CN1598590A

CN1598590A - 岩屑检测轻烃分析法

Info

Publication number: CN1598590A
Application number: CNA2004100201736A
Authority: CN
Inventors: 何宏
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2005-03-23

Abstract

本发明是一种岩屑检测轻烃分析法。它通过计算机进行管理和控制进行脱气系统程序(即抽真空、形成脱气空间、脱气、集气过程，从岩屑中脱出气体)和检测分析系统程序(即气体组分的检测、A/D转换、数据采集及数据处理，气体组分的显示和打印过程)。本发明将气测录井轻烃组分法应用在地化录井中，从而解决了因使用PDC钻头使传统地化录井方法检测评价油气层方法失效的难题；且通过计算机控制实现了智能检测岩屑烃组分复杂控制回路联锁逻辑控制和程序步进控制的最优控制，使脱气、集气、送气和计量全过程自动化，克服了经典的靠手动操作的各种缺点，完全排除了人为因素和空气的影响。

Description

岩屑检测轻烃分析法

【技术领域】

本发明涉及石油、天然气地质勘探分析仪器，特别是一种岩屑检测轻烃分析的方法。

【背景技术】

在石油天然气的地质勘探中，地化录井、气测录井技术是最主要的录井技术手段。自本世纪50年代以来，虽然经过了几十年的发展，无论是SQC-701、SQC-882气测录井仪，还是SK-2000、SDL-9000型综合录井仪，采集信息的流程都是经过脱气器分离出来的气体进行组分分析，进一步根据这些资料判断、识别评价油气层。

随着钻头技术革命，各油田均采用人造聚晶金刚石复合片钻头(简称PDC)，而PDC钻头给录井行业带来了巨大难题，由于PDC钻头特殊的破岩机理，导致钻井岩屑非常细碎(近似粉末状)，加之钻井速度极快，给录井带来重重困难：岩屑采集困难，甚至采集不到岩屑；岩性识别困难，难以有效地划分储集层与非储集层，仔细划分岩性的难度更大；岩屑细小，现场挑样极为困难，挑样任务无法完成，影响地化分析结果和地质取样结果；岩屑中储存的储集层油气显示信息大大减少，降低油气显示等级，增加了油气显示识别、评价难度；钻井速度极快，传统长周期的色谱分析技术难以做到逐米分析；钻井液混油及加入有机添加剂时岩屑受到污染比表面积高，真假显示识别困难。由于以上综合因素的结合，导致传统地化录井方法检测评价油气层方法失效。

目前已有不同厂家、不同型号的脱气器，但存在着不同的问题，如美国国际录井公司及法国地质服务公司随其综合录井仪配有钻井岩屑脱气器(Cuting Gas)，但该脱气器仪只是在常温下高速搅拌岩屑，且在常压下工作，难以使岩屑中吸付的气体全部脱出。

【发明内容】

本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种岩屑检测轻烃分析方法，该岩屑检测轻烃分析法将气测录井轻烃组分法应用在地化录井中，可对被测岩屑样品由计算机控制、脱气、集气、送气、输出和检测分析，从而解决因使用PDC钻头使传统地化录井方法检测评价油气层方法失效的难题。

本发明为解决上述问题所采用的方案是提供一种岩屑检测轻烃分析法。它包括取定量岩屑放入脱气室，以及由计算机进行管理和控制，其特征在于所说的方法采用下列步骤完成：

1)先在上电开始时，系统初始化，检测标志位flag1＝1？；

2)当标志位flag1＝1时，执行脱气系统程序即：抽真空、形成脱气空间、脱气、集气过程，从岩屑中脱出气体；

3)当标志位flag1＝0时，执行检测分析系统程序即：气体组分的检测、A/D转换、数据采集及数据处理，气体组分的显示和打印过程。

本发明的有益效果是：

1).解决了因各油田使用PDC钻头而使传统地化录井方法检测评价油气层方法失效的难题，将气测录井轻烃组分法应用在地化录井中。

2).提供了可用于石油天然气地质勘探现场和实验室应用的电脑式智能岩屑烃组分脱气仪可对定量钻井岩屑进行热真空脱气，脱气效率和工作效率高，排除人为因素和空气影响，为地化录井和气测录井提供更准确、更有代表性、更丰富、更及时的地质录井资料。

3).通过计算机控制实现了智能检测岩屑烃组分复杂控制回路联锁逻辑控制和程序步进控制的最优控制，使脱气、集气、送气和计量全过程自动化，克服了经典的靠手动操作的各种缺点，完全排除了人为因素和空气的影响。

4).使地面含气量(SPI)参数具有可比性，可实现层间、井间油气层对比，脱气效率和工作效率大大提高。

【附图说明】

以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

图1为本发明系统控制结构图；

图2为本发明系统控制主流程图；

图3为本发明脱气系统流程图；

图4为本发明检测分析系统流程图；

图5为本发明的显示电路原理图。

【具体实施方式】

参照图1本发明系统控制结构图。本发明将岩屑放入脱气室内，在计算机控制下，执行脱气系统程序即：抽真空、预留体积、加热搅拌、集气、供盐水、计量管，从岩屑中脱出气体，然后执行检测分析系统程序即：气体组分的检测、A/D转换、数据采集及数据处理，气体组分的显示和打印过程。

参照图2本发明系统控制主流程图。本发明在上电开始时，首先检测标志位，若是标志位Flag1＝1有效，则执行脱气系统程序；若是标志位flag1＝0有效，则执行检测分析系统程序。

参照图3本发明脱气系统流程。当标志位flag1＝1时，执行脱气系统程序包括：

A)抽真空：

3-1系统首先判断flag2＝1？flag2是抽真空标志位，当flag2＝1时，系统开始抽真空；

3-2启动定时器T₁定时，定时器T₁的时间常数(123s)为抽真空的时间。

B)形成脱气空间：系统中有一个预留空间阀，在抽真空的过程中：

3-3系统判断flag3＝1？Flag3是形成脱气空间标志位，当flag3＝1时，开始在脱气室的上部形成脱气空间；

3-4系统启动定时器T₂定时，定时器T₂的时间常数(1s)为形成脱气空间的时间；

3-5计算机判断定时器T₂的定时时间是否到时？T₂开始定时控制预留空间阀得电，在预留体积室内抽真空开始形成脱气空间；

3-6编程控制使预留空间阀作为OUT₂输出点2，当计算机执行定时器2结束定时指令时预留空间阀失电，形成脱气空间；

3-7计算机判断定时器T₁的定时时间是否到时？

3-8编程控制使抽真空阀作为一个OUT₁输出1，当计算机执行定时器T₁定时开始，控制抽真空阀得电，使系统开始抽真空，抽出系统各个部分的残留气，保证脱气、集气和送气部分纯净，保证形成脱气空间；当计算机执行定时器T₁定时时间到时，OUT₁抽真空阀失电，抽真空过程结束；

3-9计算机执行块或操作指令使得抽真空过程程序和形成脱气空间过程程序可以并行操作，同时进行。

C)脱气：在脱气室中安装一个搅拌电机和一个温度传感器，计算机控制搅拌电机的启动和停止、计算机控制加热过程。在脱气过程中：

3-10系统判断flag4＝1？Flag4是脱气标志位，当flag4＝1时，系统进行脱气操作；

3-11系统启动定时器T₃和T₄同时定时，定时器T₃(200s)和T₄(200s)的时间常数，分别为电机搅拌和加热的时间；

3-12计算机通过执行与操作指令，让输入启动点动作和定时器T₃、T₄定时必须同时进行；

3-13计算机判断定时器T₃和T₄的定时时间是否到时？；

3-14编程控制让电机搅拌作为OUT₃输出点3，让温度传感器作为OUT₄输出点4，脱气时，脱气室内的岩屑在真空状态下不断被加热，从而加速分子运动，使吸附、溶解在岩屑中的样品气释放出来。又由于在加热的同时不断的搅拌，使岩屑表面轮番暴露，岩屑表面的烃组分样品气便向预留空间集结，随着不断地加热、搅拌，三者相辅相成的脱气机理，促使岩屑中的气体被脱出，从而向预留空间和计量管提供脱气。

D)集气：在系统中有一个集气室、计量管，集气室是通过电磁阀分别与脱气室和盐水瓶相连，计算机控制电磁阀的得电和失电，当脱气完成后，脱出的气体进到了集气室。在集气过程中：

3-15系统判断flag5＝1？Flag5是集气标志位，当flag＝1时，系统进行集气操作；

3-16启动定时器T₅定时，定时器T₅的时间常数(90s)为集气的时间，系统中在脱气室、集气室和盐水瓶之间是通过电磁阀连接的；

3-17编程控制让此电磁阀作为OUT₅输出点5，当电磁阀得电时盐水被吸入集气室、计量管中，在压力平衡时，计量管中保留从岩屑中脱出的气体，集气过程完成，脱气系统程序结束。

参照图4本发明检测分析系统流程图。即当标志位flag1＝1时，执行检测分析系统程序包括：

4-1进行轻烃组分检测，检测分析系统采用氢焰检测器把从岩屑中脱出的气体中的轻烃组分浓度变成易于测量的电信号；

4-2通过A/D转换，将氢焰检测器检测出各组分浓度的用电信号表示的模拟量，转换成数字量；

4-3采用有效值判别滤波、中值滤波和加权平均滤波法对A/D采集进行数据处理，可以大大提高系统的检测精度；

4-4将气体组分的分析结果显示输出或打印输出。

图5为本发明的显示电路原理图。本发明输出显示电路是由可编程的扩展器RAM/10，缓冲驱动器QS₁和OS₂及六位数码显示器LED所组成。RAM/IO有256个字节的RAM存贮器，其可编程的8位平行口PA做LED的段选口，另一个可编程的8位平行口PB做LED的位选口。当CPU译码器YS给RAM/10发选通信号CS时，LED在RAM/IO的控制下显示CPU所得出的结果。为提高驱动能力，PA、PB口分别与缓冲驱动器QS₁和QS₂连接后，再与LED的段、位码相连。

本发明的原理是：原油是一种主要以碳氢两种元素组成的十分复杂的混合物，常温下，C1～C4为气体，C5以后随着分子量的增加，从液体逐步过渡到固体。原油不同样品的轻烃参数差异可以认定为储集层性质和油层的开采程度不同造成的，它和轻烃组分的沸点、在水中的溶解度、化学稳定性相关。

利用轻烃组分的沸点、溶解度，化学稳定性这些基本的物理化学性质，找出不同环境或不同储集层性质条件下这些轻烃参数的变化规律是用轻烃参数判别储集层性质的理论依据和研究方法。

“色谱”是分离被分析混合物的一种方法。色谱分析中需要用氢气作为载气，当载气及其流速、温度、色谱柱固定相物质等条件经过选定保持不变时，一定量的样品中被分离的不同组分的馏出次序是不变的，其馏出时间由通过固定相的载气体积决定，即在上述条件下自进样起至馏出的每一组分的保留时间保持不变。这一时间即称为某一组分的保留时间。依据这一时间，就可以可靠地定性被馏出物质的组分。此后按照被分离物质的物理特性与定量所要求的灵敏度，选择不同的鉴定器以捡出经过色谱柱分离后的微量组分。

工作原理是采用定性定量方法：

用各轻烃峰的保留时间，计算各化合物的保留指数，用保留指数定性。计算公式为：

X = 100 \times \frac{R_{t} - R_{fi}}{R_{fi + 1} - R_{fi}} + i \times 100

式中 X——某化合物的相对保留时间；

Rt——某化合物出峰的保留时间；

Rfi——第i号参考峰保留时间；

Rfi+1——第i+1号参考峰保留时间；

轻烃分析的定量方法可以采用标准物质定量，一般情况下，主要计算相对百分含量，FID检测器是质量型检测器，峰面积比即为质量比。

实施例

取定量岩屑(200~300克)放入脱气室内，在真空状态下加热搅拌，使其所含的烃组份脱出，脱气过程按程序自动完成，完全排除了空气和人为因素的影响，获得不失真的反映岩屑真实含烃组份情况的纯样品气。通过色谱分析可以获得烃组份信息，为发现和评价油气层提供可靠、可比的资料。

表1给出的数据是井深为3201-3202m的实时录井色谱图数据。其中编号为奇数的N7515-N7523五组数据是智能岩屑烃组分脱气仪分析的结果，编号为偶数的N7516-N7524的五组色谱图数据是对传统脱气器的分析结果，比较表中的数值，可以看到：

1)取高值的一组色谱峰的C1～C5之和比较：N7523这组色谱峰的总烃含量为2.210％，N7520这组色谱峰的总烃含量是0.176％，两者相差12.56倍。

2)取总烃含量的平均值比较：智能岩屑烃组分脱气仪的样品气的五组色谱峰总烃含量的平均值为2.0266％。传统脱气器样品气的五组色谱峰总烃含量的平均值为0.158％，两者比较相差12.83倍。

实验结果表明，智能岩屑烃组分脱气仪脱出的样品气避免了基础性失真，因此提高了油气勘探精度。

表1 烃组分色谱图数据表

Table 2 Hydrocarbon Compositions in chromatography

迟到井深Well depth(m)	记录时间record time	色谱分析mV/％Chromatographic analysis	总烃含量totalhydrocarbonamount(％)	全烃含量entirehydrocarbonamount(％)	烃组分色谱图编号the dumber of thehydrocarboncompositions inchromatographicchart
		色谱分析mV/％Chromatographic analysis				C₁ C₂ C₃ iC₄ nC₄ iC₅ nC₅
		3201				C₁ C₂ C₃ iC₄ nC₄ iC₅ nC₅	21:0621:0821:10	69.276 6.426 4.485 1.357 2.176 0.399 0.1481.694 0.104 0.080 0.038 0.079 0.015 0.0058.221 0.799 0.567 0.399 0.158 0 00.112 0.010 0.007 0.010 0.004 0 070.959 6.575 4.817 0.818 1.627 0.316 01.742 0.107 0.079 0.022 0.056 0.011 0	2.0150.1432.017	0.2380.2580.248	N7515N7516N7517
3202	21:1221:1421:1621:1821:2021:2221:24	3201	9.448 0.923 0.511 0.204 0.195 0 00.131 0.011 0.006 0.005 0.005 0 066.132 6.035 4.491 1.264 2.018 0.316 0.1301.604 0..097 0.073 0.035 0.072 0.011 0.0049.988 0.967 0.678 0.418 0.195 0 00.140 0.012 0.008 0.011 0.005 0 069.006 6.286 4.594 1.506 2.176 0.306 01.686 0.102 0.075 0.043 0.079 0.010 09.048 0.876 0.492 0.213 0.167 0 00.125 0.011 0.006 0.005 0.004 0 075.385 7.002 5.198 1.450 2.280 0.353 0.1301.869 0.115 0.086 0.041 0.083 0.012 0.0048.509 0.855 0.613 0.418 0.585 0 00.116 0.010 0.007 0.011 0.018 0 0	0.1581.8960.1761.9950.1512.2100.162	0.2560.2480.2530.2560.2430.2350.245	N7518N7519N7520N7521N7522N7523N7524	21:0621:0821:10		2.0150.1432.017	0.2380.2580.248	N7515N7516N7517

Claims

1 一种岩屑检测轻烃分析法，包括首先取定量岩屑放入脱气室，以及由计算机进行管理和控制，其特征在于所说的方法采用下列步骤完成：

1)首先在上电开始时，系统初始化，检测标志位flag1＝1？；

2 按照权利要求1所述的岩屑检测轻烃分析法，其特征在于所说的脱气系统程序包括：

A)抽真空：

3-1 系统判断flag2＝1？ flag2是抽真空标志位，当flag2＝1时，系统开始抽真空；

3-2 启动定时器T1定时，定时器T1的时间常数为抽真空的时间；

B)形成脱气空间：系统中有一个预留空间阀，在抽真空的过程中

3-3 系统判断flag3＝1？ Flag3是形成脱气空间标志位，当flag3＝1时，开始在脱气室的上部形成脱气空间；

3-4 系统启动定时器T2定时，定时器T2的时间常数为形成脱气空间的时间；

3-5 计算机判断定时器T2的定时时间是否到时？T2开始定时控制预留空间阀得电，在预留体积室内抽真空开始形成脱气空间；

3-6 编程控制使预留空间阀作为OUT2输出点2，当计算机执行定时器2结束定时指令时预留空间阀失电，形成脱气空间；

3-7 计算机判断定时器T1的定时时间是否到时？

3-8 编程控制使抽真空阀作为一个OUT1输出1，当计算机执行定时器T1定时开始，控制抽真空阀得电，使系统开始抽真空；当计算机执行定时器T1定时时间到时，OUT1抽真空阀失电，抽真空过程结束；

3-9 计算机执行块或操作指令使得抽真空过程程序和形成脱气空间过程程序可以并行操作，同时进行；

C)脱气：在脱气室中安装一个搅拌电机和一个温度传感器，在脱气过程中

3-10 系统判断flag4＝1？ Flag4是脱气标志位，当flag4＝1时，系统进行脱气操作；

3-11 系统启动定时器T3和T4同时定时，定时器T3和T4的时间常数，分别为电机搅拌和加热的时间；

3-12 计算机通过执行与操作指令，让输入启动点动作和定时器T3、T4定时必须同时进行；

3-13 计算机判断定时器T3和T4的定时时间是否到时？

3-14 编程控制让电机搅拌作为OUT3输出点3，让温度传感器作为OUT4输出点4；

D)集气：

3-15 系统判断flag5＝1？ Flag5是集气标志位，当flag＝1时，系统进行集气操作；

3-16 启动定时器T5定时，定时器T5的时间常数为集气的时间，系统中脱气室、集气室和盐水瓶之间通过电磁阀连接；

3-17 计算机判断定时器T5的定时时间是否到时？

3-18 编程控制让此电磁阀作为OUT5输出点5，当电磁阀得电时盐水被吸入集气室、计量管中，在压力平衡时，计量管中保留从岩屑中脱出的气体，集气过程结束。

3 按照权利要求1所述的岩屑检测轻烃分析法，其特征在于所说的检测分析系统程序包括：

4-1 检测分析系统采用氢焰检测器将把从岩屑中脱出的气体中的轻烃组分浓度变成易于测量的电信号；

4-2 通过A/D转换将电信号表示的模拟量，转换成数字量；

4-3 采用有效值判别滤波、中值滤波和加权平均滤波法对A/D采集进行数据处理；

4-4 将气体组分的分析结果显示输出或打印输出。