综合录井技术基本原理及资料应用.pptx

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第1页/共74页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。第2页/共74页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。第3页/共74页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。第4页/共74页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。第5页/共74页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P1P2P3P4第6页/共74页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。第7页/共74页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；第8页/共74页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；第9页/共74页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。第10页/共74页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：滚筒两端两第11页/共74页综合录井基本原理及资料应用第12页/共74页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：5/50/100Mpa精度：5%FS。安装位置：大绳死绳端/立管/节流管汇第13页/共74页综合录井基本原理及资料应用第14页/共74页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：15cm输出信号：高低电平安装位置：转盘/泥浆泵第15页/共74页综合录井基本原理及资料应用第16页/共74页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。第17页/共74页综合录井基本原理及资料应用第18页/共74页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、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、放空管线第19页/共74页综合录井基本原理及资料应用第20页/共74页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，便可求得体积值。测量范围：0-2m精度：1cm安装位置：泥浆罐第21页/共74页综合录井基本原理及资料应用第22页/共74页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：0.90-2.76g/cm3精度：0.01g/cm3安装位置：泥浆罐及出口管线第23页/共74页综合录井基本原理及资料应用第24页/共74页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温度0306090100120电阻电阻100.0 111.7 127.2 134.7 138.5 143.1第25页/共74页综合录井基本原理及资料应用第26页/共74页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：泥浆罐及出口管线第27页/共74页综合录井基本原理及资料应用第28页/共74页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：出口管线第29页/共74页综合录井基本原理及资料应用第30页/共74页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4-20mA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。第31页/共74页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，并可同时得到第32页/共74页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。第33页/共74页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。第34页/共74页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第35页/共74页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。第36页/共74页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:第37页/共74页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：H2:200ppmCO2:2000ppm测量范围：H2:30%CO2:100%重复性误差：=3%信号输出:05V；e基线2.5V，双向出峰；f硬件自动调零；第38页/共74页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。第39页/共74页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第40页/共74页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第41页/共74页综合录井基本原理及资料应用第42页/共74页综合录井基本原理及资料应用第43页/共74页综合录井基本原理及资料应用第44页/共74页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：气体比值法第45页/共74页气体比值法气体比值气体比值油油气气非生产层非生产层C1/C22-1010-3535C1/C32-1414-8282C1/C42-2121-200200第46页/共74页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，则解释为干气第47页/共74页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，则解释为油层第48页/共74页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=（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0.5WH17.5，CH0.5，该层为气层。B：若17.5WH40.0，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。第49页/共74页综合录井基本原理及资料应用第50页/共74页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:大地构造运动第51页/共74页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:地层温度第52页/共74页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第53页/共74页综合录井基本原理及资料应用第54页/共74页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。第55页/共74页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第56页/共74页综合录井基本原理及资料应用第57页/共74页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:曲率半径法第58页/共74页综合录井基本原理及资料应用第59页/共74页综合录井基本原理及资料应用第60页/共74页综合录井基本原理及资料应用第61页/共74页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。第62页/共74页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。第63页/共74页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。第64页/共74页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。第65页/共74页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。第66页/共74页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。第67页/共74页综合录井基本原理及资料应用第68页/共74页综合录井基本原理及资料应用第69页/共74页综合录井基本原理及资料应用第70页/共74页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.第71页/共74页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。第72页/共74页综合录井基本原理及资料应用第73页/共74页感谢您的观看！第74页/共74页