CN105092412A - 用于测定钻井液含气量的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明用于测定钻井液含气量的系统，包括：容器，容器包括密封腔体、用于将钻井液注入密封腔体的进液口、用于将与钻井液中气体性质相近或相同的参照气体注入密封腔体的进气口、以及用于将参照气体和钻井液中的气体从密封腔体排出的出气口，其中，参照气体和钻井液能够在密封腔体中充分混合；与容器的出气口密封连通的气体分析装置，用于分析参照气体及钻井液中气体的组分和含量；设在连通容器和气体分析装置的管路上的真空泵；用于得到钻井液含气量的计算装置。由于参照气体与钻井液中的气体受钻井液的影响相同或相近，因此，利用参照气体作为对比计算出钻井液中气体的含量，可以提高钻井液含气量的检测准确率。

Description

用于测定钻井液含气量的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于测定钻井液含气量的系统，以及一种用于测定钻井液含气量的方法。

背景技术

页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，是一种重要的非常规天然气资源。在页岩气勘探开发过程中，页岩气含量是一个重要的评价参数。

在钻井施工过程中，在近平衡钻井条件下，当岩心和岩屑在离开井底时，由于所处的压力、温度等物理条件的变化，岩心或岩屑中的气体会发生解吸、逸散，在至井口之前，气体会直接解吸或逸散到钻井液中。因此，测定钻井液中的气体含量，对确定页岩气的逸散量，乃至页岩含气量具有重要的油气地质意义。

现有技术中一种用于测定钻井液含气量的系统包括脱气器以及通过气测管线与脱气器密封连通的气相色谱仪。一种测量方法是将脱气器放在井口，利用在井口的脱气器，将钻井液中的气体脱出，通过气测管线将脱出的气体送到气相色谱仪或其他气体分析设备中分析气体总量和成分组成。另一种测量方法是按照一定的时间(或钻井深度)间隔或根据需要，在井口采集一定量的钻井液，将这些钻井液放到脱气器中进行脱气，然后利用气相色谱仪或其他气体分析设备对脱出的气体进行总量及成分组成分析。但是，由于气体在钻井液中有游离、溶解或吸附等赋存方式，而且气体的脱出程度(或脱出效率)也会受钻井液的粘度、密度及成分等多种因素影响，因此，很难将钻井液中的气体全部脱出，使得钻井液含气量的检测误差较大。

因此，如何解决钻井液含气量的检测误差较大的问题，是本领域技术人员的攻关方向之一。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种可以提高钻井液含气量的检测准确率的测定系统。

根据本发明的用于测定钻井液含气量的系统，包括：

容器，所述容器包括密封腔体、用于将钻井液注入所述密封腔体的进液口、用于将与钻井液中气体性质相近或相同的参照气体注入所述密封腔体的进气口，以及用于将参照气体和钻井液中的气体从所述密封腔体排出的出气口，其中，参照气体和钻井液能够在所述密封腔体中充分混合；

与所述容器的出气口密封连通的气体分析装置，用于分析参照气体及钻井液中气体的组分和含量；

设在连通所述容器和所述气体分析装置的管路上的真空泵；

计算装置，用于根据参照气体的初始量、参照气体的脱出量以及脱出气体总量而得到钻井液含气量。

在一个实施例中，本发明的系统还包括用于对所述容器的密封腔体加热的加热装置。

在本发明的系统中，所述加热装置包括容纳有导热介质的容纳槽以及用于加热导热介质的加热件，其中所述容器放在所述容纳槽中，且由导热材料制成。

在本发明的系统中，所述容器的进气口位于所述容器的下部，而所述容器的出气口位于所述容器的上部。

在本发明的系统中，所述参照气体为乙炔。

在本发明的系统中，所述加热装置的加热温度为70℃-80℃。

在本发明的系统中，所述计算装置构造成通过下式来计算钻井液中气体含量：

C＝脱出气体量/(脱出参照气体量/注入参照气体量)；

其中，C为钻井液中的气体含量。

在本发明的系统中，钻井液占所述容器的密封腔体体积的70％-85％。

根据本发明的使用上述中任一项所述的系统测定钻井液含气量的方法，包括：

在井口采集钻井液，并将钻井液注入容器中；

将参照气体注入容器，并与钻井液充分混合；

将参照气体和钻井液中的气体排入气体分析装置，分析出参照气体以及钻井液中气体的成分和含量；

根据参照气体的初始量、参照气体的脱出量以及脱出气体总量计算出钻井液含气量。

在本发明的方法中，将参照气体注入容器之后，将钻井液中气体和参照气体排入气体分析装置之前还包括对容器进行加热。

相对于现有技术，本发明提供的用于测定钻井液含气量的系统包括容器、气体分析装置、真空泵及计算装置。容器包括密封腔体，用于将钻井液注入密封腔体的进液口，用于将与钻井液中气体性质相近或相同的参照气体注入密封腔体的进气口以及用于将参照气体和钻井液中的气体从密封腔体排出的出气口。当将参照气体注入容器后，使参照气体与钻井液充分混合。气体分析装置与容器的出气口密封连通，用于分析参照气体以及钻井液中气体的组分和含量。真空泵设在连通容器和气体分析装置的管路上，用于抽出管路中的气体，使管路中形成负压，从而使容器中的气体从管路中流入气体分析装置中。计算装置用于根据参照气体的初始量、参照气体的脱出量以及脱出气体总量而得到钻井液含气量。由于参照气体与钻井液中的气体受钻井液的影响相同或相近，因此，利用参照气体作为对比计算出钻井液中气体的含量，可以提高钻井液含气量的检测准确率。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明用于测定钻井液含气量的系统的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供的用于测定钻井液含气量的系统包括容器1、气体分析装置3、真空泵2、计算装置4及加热装置。其中，气体分析装置3与容器1密封连通，真空泵2设在连通容器1与气体分析装置3的管路上，加热装置用于加热容器1，计算装置4用于计算钻井液中气体的含量。

在一个具体实施例中，容器1包括具有腔壁的密封腔体、顶盖11、进液口、进气口12及出气口13。容器1的腔壁包括平面底壁，以及围绕平面底壁的侧边旋转而成并具有一定厚度的侧壁。容器1上敞口的一端为进液口，用于将钻井液注入到密封腔体中。在进液口处可设有顶盖11。进液口越大，向容器1充入钻井液的时间越短，钻井液中的气体向外挥发的会越少，因而钻井液含气量的检测准确率会越高。顶盖11可以通过螺纹旋在侧壁上，以方便通过翻转容器1而使参照气体与钻井液充分混合。

进气口12设置成用于允许将参照气体注入到密封腔体中。根据本发明，参照气体应当为与钻井液中的气体性质相近或相同的气体。本领域的技术人员能够根据钻井液中的气体的性质而容易地确定参照气体。由于钻井液中的气体大部分为甲烷，因此在一个特别优选的实施例中，使用与甲烷性质相近的乙炔作为参照气体。

在一个实施例中，进气口12位于侧壁的下部，并且在进气口12处可设有阀门。这样，在将参照气体注入容器1时，可以增加参照气体与钻井液的混合程度，另外，使得参照气体与页岩气具有相同或相近的流动方向和途径，可以进一步增加钻井液含气量的检测准确率。

在一个实施例中，出气口13位于侧壁的上部，并且在出气口13处可设有阀门。如此设置，可以在容器1中注入较多的钻井液，而且可以有效地防止钻井液流入到气体分析装置3中。

在将钻井液从井中注入容器1的过程中，通常会产生一定程度的晃动等。因此，为了进一步增加钻井液含气量的检测准确率，优先选用容器1的腔壁材质为塑料。由此，可以减轻容器1的重量，便于工作人员通过翻转容器1来使参照气体与钻井液进一步充分混合。另外塑料可以导热，方便将加热装置产生的热量传递给位于容器1的密封腔体内的钻井液。

为了能够通过翻转容器1来使参照气体与钻井液充分混合，容器1本身的体积通常较小。因此，当钻井液占容器1的密封腔体体积较少时，钻井液的量也较少，不便于气体收集；当钻井液占容器1的密封腔体体积较多时，不便于将参照气体充入容器1中。因此，在一个优选的实施例中，钻井液的量可为容器1的密封腔体体积的70％-85％。

加热装置设置成用于提升容器1的密封腔体内的温度，以便使钻井液中的气体能顺利地脱出，方便测定气体含量。通过设置加热装置，可以缩短气体的脱出时间，而且可提高检测效率，此外，通过设置加热装置，还可以使每次气体的脱出温度相同，为多次分析提供可对比性。在一个实施例中，加热装置包括容纳导热介质的容纳槽5，以及装在容纳槽5中的加热件。容器1可放在容纳槽5中。导热介质可以为水等。加热件可以选择本领域的技术人员所熟知的加热件，例如电阻丝等。如此设置，可以进一步减轻容器1的重量，便于通过翻转容器1来使参照气体与钻井液充分混合。在一个未示出的实施例中，为了便于观测温度，可以在容纳槽5中放置温度测量计。

优选地，加热装置的加热温度可设定为70℃-80℃，如此设置，可以减少钻井液的挥发，减少水蒸汽对气体分析装置3造成的损害，而且可以有效防止因温度较低，导致有的气体不能从钻井液中脱出的现象发生。

真空泵2设置成位于连通容器1和气体分析装置的管路上，用于抽出管路中的气体。这样，可以使管路中形成负压，从而使容器1中的气体能够从管路中流入气体分析装置3中。

气体分析装置3设置成与容器1的出气口13密封连通，用于对来自容器1的气体进行分析。气体分析装置3可以为色谱仪，也可以为红外分析仪，等。容易理解，本领域的技术人员可以根据实际情况选用合适的气体分析装置3。

当在气体分析装置3分析出各种气体含量之后，利用计算装置4来得到钻井液中气体的含量。在一个实施例中，计算装置4首先按照式(1)计算参照气体的脱出效率K，之后再按照式(2)计算钻井液中气体含量C：

K＝脱出参照气体量/冲入参照气体量式(1)；

C＝脱出气体量/K式(2)。

这里的气体含量C并不局限于一种气体。在钻井液含多种气体时，可以根据检测结果，分别依照上述公式计算各种气体在钻井液中的含量。

在图示实施例中，计算装置4为与气体分析装置3可通信连接的计算机。通过该计算机计算出钻井液中气体的含量。计算机也可以同时与加热装置相连，控制加热装置的加热温度。容易理解，计算装置4也可实施成人工计算手段。

当然，容器1的腔壁也可以选为其他形状或其他材质。或者将进气口12设在顶盖11上或腔壁的其他位置，将出气口13设在顶盖11上，或者将进气口12与出气口13设为同一个口，等。加热装置也可以为直接设置在容器1的密封腔体内的加热件。或者此系统不使用加热装置，本文不再赘述。

需要检测钻井液的含气量时，在井口采集一定量的钻井液，将钻井液从进液口充入容器1中。然后将参照气体从进气口12充入容器1中，并将容器1倒转数次，使参照气体与钻井液充分混合。再然后启动加热装置，待到所需温度后，打开真空泵2，将连接容器1与气体分析装置3的管路中的气体抽出。待形成负压后，关闭真空泵2，打开容器1的出气口13的阀门，容器1中的气体流入气体分析装置3中，利用气体分析装置3分析参照气体及其他气体的含量。最后根据参照气体的初始量、参照气体的脱出量以及脱出气体总量而得到钻井液含气量。根据本发明，由于参照气体与钻井液中的气体受钻井液的影响相同或相近，因此利用参照气体作对比得到钻井液中气体的含量，可以提高钻井液含气量的检测准确率。此外，此系统的检测时间短。而且，对于一个地区、一口井或相近的钻井液而言，这种模拟实验做一次即可满足需要。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于测定钻井液含气量的系统，包括：

容器，所述容器包括密封腔体、用于将钻井液注入所述密封腔体的进液口、用于将与钻井液中气体性质相近或相同的参照气体注入所述密封腔体的进气口、以及用于将参照气体和钻井液中的气体从所述密封腔体排出的出气口，其中，参照气体和钻井液能够在所述密封腔体中充分混合；

与所述容器的出气口密封连通的气体分析装置，用于分析参照气体及钻井液中气体的组分和含量；

设在连通所述容器和所述气体分析装置的管路上的真空泵；

计算装置，用于根据参照气体的初始量、参照气体的脱出量以及脱出气体总量而得到钻井液含气量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括用于对所述容器的密封腔体加热的加热装置。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述加热装置包括容纳有导热介质的容纳槽以及用于加热导热介质的加热件，其中所述容器放在所述容纳槽中，且由导热材料制成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于：所述容器的进气口位于所述容器的下部，而所述容器的出气口位于所述容器的上部。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于：所述参照气体为乙炔。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的系统，其特征在于：所述加热装置的加热温度为70℃-80℃。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述计算装置构造成通过下式来计算钻井液中气体含量：

C＝脱出气体量/(脱出参照气体量/注入参照气体量)；

其中，C为钻井液中的气体含量。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：钻井液占所述容器的密封腔体体积的70％-85％。

9.一种使用根据权利要求1-8中任一项所述的系统测定钻井液含气量的方法，包括：

在井口采集钻井液，并将钻井液注入容器中；

将参照气体注入容器，并与钻井液充分混合；

将参照气体和钻井液中的气体排入气体分析装置，分析出参照气体以及钻井液中气体的成分和含量；

根据参照气体的初始量、参照气体的脱出量以及脱出气体总量计算出钻井液含气量。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：将参照气体注入容器之后，将钻井液中的气体和参照气体排入气体分析装置之前还包括对容器进行加热。