维普资讯 http://www.cqvip.com 第３５卷第３期 南开大学学报（自然科学） Ｖｏ１．３５ Ｎ９－３ ２００２年９月 Ａｃｔａ Ｓｃｉｅｎｔｉａｒｕｍ Ｎａｔｕｒａｌｉｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔｉｓ Ｎａｎｋａｉｅｎｓｉｓ Ｓｅｐ．２００２ 文章编号：０４６５—７９４２（２００２）０３—００２４—０５ 气测录井自动监测系统的研究 ’ 何 宏 靳世久 孙青林。 薛京生 （１．天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津，３０００７２； ２．天津理工学院光电信息与电子工程学，天津，３００１９１； ３．南开大学信息学院自动化系，天津，３０００７１； ４．天津大学电子信息工程学院，天津，３０００７２） 摘 要 介绍了一种新型气测录井自动化监测系统，研制完成了自动真空蒸馏脱气器，该系统将引流装置、自动真空 蒸馏脱气器、多道组合色谱分析器、计算机融为一体，使用证明该系统提供的样品气总烃含量比常规脱气器脱出 气体含量高出１Ｏ倍以上，因此提高了油气勘探精度． 关键词：气测井；烃类检测；浓度 中圈分类号：ＴＥ２７１ 文献标识码：Ａ ０ 引 言 长期以来国内外在石油地质勘探中，通过气测录井分析钻井液中脱出的样品气中烃和非烃的组分及 其含量来判断油气层的情况，但作为分析对象的样品气质量不高，严重失真，不能真实反映钻井液含气情 况ｎ］，因此分析资料的质量受到影响；另一方面钻井液含气饱和度Ｓ值不能直接和准确测量，影响了气测 资料的使用价值．这就是现有气测资料整体质量受样品气失真的影响情况ｌ２］．本文针对我国气测录井的特 点，设计了一套新型气测录井监测系统，该系统已在油田运行．本文首次研制完成了自动真空蒸馏脱气器， 指出了系统软件的特点，给出了现场实验结果． １新型气测录井监测系统 作者研制的新型气测录井监测系统如图１所示，安装在一个集装箱式的录井房中，从长引流装置中引 出泥浆钻井液，由自动真空蒸馏脱气器（ＡＶＭＳ）实现了从钻井液取样、抽真空、加热搅拌、脱出的样品气输 送到色谱仪的定量管整个过程的自动化．ＡＶＭＳ可在全井段或任选井段自动参与实时录井、自动计量；从 ＡＶＭＳ中获得的样品气是无空气的真正的纯样品气． 来自ＡＶＭＳ的纯样品气进入多道组合色谱分析系统［３］，为了缩短多道组合分析系统的分析周期又不 减少反吹时间而影响色谱柱的重复性、稳定性和寿命，采用了预色谱柱的组合分析方式．按短周期１ｒａｉｎ 组合分析烃组分Ｃ。、Ｃ。、Ｃ 、Ｃ ，按长周期２ｍｉｎ组合分析烃组分Ｃ。、Ｃ。、Ｃ 、Ｃ 、Ｃ ．因此，录取资料的信息量 可成倍增加，增强发现薄油气层和防漏测的能力． 系统的下位机分别采用ＰＬＣ可编程序控制器和ＭＣＳ一５１系列单片机分别对数据进行采集，上位机采 用的是ＰＣ５８６．系统设计了良好的人机界面． 该系统在探井钻井过程中，实时监测钻井液中烃组分和非烃组分的含量，为保证钻井过程中及时发现 收稿日期：２００１—１０—１６ 作者简介：何宏（１９６Ｏ一），女，天津人，副教授，博士研究生 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 何宏等：气测录井自动监测系统的研究 ・２５・ 油气显示提供参数依据．气测录井自动监测系统分为实时系统和脱机系统．实时系统是在实时钻井过程中 监测、记录全烃、烃组分和非烃组分，输出实时记录图、实时数据记录表和实时数据库，脱机系统通过对实 时数据库的处理，输出气测录井图和综合数据表．通过任意选择七种解释方法，为油气进行定性解释提供 了依据． 图１系统组成 Ｆｉｇ １ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ２ 自动真空蒸馏脱气器的工作原理 工作原理如图２所示． ｍｕｄ ｄｒａｗｉｎｇ ｐｉｐｅ ｏｆ ｄｒｉｌｌｉｎｇｆｌｕｉｄ 圈２系统的Ｔ作原理图 Ｆｉｇ ２ Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ． 在钻井过程中，专为ＡＶＭＳ设置的长引流装置不停地将钻井液封闭地引入ＡＶＭＳ的截流机构，然后 由回流泵送至钻井液槽（泥浆槽）．ＡＶＭＳ进入周期运转的初始，先进入准备状态ｔ进行排残液，再将脱气 系统抽真空，然后开启截流控制阀，利用脱气室的负压，将６００ｍＬ钻井液吸人脱气罐中，关闭截流控制阀． 此后的程序是：形成脱气预留空间——加热搅拌——脱气——集气——脱出样品气体积计量——送气（送 维普资讯 http://www.cqvip.com ・２６・ 南开大学学报（自然科学版） 第３５卷 到多套组合分析器中的定量管）．上述各过程均在可编程序控制器ＰＬＣ的控制下，按设计好的时序自动进 行．并作周而复始的运行． 系统工作周期各环节的工作简述如下： ａ．排残液——准备阶段． 用０．２５Ｍｐａ的压缩空气排出计量管中的液体；排出脱气室中已进行过脱气的钻井液残液；排出沉淀 瓶中的沉淀物． ｂ．抽真空——当真空泵开启后，将有三个功能： 抽出残留气，保证脱气和集气系统纯净；使脱气室内形成负压，以使钻井液顺畅吸人脱气室内；抽出脱 气室内气囊的空气，在其顶部形成预留空间． Ｃ．脱气——在ＡＶＭＳ中，脱气的机理是： 当预留空间形成后，一部分钻井液浅表面中的样品气向预备空间集结． 加热：加速钻井液分子运动，使吸附、溶解在钻井液中的样品气释放出来； 搅拌：不断地使钻井液在表面轮番暴露向预留空间和计量管提供脱出的气． 上述三者相辅相成的脱气机理，促使钻井液中的气体被脱出． ｄ．集气——脱气完成后，开始对脱气室内的气囊充气，预留空间不复存在，先前存在的预留空间中的 样品气随气囊鼓起，全额被挤入计量管．集气完毕计量装置对脱出样品气的体积进行计量，并在显示屏上 显示数据，同时将体积信号送往计算机计算钻井液含气饱和度Ｓ值． ｅ．送气。一一脱出样品气计量完毕，按设定程序，将样品气送至多套组合分析器中的定量管． ３系统软件的特点 综合录井气测自动监测系统的系统软件采用ＢＯＲＬＡＮＤ Ｃ＋＋和汇编混合编程技术，本系统软件使 用了数据缓冲技术，增加了数据处理能力．另外，本系统软件采用多级中断技术和进程技术．中断系统由三 级组成：第一级用汇编程序编制的数据采集处理程序．每１０ｍｓ采集Ａ／Ｄ信号，并保证在５ｍｓ内完成色谱 信号处理；第二级为ＲＳ２３２串口通讯程序，通讯采用握手查错等校验方式，保证了下位机ＰＬＣ及钻时记 录仪与实时处理计算机的通讯可靠性；第三级为通用程序处理部分，包括打印、显示、报警、存储数据、脱机 数据传送、参数键人程序等，并采用进程技术，使各个程序都得到有序的处理，保证了系统各个功能及时实 现，并使软件更结构化和可扩充化［４］． ４结果与讨论 图３是井深为３２０１～３２０２ｍ的实时录井色谱图．图中左边编号为奇数的Ｎ ７５１５～Ｎ ７５２３五组色谱 图，是Ａ分析器分析ＡＶＭＳ样品气的结果，右边编号为偶数的Ｎ７５１６￣Ｎ７５２４的五组色谱图，是Ｂ分析 器分析电动脱气器样品气的结果，对比两条分析曲线可以看到，不仅对应组分（如甲烷）的峰高有十分悬殊 的差异，而且显示的组分亦有明显的差异：左边分析曲线上的每一组色谱图中ｉＣ ｎＣ 的峰是十分明显 的，且可以看出Ｃ 的存在；而在右边的分析曲线上则只能看到Ｃ 的痕迹，没有明显的峰形，Ｃ 则看不到 了．应当说明，分析器Ａ和分析器Ｂ的灵敏度是相同的，因此两条分析曲线的差异表明：自动真空蒸馏脱 气器ＡＶＭＳ脱出的样品气的浓度比电动脱气器脱出的样品气的浓度高得多． 分析器Ａ和分析器Ｂ的分析周期相同，分析到Ｃ 都是４ｍｉｎ，但分析器Ａ和分析器Ｂ的启动时间相 差２ｍｉｎ，因此，从图谱上看仍是每相隔２ｍｉｎ可获得一组烃组分的色谱图（分析到Ｃ ），相应地每隔２ｍｉｎ 打印一次数据．这种情况下，非烃分析器ＴＣＤ与分析器Ａ同步，每４ｍｉｎ分析一次ＡＶＭＳ的样品气． 表１是烃组分色谱图数据表． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 何宏等：气测录井自动监测系统的研究 ・２７・ 分析鼍Ａ ＡＶＭＳ 分析■Ｂ 样品气 垒经 Ｆｍ 幸烃 ＴＣＤ 估逢状态 电砖曩气■ 品气 惹 ，一錾 ７＿６．５７６１ ； ＂‘ １・６２７５ ＼ ＼ 麓 ２・ｌ７６２ ｚ 。。２．０７３９ ｛ ． …一 １Ｉ ｌ １ Ｖｒ●＿●、 … ‘１ ６６４７１１８５８ — ． ．了 ０：３０ ‘６。９ 。３２。１ Ｉ Ｉ Ｉ 。・。 。 －ｏ．１缸手。ｏ １ １ Ｊ ５６．１３２ ＼０．３１６２ ２．３Ｏ“一 ０．３４４１ １ ＂ 。 ’ ＼０．３ｏ６９ 全脱分析深度３２０２ 。嘲 １１．８０２ 一 矗 ｏ３ 一 ｉ．４４１５ ｉｔ．０４５ ｌ０． １１ １ ｊ Ｎ７５２３７．０（ ‘．ｍ １．９６２８ ０．８６２８６７４ ３９ｏ６３ ‘２？８５。穑…＼０．３３３‘ ｌ １ ０．１３０２ １ １ 图３实时录井色谱图 Ｆｉｇ ３ Ｌｏｇｇｉｎｇ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ ｃｈａｒｔ 表１烃组分色谱图数据 Ｔａｂｌｅ １ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・２８・ 南开大学学报（自然科学版） 第３５卷 （１）取高值的一组色谱峰的Ｃ。～Ｃ 之比较：Ｎ ７５２３这组色谱峰（ＡＶＭＳ样品气）的总烃含量为 ２．２１０％，Ｎ ７５２０这组色谱峰（电动脱气器样品气）的总烃含量为０．１７６ Ａ０，前者是后者的１２．５６倍． （２）取总烃含量的平均值比较：ＡＶＭＳ样品气的五组色谱峰总烃含量的平均值为２．０２６ ９／５，电动脱气 器样品气的五组色谱峰总烃含量的平均值为０．１５８ ９／５，前者是后者的１２．８２倍． 参 考 文 献 １严国平，武庆河．脱气器的现状及发展趋势探讨口］． 录井技术，Ｉ９９９，１０（１）：１Ｏ～１４ ２ Ｍａｖｏｒ Ｍ Ｊ，Ｎｅｌｓｏｎ Ｃ Ｒ．ＣｏＭｂｅｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｇａｓ ｉｎ ｐｌａｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ［ＲＪ．Ｇａｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｒｅｐｏｒｔ，Ｎｏ．ＧＲＩ一９７／ ０２６３，Ｃｈｉｃａｇｏ，１９９７ ３韩方，李荣，闫燕等．利用热解气相色谱鉴别真假油气显示口］．录井技术，１９９８，９（４）：２６～３５ ４ Ｃｌｏｓｅ Ｄ Ａ，Ｓｔｅｌｌｙ Ｏ Ｖ．Ｎｅｗ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｐｒｏｍｉｓｅ ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ －ＩＭ］．ＳＰＥ／ＴＡＤＣ ３９３３１，１９９８ ＴＨＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＯＦ ＡＵＴＯ—ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＧＡＳ ＬＯＧＧＩＮＧ ＨＥ Ｈｏｎｇ “， ＪＩＮ Ｓｈｉｊｉｕ ， ＳＵＮ Ｑｉｎｇｌｉｎ。， ＸＵＥ Ｊｉｎｇｓｈｅｎｇ （１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ，３０００７２； ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｐｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ，３００１９１； ３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｋａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｆｉｎ，３０００７ １； ４．Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ，３０００７２） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｇａｓ ｌｏｇｇｉｎｇ ａｕｔｏ—ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｖａｃｕｕｍ ｍｕｄ ｓｔｅａｍ ｄｅｇａｓｓｅｒ（ＡＶＭＳ）ｗａｓ ｍａｄｅ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｍｕｄ ｄｒａｗｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ， ＡＶＭＳ，ｍｕｌｔｉ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙｚｅｒ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｇａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｅｎ ｔｉｍｅｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｇａｓｓｅｒ．Ｓｏ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｇａｓ ｌｏｇｇｉｎｇ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇａｓ ｌｏｇｇｉ， ；ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ