CN117589514A - 轻烃录井远程控制智能取样系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻烃录井远程控制智能取样系统，包括样品录取循环系统，所述样品录取循环系统内设置有气动隔膜泵，所述气动隔膜泵进口端通过样品进口管线与泥浆池相连通，所述样品进口管线的进口端安装有孔径不大于3mm的钻井液吸入探头，所述钻井液吸入探头通过固定装置固定在泥浆池内，本发明通过设置样品录取循环系统，并将其与样品灌装系统组合使用，把整个录取样品的过程实现自动化，在现场地质设计的框架下，按照设计要求，定深、定时、定量的录取钻井液和岩石碎屑样品，为室内的分析化验提供准确的、及时的样品，以确保分析化验的结果真实可靠，把现场的地质工作人员从繁重的工作程序中解放出来。

Description

轻烃录井远程控制智能取样系统

技术领域

本发明涉及油田勘探开发技术领域，特别是用于对岩石碎屑和钻井液样品进行自动化录取的工艺技术设备，具体为轻烃录井远程控制智能取样系统。

背景技术

石油和天然气是储存在地下不同的深度和不同的底层时代的，主要成分为有机化合物，即烃类物资，包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷以及一些高分子的烃物资和非烃物资。石油和天然气储存的深度不尽相同，可以是几十米或者达到上万米，储存在底层的空隙和裂缝中，就像海绵里的水。在压力差的作用下可以流动。

地下的温度具有相近的地温梯度，一般为3度/100米，不同的地区，不同的地层时代有些差异，就是说，如果石油和天然气在地下和地层的温度是相同的，当3000米以下的石油和天然气上升到地面的时候应该是90度。

石油和天然气必须保存在还原环境下，当地层在缺氧的环境下才能得以生成和保存，当地层和地面联通，处在氧化环境下，石油和天然气就无法保存。因此，当石油和天然气到达地面的时候，在富氧的环境下就会迅速的氧化。

石油和天然气具有可燃性，因此在石油和天然气开采和勘探的过程中必须对现场的所有设备设置防爆的功能。

石油和天然气从地下上返到地面的时候，会迅速的扩散，对石油和天气样品的录取必须及时。

石油和天燃气的密度小于水的密度，因此在上返到地面的时候是附着的水的表面的，在录取样品的时候需要选择及可能的在钻井液的表面录取。

在石油天然气勘探和开采过程中，第一步就是要在野外实行石油和天然气的钻井作业，在钻井的过程中钻头从地表开始向地层深处钻孔，使得地下的岩石破碎，同时采用钻井液的循环把破碎的岩石碎屑携到地表，当钻头转达具有石油和天然气的地层的时候，上返到地面的岩石碎屑就携带了石油和天然气的信息，这些信息就储存在岩石碎屑和钻井液中，地质工作人员需要对这些岩石碎屑和钻井液的样品进行收集，并加以分析化验，以确定地下相应的深度，是否具有石油和天然气的开采价值，所以录取地下储集层岩石碎屑和钻井液样品，就成为石油和天然气开采过程中不可缺少的程序。

如何准确的录取这些岩屑和钻井液样品，是钻井现场地质工作人员必须完成的工作任务。

几十年来，现场地工作人员都是手工完成这一过程的，具体的工作程序为：一把铁锹，一个脸盆，步行到泥浆池旁边，用铁锹捞取一铁锹钻井液（含岩石碎屑），放到事先准备好的铁罐里，装满500克，然后手动封盖，手写深度标签，贴到样品瓶侧面，待拿到化验室进行分析化验，确定样品中是否含有石油和天然气信息，确定是否具有开采价值，操作较为繁琐，劳动强度较大，且由于人工取样的随意性，样品的准确性无法保证，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了轻烃录井远程控制智能取样系统，解决了现有技术中人工取样劳动强度较大且样品准确性无法保证的问题。

实现上述目的本发明的技术方案为：轻烃录井远程控制智能取样系统，包括样品录取循环系统，所述样品录取循环系统内设置有气动隔膜泵，所述气动隔膜泵进口端通过样品进口管线与泥浆池相连通，所述样品进口管线的进口端安装有孔径不大于3mm的钻井液吸入探头，所述钻井液吸入探头通过固定装置固定在泥浆池内，所述气动隔膜泵的出口端通过样品出口管线与泥浆池相连通，所述样品出口管线上通过电磁阀连接有样品分流管线，所述样品分流管线与样品灌装系统相连通，所述样品录取循环系统通过PLC自动控制系统与钻井作业现场施工设备相连以获取钻井深度信息并与控制中心实现信息的远程传输，所述PLC自动控制系统对分流样品的时间、流量进行自动控制。

上述智能取样系统，还包括进出口管路反吹清洗系统，所述清洗系统包括清水池，所述清水池通过水泵与进口管线相连通用于对进口管线的反向冲洗，所述气动隔膜泵的进口端与清水池相连通用于对出口管线的反向冲洗。

上述智能取样系统通过电力供应系统供电，所述电力供应系统分别为气体压缩机、电加热系统、PLC自动控制系统、管路反吹清洗系统以及样品灌装系统供电。

上述智能取样系统通过压缩气体供应系统提供压缩动力。

上述样品灌装系统包括进样管线、制袋系统以及深度标签打印系统，所述进样管线与样品分流管线相连通，所述进样管线下端与制袋系统的锥型漏斗相连通，所述深度标签打印系统通过电信号与制袋系统相连。

上述制袋系统包括自上而下依次设置的料卷支撑架、锥型漏斗、辅助滚轮、竖向封边组件、电动滚轮以及水平封边组件。

上述竖向封边组件包括纵向封口气动推杆以及电加热器，用于对塑料布的侧向封边形成塑料筒，所述水平封边组件包括横向封口气动推杆以及电加热器，用于对塑料筒的上下两端进行封边。

上述样品灌装系统外部设置有安全防护罩使仪器运行期间处于封闭状态，并使得防护罩内压力高于正常气压，防备外部可燃气体进入。

上述智能取样系统所采用的元器件均为防爆器材。

上述智能取样系统还包括自动加温系统，所述自动加温系统将钻井液进口管线缠绕在电阻丝周围。

利用本发明的技术方案制作的轻烃录井远程控制智能取样系统，目的就是把整个录取样品的过程实现自动化，在现场地质设计的框架下，按照设计要求，定深、定时、定量的录取钻井液和岩石碎屑样品，为室内的分析化验提供准确的、及时的样品，以确保分析化验的结果真实可靠，把现场的地质工作人员从繁重的工作程序中解放出来；

1、本设备可以实时快速的录取钻井液样品，保证原始资料的准确性，为快速准确的评价和识别油气层提供精确的资料；

2、自动化水平高，可以有效减轻工作人员的劳动强度；

3、克服人工录取样品过程的随意性，避免工人手工作业工程中的各种不可避免的干扰因素；

4、该设备具备可以对设备的工作状态进行远程监控，在对设备的工作状态监控的过程中，及时的发现问题，及时解决，确保样品不丢失，真实可靠，反映地下的储集层的真实状态，为油气开发提供可靠依据；

5、该设备自动接收现场其他相关的设备的深度信号、录取样品的准确时间。

附图说明

图1为本发明所述轻烃录井远程控制智能取样系统框图。

图2为本发明所述电力供应系统框图。

图3为本发明所述压缩气体供应系统框图。

图4为本发明所述样品灌装系统框图。

图5为本发明所述进出口管线反向冲洗系统框图。

图6为本发明所述样品录取循环系统框图。

图7为本发明样品袋制作流程图。

图8为本发明制袋系统的立体结构示意图。

图9为本发明图8的主视结构示意图。

图中：1、料卷支撑架；2、塑料布卷；3、锥型漏斗；4、辅助滚轮；5、电动滚轮；6、纵向封口气动推杆；7、电加热器；8、横向封口气动推杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。

实施例：结合说明书附图1-9可知，本方案提供了一种轻烃录井远程控制智能取样系统，包括样品录取循环系统，样品录取循环系统内设置有气动隔膜泵，气动隔膜泵进口端通过样品进口管线与泥浆池相连通，样品进口管线的进口端安装有孔径不大于3mm的钻井液吸入探头，钻井液吸入探头通过固定装置固定在泥浆池内，气动隔膜泵的出口端通过样品出口管线与泥浆池相连通，样品出口管线上通过电磁阀连接有样品分流管线，样品分流管线与样品灌装系统相连通，样品录取循环系统通过PLC自动控制系统与钻井作业现场施工设备相连以获取钻井深度信息并与控制中心实现信息的远程传输，PLC自动控制系统对分流样品的时间、流量进行自动控制，整个系统的运行执行地质设计，在地质设计的框架下运行，地质设计里面对录取样品的井深、时间、录取样品的个数、井段进行限定，在钻井施工现场，为了润滑井筒，携带岩屑、平衡地层压力，需要使用钻井液，钻井液在泥浆泵的压力下在井筒内、泥浆池内构成不间断的循环，本设备就是在泥浆池内安装一个钻井液吸入探头，将部分钻井液吸入探头，并经和探头连接的管线进入气动隔膜泵，探头上设置固定装置，用以固定探头在泥浆池中的位置，探头安装过滤装置，不允许大于3MM的岩石颗粒进入探头和吸入管线，气动隔膜泵和钻井液吸入管线连接，为钻井液的吸入提供动力，并把吸入的钻井液送回泥浆池，构成一个完整的循环，在气动隔膜泵的出口端连入一个电池阀，用于在回路管线里面分流一部分钻井液，作为样品进入制作好的塑料袋，分流样品的时间、流量由自动控制系统进行自动控制。分流样品的时间来源于设备接收到现场的其他仪器提供的井深时间+迟到时间来确定，样品进入分流管线的同时，样品袋的制作也同时进行。样品袋的制作过程（见图7）。

上述轻烃录井远程控制智能取样系统，还包括进出口管路反吹清洗系统，清洗系统包括清水池，清水池通过水泵与进口管线相连通用于对进口管线的反向冲洗，气动隔膜泵的进口端与清水池相连通用于对出口管线的反向冲洗，样品封闭好以后，打印机自动启动，打印该样品的井号、深度。与样品所处的深度统一。进出口管线的反向清洗：在整个钻井施工过程中需要定期的接单根，修泵、等其他作业，需要停止钻井液的循环，这时泥浆池里没有钻井液，本设备的进样探头处于悬空状态。但是设备的管线里残留大量的钻井液，如果停止时间过长，钻井液就粘在管线的内壁，造成下次启动的时候，设备无法运行，所以在钻井液停止循环的情况下，要对进出管线进行反向清洗。（见图5）。

在具体实施过程中，上述智能取样系统通过电力供应系统供电，电力供应系统分别为气体压缩机、电加热系统、PLC自动控制系统、管路反吹清洗系统以及样品灌装系统供电（见图2）。

在具体实施过程中，上述智能取样系统通过压缩气体供应系统提供压缩动力（见图3）。

在具体实施过程中，上述样品灌装系统包括进样管线、制袋系统以及深度标签打印系统，进样管线与样品分流管线相连通，进样管线下端与制袋系统的锥型漏斗相连通，深度标签打印系统通过电信号与制袋系统相连，其中制袋系统包括自上而下依次设置的料卷支撑架1、锥型漏斗3、辅助滚轮4、竖向封边组件、电动滚轮5以及水平封边组件，上述竖向封边组件包括纵向封口气动推杆6以及电加热器7，用于对塑料布的侧向封边形成塑料筒，水平封边组件包括横向封口气动推杆8以及电加热器，用于对塑料筒的上下两端进行封边（见图8、图9），使用时，首先为样品袋制备：塑料布卷2（其宽度根据样品体积选取）套在料卷支撑架1的转动轴上，附着在锥型半圆桶形成的锥型漏斗3外侧并下伸到竖直安装的一对电加热器中间，（电加热器的电加热片的温度设定在该塑料布达到溶解的温度以下），两侧各重叠10毫米，电加热片和一对纵向封口气动推杆线连接，接到指令后纵向封口气动推杆向相对方向推进，使得两个电加热片合并，在适当的高温下，塑料布迅速粘合，塑料袋侧向粘合完成，同样底部也有一对水平安装的电加热器和一对横向封口气动推杆相连，当纵向已经粘接好的塑料桶在滚轮的带动下向下移动20厘米，横向封口气动推杆向相对方向推进，使得已经成为桶状的塑料布在水平方向上粘合，至此塑料袋底部封闭，塑料袋制作完毕。这时的塑料袋只有顶部开口，为样品进入塑料袋做好前期准备（见图6、图7）。

样品的循环路径为：在钻进的过程中，仪器接通电源后，且没有进入录取样品井深之前，并且塑料袋已经制作好的情况下，将一个探头插入泥浆池，探头只允许直径小于3毫米的岩石颗粒通过，内部装有一个磁铁，使探头能固定在泥浆池的内壁上，探头通过6分胶管与气动隔膜泵进口相连，气动隔膜泵出口，通过管线将钻井液返回泥浆池，气动隔膜泵将钻井液的混合液体抽出来，并返回泥浆池，形成回路。

灌装样品和样品袋封闭：在钻头钻到每一个取样的时间点，加上井深的迟到时间，自动控制系统将电池阀打开，允许钻井液流入旁路管线，同时钻井液回路管线关闭，钻井液进入旁路管线后，进入已经制备好的塑料袋，自动控制系统自动定量，只允许500毫升混合液体流入样品袋，达到额定体积（500）毫升，系统自动开启塑料袋封口程序，并且自动打印样品深度、井号，与录取的样品深度吻合，作为该样品的识别标志，一个样品录取结束。

取样结束后，钻井液回路管线开关开启，形成通路，钻井液延回路管线返回泥浆池，参与剩余正常循环；自动控制系统开启回路电池阀，钻井液返回泥浆池，旁路管线同一时间自动关闭；为了保证样品袋封闭良好，塑料袋制作过程中，电加热丝设置三道封闭线，以确保塑料袋封闭良好，不透空气。

在具体实施过程中，上述系统设置了远程传输及现场监控，实时监控设备运行情况，发现设备故障，及时报警，现场工作人员及时更换设备零件，或采取手工录取样品资料等补救措施，防止资料丢失。

在具体实施过程中，上述为了适应野外作业的需要，仪器设置了安全防护罩使仪器运行期间处于封闭状态，并使得防护罩内压力高于正常气压，防备外部可燃气体进入仪器，发生安全事故，所有元器件均使用防爆器材。

在具体实施过程中，上述智能取样系统还包括自动加温系统，为了适应野外冬季施工的要求，系统加设了自动加温装置，利用钻井液自身的温度，对塑料袋制作过程中需要达到一定的温度，电加热系统才能正常工作，将钻井液进口管线缠绕在电阻丝周围。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.轻烃录井远程控制智能取样系统，其特征在于，包括样品录取循环系统，所述样品录取循环系统内设置有气动隔膜泵，所述气动隔膜泵进口端通过样品进口管线与泥浆池相连通，所述样品进口管线的进口端安装有孔径不大于3mm的钻井液吸入探头，所述钻井液吸入探头通过固定装置固定在泥浆池内，所述气动隔膜泵的出口端通过样品出口管线与泥浆池相连通，所述样品出口管线上通过电磁阀连接有样品分流管线，所述样品分流管线与样品灌装系统相连通，所述样品录取循环系统通过PLC自动控制系统与钻井作业现场施工设备相连以获取钻井深度信息并与控制中心实现信息的远程传输，所述PLC自动控制系统对分流样品的时间、流量进行自动控制。

2.根据权利要求1所述的轻烃录井远程控制智能取样系统，其特征在于，还包括进出口管路反吹清洗系统，所述清洗系统包括清水池，所述清水池通过水泵与进口管线相连通用于对进口管线的反向冲洗，所述气动隔膜泵的进口端与清水池相连通用于对出口管线的反向冲洗。

3.根据权利要求2所述的轻烃录井远程控制智能取样系统，其特征在于，所述智能取样系统通过电力供应系统供电，所述电力供应系统分别为气体压缩机、电加热系统、PLC自动控制系统、管路反吹清洗系统以及样品灌装系统供电。

4.根据权利要求1所述的轻烃录井远程控制智能取样系统，其特征在于，所述智能取样系统通过压缩气体供应系统提供压缩动力。

5.根据权利要求1所述的轻烃录井远程控制智能取样系统，其特征在于，所述样品灌装系统包括进样管线、制袋系统以及深度标签打印系统，所述进样管线与样品分流管线相连通，所述进样管线下端与制袋系统的锥型漏斗相连通，所述深度标签打印系统通过电信号与制袋系统相连。

6.根据权利要求5所述的轻烃录井远程控制智能取样系统，其特征在于，所述制袋系统包括自上而下依次设置的料卷支撑架、锥型漏斗、辅助滚轮、竖向封边组件、电动滚轮以及水平封边组件。

7.根据权利要求6所述的轻烃录井远程控制智能取样系统，其特征在于，所述竖向封边组件包括纵向封口气动推杆以及电加热器，用于对塑料布的侧向封边形成塑料筒，所述水平封边组件包括横向封口气动推杆以及电加热器，用于对塑料筒的上下两端进行封边。

8.根据权利要求1所述的轻烃录井远程控制智能取样系统，其特征在于，所述样品灌装系统外部设置有安全防护罩使仪器运行期间处于封闭状态，并使得防护罩内压力高于正常气压，防备外部可燃气体进入。

9.根据权利要求1所述的轻烃录井远程控制智能取样系统，其特征在于，所述智能取样系统所采用的元器件均为防爆器材。

10.根据权利要求1所述的轻烃录井远程控制智能取样系统，其特征在于，所述智能取样系统还包括自动加温系统，所述自动加温系统将钻井液样品进口管线缠绕在电阻丝周围。