電源等設(shè)備；資料整理區(qū)主要為折疊桌，不需要時(shí)可將其折疊，不占空間；顯示區(qū)為若干個(gè)壁掛液晶顯示器，幾乎不占空間。工作艙中的錄井設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，各種設(shè)備可以根據(jù)甲方不同需求進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比。烴類氣體檢測(cè)儀、CO2氣體檢測(cè)儀、氫氣發(fā)生器、空氣壓縮機(jī)、不間斷電源等設(shè)備遵循小型化原則，并合理布局，占用空間只有傳統(tǒng)集裝箱式儀器房的50%。工作艙中設(shè)備連接皆為快速插拔式接頭，錄井結(jié)束后，拔開氣路及電路連接插頭就地封裝固定即可搬遷，啟用時(shí)，連接氣路及電路連接插頭即可使用。

2.3 多組分氣體快速檢測(cè)

氣體采集采用自動(dòng)升降電動(dòng)脫氣器，該脫氣器能夠根據(jù)鉆井液面高低自動(dòng)調(diào)節(jié)高度，脫氣效率穩(wěn)定，有利于油氣層發(fā)現(xiàn)及氣測(cè)資料解釋，有利于不同井之間、同一口井不同井段之間相互對(duì)比[9]。氣體檢測(cè)分為三個(gè)模塊，分別為C1-C5烴類氣體檢測(cè)儀、C6-C8烴類氣體檢測(cè)儀、CO2氣體檢測(cè)儀。三個(gè)模塊相互獨(dú)立，可以根據(jù)不同需求進(jìn)行配置。C1-C5烴類氣體檢測(cè)儀能夠在30 s內(nèi)檢測(cè)C1-C5氣體，檢測(cè)周期短，在快速鉆進(jìn)、薄油氣層時(shí)不會(huì)漏掉油氣顯示，設(shè)備成本低、設(shè)備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，適用于重點(diǎn)探井、評(píng)價(jià)井、開發(fā)井等所有類型井；C6-C8烴類氣體檢測(cè)儀能夠在120 s內(nèi)檢測(cè)C6-C8、苯、甲苯氣體，豐富了檢測(cè)信息，提高了油氣評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性，為油氣層發(fā)現(xiàn)、解釋以及提高鉆井效率、保證鉆井安全等方面提供了新的手段，適用于重點(diǎn)探井、深海鉆井等領(lǐng)域。CO2氣體檢測(cè)儀是一種單光束、雙波長(zhǎng)、非漫射紅外傳感器，測(cè)量范圍0.2%～100%，適用于各種類型井。

2.4 無線傳感器

鉆井工程參數(shù)測(cè)量皆采用無線傳感器，無線傳感器系統(tǒng)由無線傳輸單元及傳感器組成，無線傳輸單元包括主節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)位于工作艙的無線節(jié)點(diǎn)箱中，每一套系統(tǒng)只有唯一主節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)位于現(xiàn)場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)中，整個(gè)無線傳感器系統(tǒng)可以有多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)組成星型無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。按結(jié)構(gòu)不同，將傳感器分為一體式節(jié)點(diǎn)無線傳感器和分體式節(jié)點(diǎn)無線傳感器兩大類。一體式節(jié)點(diǎn)無線傳感器功耗低，終端節(jié)點(diǎn)和電池采用一體化設(shè)計(jì)，該節(jié)點(diǎn)包含了無線傳感器節(jié)點(diǎn)的完整功能，一體式節(jié)點(diǎn)無線傳感器包括密度、溫度、電導(dǎo)率、硫化氫、超聲波液位等傳感器；分體式節(jié)點(diǎn)無線傳感器包含低功耗傳感器和無線傳輸盒兩部分，低功耗傳感器包括探頭和前置電路，前置電路將電信號(hào)處理成直流電壓或數(shù)字脈沖信號(hào)進(jìn)行輸出，無線傳輸盒進(jìn)行信號(hào)采集處理及無線傳輸，同時(shí)給低功耗傳感器供電，分體式節(jié)點(diǎn)無線傳感器包括壓力、扭矩、流量、絞車、泵沖、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速等傳感器。該傳感器可連續(xù)工作時(shí)間為15～30 d，傳輸距離為120 m。無線傳感器不需在井場(chǎng)布線，減少了工作量，避免給鉆井施工造成干擾，特別適用于錄井空間受限、建井周期短、遠(yuǎn)程錄井、集群式錄井等。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

車載無線綜合錄井儀在青海油田G 9-15井、Q 3-11井進(jìn)行了應(yīng)用，對(duì)C1-C5烴類氣體檢測(cè)儀、C6-C8烴類氣體檢測(cè)儀、CO2氣體檢測(cè)儀、無線傳感器進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。兩口井共發(fā)現(xiàn)油氣顯示35.2 m/6層，成功預(yù)報(bào)工程事故2次。圖4為Q 3-11井現(xiàn)場(chǎng)氣測(cè)錄井圖，采用雙模塊色譜，分別為30 s檢測(cè)C1-C5及120 s 檢測(cè)C6-C8。1號(hào)井段2 592.52～2 606.83 m，nC6-nC8含量較高，氣指數(shù)、油指數(shù)未有明顯增大，水指數(shù)高，解釋為水層；2號(hào)井段2 614.40～2 625.00 m，烴組分明顯增加，油指數(shù)增大，水指數(shù)較高，解釋為油水同層；3號(hào)井段2 678.06～2 690.50 m、4號(hào)井段3 109.28～3 132.55 m，全烴未有明顯變化，但nC6-nC8含量明顯增加，油指數(shù)大，泥質(zhì)含量重，解釋為差油層。試油結(jié)果：1號(hào)井段產(chǎn)水8.36 m3/d，試油結(jié)論為水層；2號(hào)井段產(chǎn)油0.2 m3/d，產(chǎn)水5.563 m3/d， 試油結(jié)論為含油水層；3號(hào)井段產(chǎn)油0.9 m3/d，產(chǎn)水1.53 m3/d，試油結(jié)論為差油層；4號(hào)井段產(chǎn)油1.2 m3/d，產(chǎn)水2.1 m3/d，試油結(jié)論為差油層。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該綜合錄井儀所采集的數(shù)據(jù)齊全準(zhǔn)確，解釋結(jié)果與實(shí)際吻合較好。

圖4 Q 3-11井氣測(cè)錄井圖

4 結(jié)束語

車載無線綜合錄井儀集傳感器、微電子、計(jì)算機(jī)、精密機(jī)械、色譜分析、不間斷電源等多種技術(shù)于一體，能及時(shí)準(zhǔn)確地采集鉆井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，提高了錄井現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性。車載模式能夠提高錄井轉(zhuǎn)場(chǎng)及安裝工作效率；雙備份機(jī)制能夠提高惡劣環(huán)境條件下工作穩(wěn)定性及可靠性；模塊化能夠適應(yīng)不同用戶需求及多種場(chǎng)合應(yīng)用；多組分檢測(cè)能夠豐富錄井信息，滿足復(fù)雜井錄井需求；無線傳感器能夠減輕工作量，提高工作效率，減小鉆井干擾。該車載無線綜合錄井儀可以在周期短、小井場(chǎng)、低成本、長(zhǎng)途搬遷的鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用，對(duì)于提高錄井工作效率、保障鉆井安全、降低開發(fā)成本都具有積極意義。