俄罗斯综合录井色谱仪使用现状(国外油田工程2009.2).doc

俄罗斯综合录井色谱仪使用现状俄罗斯综合录井色谱仪使用现状 杨明清 编译 胜利油田地质录井公司 摘要摘要 本文介绍了俄罗斯综合录井色谱仪使用现状，重点介绍了俄罗斯最新生产且广泛应用的五种综合录井色 谱仪：“石油探测专家”系列色谱仪、 “红宝石”系列色谱仪、 “综合色谱仪”-1、 “紫苑”系列气体分析系统、 “有色体”色谱仪。逐一介绍了每种综合录井色谱仪的检测原理、结构、性能指标等，并和国内生产和使用的色谱 仪进行了比较，对国内录井行业中综合录井色谱仪的制造和使用具有重要的指导意义。 关键词关键词 色谱仪 “石油探测专家”系列 “红宝石”系列 “综合色谱仪”-1 “紫苑”系列 “有色体” 0 0 引言引言 石油是俄罗斯的首要能源，也是重要的出口物资，俄罗斯探明石油储量超过 80 亿吨，占世界石 油总储量的 13，排在沙特、伊拉克、伊朗、阿联酋、科威特和委内瑞拉之后，居世界第七位。 中俄两国有着 4000 多公里的共同边界，两国之间发展长期稳定的睦邻友好、互利合作关系，对双 方都有重要意义。俄罗斯是能源生产大国，而中国是能源消费大国，两国能源合作的互补性和互利 性不言而喻。中国也一直关注着俄罗斯的石油工业的发展，中石化在 2005 年已经和俄罗斯合作， 并成立了 Sinopec Service 股份有限公司，主要从事大陆架油气田的钻探和出租专业石油勘探、 开发、集输设备。2008 年 6 月 11 日中石化与“俄罗斯石油”签署了关于成立合资公司并在俄罗斯 萨拉托夫州和西西伯利亚共同开发原油储量在 500 万吨以上的 C1 级油田的协议，中石化凭借技术 优势将在该公司拥有最多股份和监督权利。 钻井液气体检测技术是钻井过程监控服务中的一项重要内容。在油气钻井过程中，最早确定含 油气层位的方法是靠人工观察钻井液槽中是否有油花或气泡，或通过检查沉积在钻井液出口槽底部 的岩屑中有无含油迹象。这种目测方法在实际应用中其准确性较差。为了改变这种状况，人们开始 进一步研究，发展了一系列钻井液气体检测技术。最早，是海渥得在 1937 年采用热阻丝法实现了 对钻井液中油气总含量的检测；1944 年，布雷斯（Bliss）建立了一套分析岩屑含油情况的系统方 法并研制出相应的仪器；1945 年，皮克斯勒（Pixler）提出了气体组分与产层的相关性理论，并 通过改变气体检测中热丝的温度，得出一种获知甲烷浓度的方法；1952 年，气体色谱分析仪被研 制出来并于 1954 年投放市场，对提高钻井液气体分析能力起了重要作用。 气体检测是综合录井的核心内容之一，作为检测核心的色谱仪，也成了衡量综合录井仪水平的 重要标志，国内外在此项技术方面的研究和现场应用也存在着差异，如目前比较先进的快速色谱仪 分析周期可达 30 秒左右，最小检知浓度可达 1ppm。通过对俄罗斯市场的了解，可以进一步提高和 完善国内在综合录井技术研究中气测理论的研究水平和应用水平，增强国内企业综合录井施工的市 场竞争能力，进而树立国内录井行业在世界的领先地位，都具有十分重要的意义。 1 1 俄罗斯色谱仪使用现状俄罗斯色谱仪使用现状 1.1“1.1“石油探测专家石油探测专家”系列色谱仪系列色谱仪 莫斯科的“联合能源服务集团公司” （ “）生 产的“石油探测专家（） ”系列， “分别 为石油探测专家-01” ；“石油探测专家-02” ；“石油 探测专家-03” 。该气体分析仪采用空气作为载气，采 用热导池作鉴定器，可以检测烃组分，也可以检测全 烃。采用气相色谱，且具有反吹功能；用液晶显示屏 进行选择和浏览，显示屏上的菜单具有输入输出功能； 图 1“石油探测专家-3”色谱 仪 色谱柱加热温度可以调整，可以对所选的色谱分析状态进行打印；可以自动进样，也可以手动进样 （表 1、图 1）。 分析成分 H2、 C1H4、 C2H6、 C2H4、 C3H8、 C4H10、 C5H10 检测方式 TCD 全烃测量上限（用甲烷标定），% 50 甲烷最小检知浓度，% 0,001 相对误差，% 3 连续工作 8 小时误差，% 5 预热时间，min 60 样品气最小流量，ml/min 10 分析周期，min 3 传输方式 RS 232 电源电压，V 22010% 频率,Hz 501 功率， W 400 工作温度范围， 10-35 外形尺寸（长 宽 高），mm 550 480 266 重量，kg 28 从性能指标看，该气体分析仪还不够十分完善，尤其是全烃的检测，测量上限只有 50%，所以， 该仪器只能应用于要求不高的井，较适用于采用浮子式脱气器的井。 1.21.2 “红宝石红宝石”系列色谱仪系列色谱仪 俄罗斯乌法市的“地球物理股份有限公司” （ “）生产的“红宝石（）”系列色谱仪，分别为 “红宝石”、“红宝石-”、“红宝石-” （表 2、图 2）。 分析成分4-614 或更多 丙烷灵敏度，% 105 组分测量上限，% 100 载气空气 载气压力，atm 3 预热时间，min 30 组分检测类型 FID 分析周期，s 100 丙烷最小检知浓度，% 103 全烃检测类型半导体/热化学 全烃检测上限，% 100 电源电压，V 150-280 频率,Hz 50 表 1“石油探测专家-3”色谱仪技术性 能 表 2“红宝石-”色谱仪技术性能 图 2 “红宝石-”色谱仪 功率， W 400 外形尺寸，mm 300 350 350 重量，kg 16 和国内的色谱仪相比，该系列色谱仪有几个特点。 该色谱仪将组分分析到己烷,而国内的色谱仪一般检测到戊烷。色谱仪将组分分析到己烷，有 利有弊。己烷对资料的解释有一定的帮助，但是检测戊烷会延长分析周期，这对油气层的发现和评 价是不利的，尤其是薄层；己烷在常温下呈液态，如正己烷的沸点为 68.74，所以即使井下的钻 井液在高温高压下溶入了己烷，钻井液到达地面时，戊烷在地面的常温常压下变成液态，很难被色 谱仪检测到，所以在现场，检测到己烷并没有多少实际意义，只能用在实验室中。 该色谱仪的分析周期不够短。近几年来，国内生产的综合录井仪，分析周期一般在 30 秒左右 甚至更短。所以该色谱仪在分析周期方面并不占优势1 2。 该色谱仪采用空气作为载气， 1.31.3 “综合色谱仪综合色谱仪”-1 俄罗斯乌法市的“地球物理股份有限公司”还生产一种 “综合色谱仪” （ -1） （表 3、图 3）。 分析成分4-614 或更多 丙烷灵敏度，% 105 组分测量上限，% 100 载气空气 助燃气氢气 预热时间，min 30 组分检测类型 FID 分析周期，s 100 分析组分数量 10 所提供资料数字及表格 载气压力，ATM 3.5 功率， KW 1.5 重量，kg 120 1.41.4 “紫苑紫苑”系列气体分析系统系列气体分析系统 俄罗斯乌法市的“地球物理股份有限公司”还生产一种 “紫苑”系列气体分析系统。 （“ ”），该系统包含有一台色谱仪，一台全 烃检测仪，及钻井参数控制单元。其中“紫苑-1”无全烃检测 仪，只有检测烃组分的色谱仪和钻井参数控制单元；“紫苑- 2” 无钻井参数控制单元，只有全烃检测仪和检测烃组分的色 谱仪；“紫苑-3” 无全烃检测仪和检测烃组分的色谱仪，只 有钻井参数控制单元（表 4、图 4）。 分析成分4-614 或更多 丙烷灵敏度，% 105 表 3“综合色谱仪”-1 技术性能 表 3“综合色谱仪”-1 技术性能 表 4“紫苑”系列气体分析系统技术性能 图 3 “综合色谱仪”-1 图 4 “紫苑-2” 气体分析系 统 组分测量上限，% 100 载气空气 助燃气氢气 预热时间，min 30 组分检测类型 FID 分析周期，s 100 载气压力，ATM 3.5 丙烷最小检知浓度，% 103 全烃测量上限，% 100 模拟通道数量 4 数字通道数量 6 1.51.5 “有色体有色体”色谱仪色谱仪 “有色体”色谱仪（）由新西伯利亚地球物 理仪器仪表制造设计所( - )研制开发，该研究所是俄罗斯著名的石油企业“西 西伯利亚秋明石油公司” （- ）的子公司之一。该色谱仪为快速、 便携式、多功能气体分析检测设备，用于快速分析混合气体 中烃类气体的组成，包括甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、 异戊烷、正戊烷，也可以扩展到己烷，在野外油气井气测录井时， 根据设定的周期，仪器自动采集。该色谱仪由三部分组 成，气体分配部分，气体分析部分，软件部分。 工作人员花费了大量精力，研制开发出了该色谱仪， 它优越于俄罗斯及其周边国家的同类产品，同时，具有 体积小、重量轻、价格低、操作简便等优点，在性能指 标上为世界同类产品中最好的设备之一。主要应用领域 为：油气井钻井工程实时监控、气测录井、岩屑录井、 环境监测、自然界气体分析等。主要优点有：分析周期 不大于 80 秒；总重量小于 15 千克；甲烷最小检知浓度 0.0001%；不需要氢气发生器；不需要操作人员调节。尤 为重要的是，该仪器不需要消耗气体材料，如氢气、氮 气、氩气等，仅需要空气，所需要的空气不仅作为载气， 还用于控制定量阀门。用专门的设备将空气压缩，并将压缩的 空气过滤、干燥，达到需要的压力即可3（表 5、图 5、图 6）。 分析成分4-512 或更多 检测方式 TCD 甲烷最小检知浓度，% 104 异丁烷最小检知浓度，% 104 分析周期，s 80 载气空气 预热时间，min 15 表 5 “有色体”色谱仪技术性能 图 5 “有色体”色谱仪 图 6 “有色体”色谱仪分析的谱 图 载气压力，ATM 6.01.0 电源电压，V 22020 电源频率，交流 50 60 功率，W 200 环境温度， 10-50 环境相对湿度，% 80 色谱仪尺寸，mm 485x175x420 色谱仪重量，kg 15 空气发生设备尺寸，mm 430x640x210 空气发生设备重量，kg 19 2.2.俄罗斯色谱仪与国内色谱仪的比较俄罗斯色谱仪与国内色谱仪的比较 和国内的录井色谱仪相比，俄罗斯的色谱仪有以下几个特点。 2.1 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。 2.2 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。 2.3 俄罗斯的色谱仪的分析周期较长，一般为 80100s，有的甚至长达 3min，而国内色谱仪的 周期则短得多，可以达到 30s，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。 2.4 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 的检测方式还处于研究阶段，未大批量投入深产，这是值得国内同行考虑和 借鉴的地方4。 2.5 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-ALS2.2 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。 3.3.结束语结束语 由于设计理念的不同，和国内相比，俄罗斯生产的色谱仪有很多不同之处。我们应该认真分析 总结，借鉴其优点，弥补我们的不足，逐渐完善我们的色谱仪，更好地为油气勘探开发服务。我们 应加强同俄罗斯录井行业的交流与合作，完善我们的综合录井设备，促进我们综合录井行业快速发 展。同时，对国内的录井