综合录井仪工作原理.ppt

尊敬的郝总和地质组各位专家：我叫夏志君，是江汉油田综合录井5队的仪修大班，2005年7月毕业于江汉石油学院测控技术与仪器专业，2011年取得工程师职称，下面是我工作7年来对综合录井仪的一些认识和工作中的一点体会，不足之处望大家谅解。,综合录井仪工作原理,交流学习,综合录井技术是在钻井过程中应用电子技术、计算机技术及分析技术、借助分析仪器进行各种石油地质、钻井工程及其他随钻信息的采集(收集)、分析处理，进而达到发现油气层、评价油气层和实时钻井监控目的的一项随钻石油勘探技术。应用综合录井技术可以为石油天然气勘探开发提供齐全、准确的第一性资料，是油气勘探开发技术系列的重要组成部分。该项技术在国外般称泥浆录井(Mud-logging)。,综合录井是一项集应用电子、传感器、气相色谱分析、计算机数字采集处理和地质、钻井工程系统评价技术于一体，并进行连续随钻录井和钻井过程监控的综合应用技术。,综合录井技术的主要作用：随钻录井、实时钻井监控、随钻地质评价及随钻录井信息的处理和应用。,综合录井主要作用及功能,综合录井技术的特点：录取参数多、采集精度高、资料连续性强、资料处理速度快、应用灵活、服务范围广等。,综合录井录井项目：地质录井：泥（页）岩密度测量、碳酸岩分析等钻井液录井：温度、密度、电导、池体积、流量等工程录井：立压、套压、大钩负荷、扭矩、转盘转速、泵冲等气测录井：全烃、烃组分、CO2、H2S等,主要测量参数,主要测量参数,综合录井仪最多可以直接测量20多项参数，并可以派生出300多种参数，所有300多种参数及相应的曲线能通过计算机进行自定义、任意选择显示，常见参数如下：(1)实时参数大钩负荷(HookloadWOH,WKL),kN；大钩高度(HookheightHKH),m；转盘扭矩(RotaryTorqueTORQ),kN；立管压力(StandpipePressureSPP),MPa；套管压力(Casing(Choke)pressureCHKP),MPa；转盘转速(RotarySpeedRPM),r/min；1号泵冲速率(PumpStrokeRate#1SPM1),st/min；2号泵冲速率(PumpStrokeRate#2SPM2),st/min；1-6号池泥浆体积(TankVolumeTV01-06),m3；入口泥浆密度(MudDensityInMDI),g/cm3；入口泥浆温度(MudTemperatureInMTI),；入口泥浆电导率(MudElectro-ConductivityInMCI),mS/m。,(2)迟到参数全烃(TotalGasTGAS)；烃类气体组分甲烷(C1)METH)；乙烷(C2)ETH)；丙烷(C3)PRP)；异丁烷(iC4)IBUT)；正丁烷(nC4)NBUT)；异戊烷(iC5)IPENT)；正戊烷(nC5)NPENT)；,硫化氢(HydrogenSulfideH2S)；二氧化碳(CarbenDioxideCO2)；氢气(HydrogenH2)；出口泥浆密度(MudDensityOutMDO)g/cm3；出口泥浆温度(MudTemperatureOutMTO)；出口泥浆电导率(MudElectro-ConductivityOutMCO)mS/m；出口泥浆流量(MudFlowOutMFO)%,综合录井仪的系统组成综合录井设备主要由:传感器气体检测装置数据采集系统计算机网络系统组成,综合录井仪基本结构图,传感器亦称一次仪表，实现从一种物理量到另一种物理量的转换，其输入信号为待测物理量，如温度、压力、电阻率等，输出信号为可以被二次仪表或计算机接收的物理量，如电流、电压等。传感器是综合录井仪的最基础部分，其工作性能的好坏直接影响着录井质量。,传感器,传感器按功能主要分为13类，具体包括：绞车传感器、大钩负荷传感器、转盘转速传感器、转盘扭矩传感器、立管压力传感器、套管压力传感器、泵冲传感器、钻井液密度传感器、钻井液温度传感器、钻井液电导率传感器、钻井液体积传感器、钻井液出口流量传感器、硫化氢传感器等。通过各种传感器采集的信号，综合录井仪不仅可以实时录取30余个钻井参数、钻井液参数和气体参数，而且由此可以得到300多个对钻井工程具有指导意义的录井参数。,传感器也叫一次仪表，它能把待测参数的变化分辨出来，并可以转换成另一种形式的可测量物理量。它有两种功能：一是能感受待测参数；另一是变换和传送待测参数。,1传感器的基本组成,传感器由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成。,敏感元件指传感器中能直接感受(或响应)与检测出被测对象的待测信息(非电量)的元件。,转换元件指传感器中能将敏感元件所感受(或响应)的信息直接转换成电信号的部分,辅助器件通常包括电源。如交流、直流供电系统。,在工程上传感器也称为探测器、换能器、测量头。,一、传感器概述,传感器,传感器的输入信号主要来源于钻机的三大系统：,循环系统,提升系统,旋转系统,钻井液流量钻井液温度钻井液池体积钻井液密度钻井液电导率泵排量泵压,大钩负荷绞车,转盘转速转盘扭矩,二、综合录井仪传感器,综合录井仪传感器标准配置:大钩负荷传感器、绞车传感器、立管、套管压力传感器、出口流量传感器、泵冲传感器、转盘转速传感器、转盘扭矩传感器（机械扭矩式或电扭矩式）、钻井液出/入口温度、密度、电导、泥浆液位传感器、H2S传感器等。,（一）压力传感器,立管压力又称泵压，是计算钻井水力参数及压力损失的重要参数。在钻井施工中，正确地控制立管压力，对于提高钻井效率具有重要意义。此外，它还是反映钻井安全的重要参数，可以反应钻具刺穿、钻具断裂或脱落、钻头水眼堵塞及泵故障等多种地下或地面情况。在钻井参数仪系统中是用于钻井状态判断的必不可少的参数之一。,包括立压、套压、大钩负荷传感器,立压传感器安装在井架的立管上,一般安装在钻台上的立管上，方便连接操作。在立管上先气割出一个18的孔，然后由专业焊工将焊接管与立管焊接牢固即可，如果没有专用焊接管，只有把立管上的泵压表拆下，把设备配备的三通接上，在三通大口径出口把泵压表装上，在三通旁路小口安装立压传感器。,标定示意图,套管压力传感器,套管压力是测量节流放喷时套管环空内的压力。一般在节流管汇套压表附近有一备用接口，日常是用堵头堵死的，拆下堵头装上传感器即可。安装立压传感器和套压传感器时都要先用生料带包裹螺纹口再上紧扭死，要保证固定牢靠，密封性良好，因为这两项都是高压设备，防止密封性不好泥浆刺漏或者传感器蹦出伤人。,标定示意图,悬重传感器也是一个压力传感器，用于测量大钩负荷，即悬重。该压力传感器是由一个用于传输油压的柱状液压油仓和一套电桥电路组成。,悬重传感器,注意安装时一定要求井队大钩处于坐卡位置，否则液压管线内有压力无法安装传感器。,安装：悬重传感器总成的快速接头与井架死绳固定器的传感器的快速接头对接即可。如果接头不匹配，可将死绳固定器的传感器的快速接头拆下更换神开厂家提供的快速接头。,标定图,钻井生产过程中，需要及时准确地掌握泥浆流量，以判断钻井情况，确保优质安全生产。出口泥浆流量传感器，是衡量泥浆槽中泥浆充满程度的传感器。钻井过程中，随时监视出口泥浆在槽中的充满度，再配合地面泥浆总体积的变化，可以及时发现井涌和井漏，对预防钻井复杂情况，具有突出的意义。,（二）流量传感器,SK-8L03A出口流量传感器,技术指标1、工作温度：-40+802、SK-8L03A型输出电流：420mA3、SK-8L03A型传感器阻值变化范围：0.52.15K4、档板张开角度：0455、测量范围：0-100%，改变档板配重块质量可以改变量程。,安装：钻井队在高架槽上割出适当槽孔的出口管线上，也可用固定架固定在泥浆出口处的泥浆槽内。现场一般都是软管替代高架槽，无法割槽孔，所以只能安装在泥浆出口处的泥浆缓冲槽内。弊端：由于缓冲罐是开放式的，水蒸气很多，极易腐蚀传感器电源接头，传感器使用寿命大大降低。,标定示意图,（三）液位传感器,监测泥浆总体积的变化，能早期发现井漏、井涌和井喷，因而监测泥浆总体积对于钻井安全有着重要的意义。为了求得地面泥浆的总体积及其变化，所有贮存泥浆的容器，均做成等截面的几何形状。这样就可通过液面的变化，精确地计量泥浆的体积及其变化。为取得地面泥浆总体积的讯号，每个泥浆容器都装有泥浆液面传感器。一个井场的液面传感器，有时多达八个。这些传感器的液面讯号，乘以面积系数，再叠加在起，便成为泥浆总体积的信息，再进行显示和记录。,超声波液位传感器,超声波液位传感器安装方式分夹持式和焊接式两种，安装在需要监测液位的泥浆罐上。夹持式是安装在所配的传感器安装支架上。焊接式是将安装架底部的焊接块直接焊在泥浆罐面上。安装时注意不要把传感器探头离罐面太近，液位传感器有扫描盲区，当罐内泥浆满罐时传感器探头进入扫描盲区，无法在正常工作，从而失去起到检测池体积的作用了。,示意图,标定示意图,泥浆密度是实现平衡钻井，提高钻井生产效率的重要因素，也是反映钻井安全生产的重要因素。在钻井生产过程中，及时而准确地取得密度变化的实时数据，具有很重要的意义。正常情况下，出口泥浆密变应略高于进口泥浆密度。但是当井内有高压层，气体或地层水进泥浆时都会使其密度减小。因此，测量进出口泥浆密度，可以预报井内的异常情况。,（四）密度传感器,安装：密度传感器分为出口和入口2个，分别安装在出口罐和入口罐内。应保持泥浆液面波动时，上、下法兰必须全部浸入泥浆中，保持垂直，不得倾斜，否则会影响测量的准确性。变送器转换部应在泥浆液面以上，不得被泥浆浸入，用固定支架将传感器固定。一般来说，入口密度要小于出口密度，出口泥浆携带了岩屑，密度显然要升高，入口是经过了除除砂器的泥浆再次循环过来的;有油气显示时出口密度会比平时有所降低，在录井时这个也可以作为油气显示的一项参数。,2019/11/18,39,可编辑,标定示意图,该传感器用于测量钻井液的导电能力。因该传感器可检测入口电导和出口电导，所以只需将传感器分别装在泥浆罐的泥浆进口处和出口处即可。安装时要把探头全部浸泡在泥浆中。注意探头的污染及泥皮影响测量的准确性,因此每次使用完毕后,应注意立即将附着的泥浆冲洗干净。探头上带有干涸的泥浆就投入使用是不能允许的。,（五）电导率传感器,标定示意图,（六）温度传感器,该传感器用于测量钻井液的温度变化。因该传感器可检测入口温度和入口温度，所以只需将传感器分别装在泥浆罐的泥浆进口处和出口处即可。安装时要把探头全部浸泡在泥浆中。,标定示意图,它是测量现场有毒有害气体，特别是在高含硫的区域打井尤其重要。,（七）H2S传感器,通常安装在钻井液出口处的上方，距离罐面1米左右为好（现场一般安装在电动脱气器上）。按照甲方要求在钻台靠近井口位置离钻台面半米左右加装一个（现场一般安装司钻房前靠下位置，没有司钻房的一般安装在左手边的井架上）。注意固定式硫化氢传感器安装的位置高度不宜过高或过低，否则都将影响检测结果。因为是安装在钻井液出口的，水蒸气很多，安装过低水蒸气携带腐蚀气体腐蚀探头，从而使传感器探头敏感度下降，使用寿命降低。,所有传感器出厂时已经过标定，所以一般情况下仪器是初次安装的，不需要再做标定，除非判定传感器采集的信号不准时再做标定。在现场不是标定是效验，用H2S专用标定瓶和标准气样让传感器嗅，采集机上采集相应的电压值在软件上标定出即可。现场一般是三种气样：5PPM,10PPM,50PPM,（八）转盘转速传感器/泵冲传感器,转盘转速传感器和泵冲传感器是一个类型的传感器，使用的位置和测量的参数不同才分别冠名。泵冲传感器安装在泥浆泵头拉杆上，将传感器固定卡子卡在合适的位置，调整传感器的固定螺母，使传感器感应端面与被测端面接近平行，调整传感器的感应端面与拉杆感应面的位置，使两者之间的感应距离在16.2mm以内；如果安装在皮带轮上，只需在皮带轮上焊接一块长宽各为30mm的直角铁片，其端面位置应与传感器端面接近平行，调整传感器的固定螺母，使铁片与传感器端面之间的感应距离在16.2mm以内。,转盘转速传感器是在转盘主动轴或气囊离合器的转轴上焊接一块长宽各为30mm的直角铁片，将传感器固定卡子卡在合适的位置，其端面位置应与传感器端面接近平行，调整传感器的固定螺母，使铁片与传感器端面之间的感应距离在16.2mm以内。,传感器2,泵冲/转速传感器（P&F）工作温度：-4085额定工作电压：24VDC输出电流：13mA（NAMUR信号）有效动作距离:32.4mm最高工作频率:100Hz具有极性和短路保护功能传感器重量：1.0kg连接方式：3芯电缆,泵冲和转盘转速传感器标定比较简单。传感器通电后拿一个金属棒（现场多用起子）在离传感器探头16mm左右位置匀速上下扫动，一分钟内所扫次数对应电压在采集软件上标定即可。在现场都是拿秒表在泵旁数活塞来回1分钟的运动次数对应电压值标定即可（注：活塞1个来回为1次），转速也是数方钻杆一分钟内旋转全数，可以现场要求井队更换档位进行标定。,标定示意图,（九）绞车传感器,SK-8J系列绞车传感器测量原理：接近开关或光电式输出信号：相位差为90的脉冲信号使用温度：-4060技术特点：最大测速1250rpm,绞车传感器用于测量钻井深度参数，绞车滚筒轴两端均可安装，卸下滚筒轴端面的护罩及导气龙头的气动接头，将本传感器的G3/4英寸的管牙接上，再将导气龙头接在传感器上，注意一定要将固定不锈钢架与气动管线卡接牢靠，否则在绞车高速运转当中容易造成传感器断线，然后装上护罩即可。注意：安装绞车传感器时一定要求井队大钩处于坐卡状态。,绞车传感器外部没有标定，在采集软件里绞车参数栏中输入与钻井提供的参数，软件会自动计算出大钩位置从而实现钻井井深的录取，在实际打钻过程中根据实际情况做出适当调整即可。,（十）转盘扭矩传感器,钻井过程中，转盘驱动钻具，实现钻进，同时钻具会产生一个大小与驱动扭矩相等，方向相反的反扭矩，作用在转盘上，使转盘有反向旋转的趋势。在转盘四周有若干顶丝固定转盘，因而顶丝上就受到转盘反向旋转的推力，其大小与转盘扭矩成正比。根据这一力学原理，在转盘与顶丝之间放入一只传压器，它将顶丝的作用力转换成油压，转盘扭矩传感器再将传压器输出的油压信号转换成电信号，电信号的强弱就反映转盘驱动扭矩的变化，有助于及时掌握井下工况。,SK-8N05转盘扭矩传感器,安装位置,安装在固定转盘的顶丝处，当选择了某一个顶丝装好传压器后，在相隔一个顶丝处分别垫上橡胶垫。如下图所示：,现场井队一般都是旧设备，顶丝锈死或者焊死了，且安装麻烦（先将转盘吊起,在转盘和大墚之间涂上石墨油，然后将某一个顶丝卸下，换上本传感器，并在相隔一个顶丝处分别垫上橡胶垫。三个顶丝与转盘之间垫上橡胶垫后，撑紧各顶丝和传感器，使传感器有一定的预应力），现场无法满足安装要求，要求井队整改或者配合安装也收效甚微，所以现场一般不安装扭矩传感器。,气测录井外部主要就是一个电动脱气器的安装。它的作用就是搅拌钻井液使得其中的气体分离出来，通过室内抽气泵输送给色谱分析仪。气体脱气过程：泥浆束流搅拌飞溅防冻防堵干燥吸出,电动脱气器,一般安装在泥浆出口管上或泥浆槽或震动筛架上。根据现场需要，一般可以有下列各种安装方式：用传感器上的固定座C型夹可直接固定在缓冲罐的一侧。注意脱气器的下方斜槽入口一般是对着钻井液流过来的方向，且斜槽没入钻井液的高度要适当，以出口泥浆占整个口径的1/22/3最佳，过少或者过多都影响到脱气效果。,搅拌轴与电动机以轴端螺纹直接相连，中装双耳止动垫圈以防松动。联结座与集气筒由4只螺栓固定，组成集气筒组件。集气筒联结座装在方形立管上，可以上下自由移动，电动机吊攀挂在手摇绞车钢丝下端的保险钩上，摇动绞车到所需的安装高度时，即将联结座上压紧扳手扳紧，集气筒即与安装方管牢固固定。安装方管上另装有固定座，可用固定座上C字夹头方便地与泥浆槽等夹牢。注意用户应处理好防爆电机引出电源线的防水问题，确保即使在雨中长期工作的可靠绝缘。如必须在雨中接线操作时，请务必切断电源。应定期检查电机的绝缘电阻，以判别是否有水汽侵入内部。,SK-3Q04色谱仪,SK-3Q04氢焰色谱分析仪，它是气测录井的核心，所以它标定的准确与否直接关系到整个钻井和录井项目的成功，是钻井勘探的关键。,SK-3Q04氢焰色谱仪用于石油钻井勘探领域中天然气的实时测量。其特点是对石油天然气C1-C5组份提供30秒和90秒二种分析周期的分析模式。现场为了更及时准确发现油气显示，我们多用30秒分析周期的分析模式，大大提高了油气发现率。,SK-3Q04氢焰色谱分析仪在标定前要空跑机预热（俗称跑基线），一般要预热2小时以上，有条件的可以延长到1天。标定时从低浓度往高浓度标定，且先标定全烃，在标定组分。全烃标定完毕后要空跑机，直到全烃组分回到基值在标定组分，安装甲方要求，现场没有所有甲方要求标定浓度的标定气样，所有要人工配置，在配置过程中由个人操作手法不同而造成浓度有所偏差，这个是属于正常情况。,注意：色谱标定是从色谱前面板上注入标准气样标定，用气样袋装入1000ml标准气样后接在色谱前面板的注入口，让抽气泵自己吸入标准气样进色谱仪自主分析，读取显示屏上的各组分峰面积，达到标定目的。标定全烃时，色谱分析过程中要求全烃达到最大值且跑直线时读取电压值数据，在标定界面修改对应浓度电压值即可。标定组分时，也要求全烃达到最大值且跑直线时读取分析各组分的峰面积，在标定界面修改对应浓度电压值即可。,保留时间,色谱标定中的几大误区,1、传统的SK-3Q02由于分析周期为90秒，常常会出现甲烷比全烃大的情况，这不是标定问题，是色谱分析周期过长，全烃出现最大值时组