综合录井技术基本原理及资料应用.ppt

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1、综合录井技术,基本原理及资料应用 刘强国,综合录井基本原理及资料应用,主要内容 综合录井发展历史 综合录井仪基本原理 综合录井资料应用,综合录井基本原理及资料应用,一、综合录井发展历史 我国在五十年代初期主要是手工方式录井，到1953年引入荧光录井，1955年从前苏联引进半自动气测仪，从此开始了使用仪器的历史。1957年钻井液检测技术引入录井范畴。1964年研制出全自动气测仪，1974年发展出SQC-701型气测仪，第一代面板式综合录井仪。80年代初期，第二代脱机式综合录井仪。,综合录井基本原理及资料应用,，随着电子技术和计算机技术的高速发展，80年代中期西方国家又推出第三代联机式综合录井仪，

2、其中具有代表性的有我国于84年引进的法国Geoservices生产的TDC综合录井仪。80年代后期及九十年代，西方国家又推出第四代无二次仪表、基于WINDOWS环境的联网式综合录井仪。近几年来，又发展了MWD、LWD及快速色谱技术。我国于80年代后期开始研制国产综合录井仪，包括上海石油仪器厂于88年推出的SDL-1地质录井仪、SQC882气测录井仪，新乡二十二所于91年推出的SLZ-1综合录井仪。,综合录井基本原理及资料应用,近几年，国内生产厂商也加快了产品升级步伐，如新乡二十二所生产的SLZ-2A型综合录井仪、上海神开生产的SK2000型综合录井仪就相当于国外生产的第四代综合录井仪。,综合录

3、井基本原理及资料应用,二、综合录井仪基本原理简介 综合录井仪从工作流程可分为一次仪表（传感器）、二次仪表及接口、联机采集、监控计算机三部分。下图为SLZ-2A综合录井仪系统框图。,综合录井基本原理及资料应用,图1.SLZ-2综合录井仪系统框图,综合录井基本原理及资料应用,传感器组、组份分析器、全烃分析器和地质实验室的各类信号通过接口电路处理为0-5V的电压（模拟）或TTL电平规范的脉冲（数字量），经系统总线送至录井工作站进行A/D变换。录井工作站通过I/O板和系统总线实现对气相色谱仪的联机控制。监控工作站驱动三台打印机，实时打印曲线和报表。应用工作站驱动1台打印机，打印应用程序的结果。3台工作

4、站通过网卡和同轴电缆（或双绞线）连接，实现网络通信和资源共享。,综合录井基本原理及资料应用,(一)传感器组 综合录井系统基本配置共包含13种传感器，所有的传感器分为三个区（井台、入口、出口），在各自的接线箱汇总，经传感器信号总线电缆引入仪器的主机柜。其中模拟量传感器10种，采用4-20mA的电流二线制方式传送，数字量传感器3种，采用大电压（0-8V）脉冲方式传送。系统配接的传感器列表如下（以SLZ-2A为例）：井台区：大钩负荷、立管压力、套管压力、转盘扭矩、绞车、转盘转速、硫化氢；入口区：1号泵冲、2号泵冲、3号泵冲、入口密度、入口温度、入口电导率、3号体积、4号体积、5号体积；,综合录井基本

5、原理及资料应用,出口区：出口密度、出口温度、出口电导率、1号体积、2号体积、粘度、出口流量、硫化氢；,综合录井基本原理及资料应用,绞车传感器 绞车传感器由定子和转子组成，超小型双脉冲霍尔探头以90度相位差平卧在定子槽中，当转子转动时，转盘上的12个磁感应器不断从霍尔元件表面扫过，产生使霍尔元件工作的变化磁场，霍尔元件随着磁通密度增减而产生或有或无的数字信号，从传感器输出端就得到具有90度相位差的两组脉冲信号。,综合录井基本原理及资料应用,输出信号：2*12脉冲/圈 精 度：0.1/10m 安装位置：滚筒两端两,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,大钩负荷/立管压力/套管压力

6、传感器 压力传感器弹性膜片上贴有应变片敏感元件，并组成惠斯顿电桥。在压力作用下，应变片敏感元件产生形变而导致其电阻变化。对应变片组成的电桥加恒定激励电压，就可测得于被测压力成线形关系的电压变化。测量范围：5/50/100Mpa 精 度：5%FS。安装位置：大绳死绳端/立管/节流管汇,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,转盘转速传感器/泵冲传感器 本传感器为电感型接近开关，内部电路由振荡、检波和输出级组成，振荡线圈在四周产生交变磁场，当有金属物体接近线圈时，磁场在金属物体内产生涡流，能量上的损失使振荡器不再满足振荡条件而停振，经检波和输出级后变为高电平，在没有金属物体接近时输

7、出低电平。动作距离：15cm 输出信号：高低电平 安装位置：转盘/泥浆泵,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,扭矩传感器 扭矩传感器分为机械式和电扭矩两种。机械式扭矩传感器可分为两种：（1）压力式：工作原理同压力传感器，使用过桥轮，安装于链条盒内；（2）顶丝式：使用应变电阻，安装于转盘顶丝位置。电扭矩传感器的基本原理是霍尔效应，当流过导线的电流变化时，电流在其周围的磁场发生变化，使得霍尔器件中有一定的电压输出。安装在输入或输出动力线上。,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,H2S传感器 H2S传感器应用控制电位电解法原理，在电解池内安装三个电极：工作电极

8、、对地电极和参比电极，并施加一定的极化电压，用薄膜同外部分开，当被测气体通过薄膜时，发生氧化还原反应，此时传感器将有一输出电流，此电流大小与被测气体浓度成正比关系。测量范围：0-100ppm 精 度：1ppm 安装位置：钻台上/下、出口管线、放空管线,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,池体积传感器 该传感器实际上是一种高度传感器，传感器内部装有2米长的测量杆，测量杆上每隔1cm装有一只15电阻和一只干簧管，外部套有一只带磁环的浮球，浮球在测量杆上移动时，吸合该位置上的干簧管，从而引起总的电阻值变化，把此电阻经接口电路转换成电信号，就可测得液面高度，根据底面积，便可求得体积

9、值。测量范围：0-2m 精 度：1cm 安装位置：泥浆罐,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,钻井液密度传感器 采用差压式原理。当传感器垂直放于钻井液中，由于两只法兰所处深度不同，其表面所受压力也不同，而两只法兰间的距离恒定，故压差仅与液体密度有关。D=10*P/H 式中：D：钻井液密度 P：压差 H：两只法兰间垂直距离 测量范围：0.90-2.76 g/cm3 精 度：0.01 g/cm3 安装位置：泥浆罐及出口管线,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,钻井液温度传感器 使用铂电阻作为感温元件，铂电阻与温度有以下关系：测量范围：0-120 精 度：1%

10、FS 安装位置：泥浆罐及出口管线,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,钻井液电导率传感器 基于电磁感应原理。在两只平行叠入的磁环上绕有初、次级两个线圈，初级馈以等幅稳频的正弦波激励信号，次级的感应信号将随通过两线圈的闭环环路的电导率高低而变化。测量范围：0-300Ms/cm 精 度：5%FS 安装位置：泥浆罐及出口管线,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,钻井液流量传感器 此传感器为靶式流量计，内部装有一只滑动电位器，以电阻的变化反映挡板角度的位移。测量范围：相对变化，角度50度 精 度：5%FS 安装位置：出口管线,综合录井基本原理及资料应用,综合录井

11、基本原理及资料应用,（二）地质实验室 地质实验室仪器包括：碳酸盐分析仪、荧光分析仪、页岩密度仪3种，其中碳酸盐信号联机采集和测量。碳酸盐分析仪装于仪器房内，其信号转变为4-20mA后随传感器信号一齐接入工程单元中的接口电路，处理为0-5V的电压值供A/D变换。,综合录井基本原理及资料应用,（三）气相色谱仪 气相色谱仪是录井仪的核心部分。烃组份和全烃分析采用高灵敏度的氢火焰鉴定器（FID），非烃组份采用热导鉴定器（TCD）。气相色谱分析法以气体为流动相，利用色谱柱中固定相吸附剂表面对不同组分的吸附能力不同，达到分离组分的目的。鉴定器按分析方式可分为微分型和积分型两种。积分型鉴定器测量各组分累计总

12、量，所得色谱图为一系列台阶。微分型鉴定器测量载气中各组分瞬间的浓度变化，所得色谱图为一系列色谱峰，其特点是灵敏度高，并可同时得到,综合录井基本原理及资料应用,各组分峰面积及保留数据，FID即为微分型鉴定器。按鉴定器响应信号，可将鉴定器分为浓度型和质量型两种。浓度型鉴定器测量载气中组分浓度变化，其响应值与样品浓度有关而与载气流速无关。质量型鉴定器响应值取决于单位时间进入鉴定器的组分质量。FID属于质量型鉴定器。FID鉴定器以氢气为燃气，当载气中含有有机物时，由于化学电离反应生成许多离子，在180伏极化电压的作用下，带电离子定向运动形成离子流，通过采集、放大处理，即可对有机物进行定性定量分析。,综

13、合录井基本原理及资料应用,TCD（热导）鉴定器主要由池体和热敏元件组成。热敏元件一般选择电阻率高、电阻温度系数大的铼-钨丝，由热敏元件组成惠斯顿电桥。当只有载气通过电桥时，电桥平衡，输出信号为0，当有组分通过测量臂时，由于组分的热导系数和载气的热导系数不同，使得电桥失去平衡，产生电压输出信号。,综合录井基本原理及资料应用,下图是烃组份气路工作原理示意图,综合录井基本原理及资料应用,上图中的状态1，载气将定量管中的样品气吹入预分离柱A和分离柱B进行分离，在全周期时间的30%左右（大约40s），C1-C5的轻组份从预分离柱A进入分离柱B，而C5以后的重组份仍存在于A柱中；此时切换为状态2，载气通过

14、B柱将C1-C5的轻组份吹入FID分析出峰，将C5以后的重组份在A柱中以反方向吹出放空。同时样品气进入定量管，为下次分析作准备。,综合录井基本原理及资料应用,下图是SLZ-2A综合录井仪组分分析仪的最小检测浓度实验结果:,综合录井基本原理及资料应用,全烃通道最小检测浓度：100ppm 测量范围：100%重复性误差：=3%信号输出:05V；烃组分通道最小检测浓度：15ppm 测量范围：100%重复性误差：=3%信号输出:05V；硬件自动调零；非烃通道最小检测浓度：H2:200ppm CO2:2000ppm测量范围：H2:30%CO2:100%重复性误差：=3%信号输出:05V；e 基线 2.5V

15、，双向出峰；f 硬件自动调零；,综合录井基本原理及资料应用,三、综合录井资料应用 工程异常预报 钻井工程参数异常变化对比表如下页所示。,钻井工程参数异常变化对比表,钻井液参数异常变化情况对比表,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,油气层检测与判别 气体解释方法有多种，目前较为常用的有以下几种：1：气体比值法,气体比值法,综合录井基本原理及资料应用,2、三角图版法 三角图版法是目前较为常用的解释方法，解释步骤如下：首先求出C2/C、C3/C、nC4/C的比值，然后按C2/C值做C3/C轴的平行线，按C3/C值做Nc4/C

16、轴的平行线，按nC4/C值做C2/C轴的平行线，三线相交呈一三角形，将此三角形的三个顶点于相应的图版三角形的顶点连线，交于一点M。解释原则如下：A:若M在价值区外，解释为无生产价值 B:若所得三角形为特大三角形，顶点朝上，M落于价值区，则解释为干气,综合录井基本原理及资料应用,（C:若所得三角形为大三角形，顶点朝上，M落于价值区，则解释为重质油 D:若所得三角形为中三角形，顶点朝上，M落于价值区，则解释为油气同层 E:若所得三角形为小三角形，顶点无论朝上朝下，M落于价值区，则解释为油气转化带 F:若所得三角形为中-大三角形，顶点朝下，M落于价值区，则解释为油层,综合录井基本原理及资料应用,3、

17、三H法 三H是指湿度比（WH）、平衡比（BH）、特征比（CH），计算方法如下：WH=（C2+C3+C4+C5）/(C1+C2+C3+C4+C5)100%（湿度比）；BH=(C1+C2)/(C3+C4+C5)（平衡比）；CH=(C4+C5)/C3（特征比）；利用三个比值，综合判断含油气水情况。判别标准如下：A：若0.50.5，该层为油层。C：若WH40.0，且BH较小，该层为水层。D：若WH0.5，且BH较大，该层为干层。,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,地层压力监测与预报 异常地层压力形成机理：A:沉积物的快速堆积和压实不平衡 B:地热增压作用 C:矿物脱水作用 D:渗

18、 透作用 E:大地构造运动,综合录井基本原理及资料应用,地层压力评价技术：A:用地震资料评价地层压力 B:气测参数（背景气、单根气、起下钻气等）C:岩屑性质 D:钻井液电导率 E:测井资料 F:D指数 G:页岩密度 H:泥质因子（粘土岩阳离子交换能力）I:地层温度,压力异常参数变化对比表,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,钻头报告 分析钻头使用中的各项参数，绘制钻头成本曲线。,综合录井基本原理及资料应用,水力学报告 水力学程序用来计算和处理钻井系统的水力动力学问题，对于提高钻速、降低成本和优化钻井具有重要意义。水力学程序主要任务有以下几条：A:计算钻井系统各部分钻井液体积

19、、流速、迟到时间等物理参数 B:判断钻井系统各部分钻井液流体状态 C:计算钻井系统各部分钻井液的压力损耗 D:计算钻头功率 E:估算冲击和抽吸压力，绘制冲击和抽吸压力曲线,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,井斜程序 A:勾股法 B:平均角度法 C:曲率半径法,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,钻井优化 最优化钻井就是应用数学理论，分析和处理钻井中的数据和资料，优选措施，预测指标，使钻井工程始终保持在最佳的经济状况下。在进行最优化钻井设计和施工时中，可将影响钻速和成本的因素归结为两大类：一类为不变

20、因素，如井深、地层岩性、地层压力、流体性质等；另一类为可变因素，如钻井液类型、钻头、钻压、转速、水力因素等。要获得高钻速、低成本，必须对可变因素进行优选。,综合录井基本原理及资料应用,很明显，提高钻压和转速可以提高机械钻速，但同时也加速了钻头机械磨损，降低了钻头寿命。最优化钻井就是根据钻速模式、钻头牙齿磨损速度模式、钻头轴承磨损速度模式以及钻进成本模式计算出不同钻压、转速下的成本曲线，从中选取最佳的钻压/转速组合，以获得最佳的钻进成本。在钻井实践中，一般采用“五点钻速实验法”来确定计算模式中所用到的各项基础数据，运用这些基础数据优选各项钻井参数，以求达到最优化钻井的目的。,综合录井基本原理及资

21、料应用,固井 分为一级固井和多级固井，计算固井所需水泥用量，并可实时监测替泥浆量、碰压时间等。,综合录井基本原理及资料应用,下套管 计算并打印套管长度，计算并实时监测套管线重量、替泥浆量及遇阻卡情况。,综合录井基本原理及资料应用,快速色谱技术 快速色谱分析是近几年发展起来的新技术，它改进了气路设计，采用氦气或氢气做载气，使色谱全周期分析时间缩短到30秒以内。相对于常规色谱，快速色谱有以下特点：A:分析时间短，能够进行薄层分析 由于快速色谱仪分析周期短，快速色谱仪采样点密度是常规色谱仪的8倍，如果常规色谱仪能分辨出1m厚的油层，那么在机械钻速不变的情况下快速色谱就能够分辨出0.125m的油层，对

22、薄层油气层的发现、大套油层中夹层的判断，以及裂缝型油气藏的勘探有着重要意义。,综合录井基本原理及资料应用,B:水平井地质导向 在不同的储层，其气测值曲线和WH，BH，CH三个比值的曲线各不相同，在目的储层内钻进时，其曲线和数据值应基本保持不变。一旦离开了目的储层，其曲线和数据值就会发生变化，利用这一特征可以进行地质导向。C:适用于小井眼快速钻进 在西方国家，为了快速钻进和节约勘探成本，现在不断采用小井眼钻进技术。在快速钻进下，常规色谱无法保证检测精度，而现有的测井仪器由于直径大而无法下入井下，而开发小直径的测井仪器无疑成本巨大，因此快速色谱技术在未来的小井眼快速钻进中意义重大。,综合录井基本原

23、理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,综合录井基本原理及资料应用,钻具振动分析 钻具振动分析技术主要是对扭矩、转速、大钩负荷和立压传感器信号以高于10Hz的频率进行采集，利用傅立叶方程对所采集的信号进行处理，绘制能谱图显示钻具振动分析结果，当钻具发生有害振动时，报警装置提醒人们改变钻井参数，以防止井下钻具损伤，避免钻井事故。钻具振动异常一般表现为以下三种形式：A:扭转振动 扭转振动在地面的表现形式为“粘卡-释放”现象，是较典型的振动方式，其特征为：当扭矩达到波峰时，转速为波谷.,综合录井基本原理及资料应用,消除措施为逐步提高转速，减小钻压。B:轴向振动 地面表现为跳钻，其特征为大钩负荷显示高振幅高频率振动，扭矩和转速呈低幅振动。消除措施为改变钻压和转速。C:偏转 地表特征为高平均扭矩值和大钩负荷大幅度变化。,综合录井基本原理及资料应用,