综合录井技术_基本原理及资料应用_长江大学_74页.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,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，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,传感器组,组份分析器,全烃分析器,地质实验室,接口电路,录井工作站,监控工作站,应用工作站,P1,P2,P3,P4,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0-5,V,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4-20,mA,的电流二线制方式传送，数字量传感器3种，采用大电压（0-8,V）,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：0.1/10,m,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：5/50/100,Mpa,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出低电平。,动作距离：15,cm,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,H,2,S,传感器,H,2,S,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、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：0-100,ppm,精 度：1,ppm,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1,cm,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，便可求得体积值。,测量范围：0-2,m,精 度：1,cm,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/cm,3,精 度：0.01,g/cm,3,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%,FS,安装位置：泥浆罐及出口管线,温度,0,30,60,90,100,120,电阻,100.0,111.7,127.2,134.7,138.5,143.1,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：0-300,Ms/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4-20,mA,后随传感器信号一齐接入工程单元中的接口电路，处理为0-5,V,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40,s），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,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：100,ppm,测量范围：100%,重复性误差：=3%信号输出:05,V；,烃组分通道,最小检测浓度：15,ppm,测量范围：100%,重复性误差：=3%信号输出:05,V；,硬件自动调零；,非烃通道,最小检测浓度：,H,2,:200ppm CO,2,:2000ppm,测量范围：,H,2,:30%CO,2,:100%,重复性误差：=3%信号输出:05,V；,e,基线 2.5,V，,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,异常类型,大钩负荷,钻压,超拉力,立压,扭矩,流量,钻速,钻进成本,刺钻具,下降,上升,下降,掉水眼,下降,下降,上升,堵水眼,上升,下降,下降,上升,溜钻,下降,上升,下降,上升,遇阻,下降,下降,卡钻,上升,上升,断钻具,下降,下降,下降,下降,上升,快钻时,上升,下降,剧变,上升,下降,钻头后期,波动,上升,上升,井壁跨塌,上升,上升,上升,上升,钻井液参数异常变化情况对比表,异常类型,全烃,出口密度,非烃,出口温度,出口电导率,总池体积,出口流量,井涌,增大,减小,升高,减小,增大,增大,井漏,减小,减小,盐浸,增大,增大,油气浸,增大,减小,升高,减小,增大,增大,水浸,减小,增大,增大,增大,增大,地温异常,增大,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,气体比值,油,气,非生产层,C1/C2,2-10,10-35,35,C1/C3,2-14,14-82,82,C1/C4,2-21,21-200,200,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,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、,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=（C,2,+C,3,+C,4,+C,5,）/(C,1,+C,2,+C,3,+C,4,+C,5,)100%（,湿度比）；,BH=(C,1,+C,2,)/(C,3,+C,4,+C,5,)（,平衡比）；,CH=(C,4,+C,5,)/C,3,（,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0.5,WH17.5，CH0.5，,该层为气层。,B,：,若17.5,WH40.0，BH0.5，,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 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,参数,变化情况,参数,变化情况,背景气,上升,D,指数,减小,单根气,上升,SIGMA,指数,减小,起下钻气,上升,地层孔隙度,增大,C2/C3,减小,页岩密度,减小,出口温度,上升,出口电导率,减小,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、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1,m,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0.125,m,的油层，对薄层油气层的发现、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10,Hz,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,