CN103323413B - 光谱连续气测录井装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光谱连续气测录井装置及方法，光谱连续气测录井装置由抽气泵、气体分配模块、烷烃组分气体检测功能模块、二氧化碳气体检测功能模块、一氧化碳气体检测功能模块、硫化氢气体检测功能模块、计算机控制***组成，利用光谱连续气测录井装置首先测量出标准气体的基本数据存储于计算机控制***，利用电动脱气器连续采集循环钻井液携带的钻遇地层流体中的样品气，由光谱连续气测录井装置对样品气中的各种组分气体进行光谱连续检测，谱连续气测录井装置的光谱录井软件应用标准气体基本数据，实时检测钻遇地层流体中烷烃、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢气体含量信息；由光谱气测录井软件快速解释地层流体性质，实现光谱连续气测录井。

Description

光谱连续气测录井装置及方法

技术领域

本发明涉及一种石油勘探开发过程中的连续气测录井装置及方法，属于石油勘探开发过程中录井技术领域。

背景技术

气测录井是石油勘探开发过程中检测和判断钻遇地层流体性质的重要手段。传统的气测录井装置及方法是利用气相色谱技术，开发出气相色谱录井装置检测钻遇地层流体中甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烷烃组份的含量信息；利用TCD热导技术检测装置检测钻遇地层流体中的二氧化碳的含量信息，利用电化学方法检测硫化氢气体含量信息。

传统的气测录井录井方法一方面气测录井数据不连续，另一方面录井装置结构复杂，不利于薄层油气资源的勘探开发。

专利文献“用光谱分析仪快速定量分析石油勘探钻井过程中气体含量方法(CN1731147)”记载一种用光谱分析仪快速定量分析石油勘探钻井过程中气体含量方法。该发明是将待测气体经过处理后进入气体流通池，经红外光照射和检测器检测，在光谱分析工作站内计算得到样品的红外光谱及烷烃各组分的含量。该方法的烷烃组分检测数据还存在有分析计算周期，不利于薄层、裂缝性油气资源的及时准确发现。

专利文献“一种连续光谱气测录井装置(CN201943685U)”涉及一种连续光谱气测录井装置，该连续光谱气测录井装置，利用了光谱分光技术，在录井过程中可以连续检测烷烃组份气体信息。该装置只检测地层流体中烷烃组分气体含量信息，缺少二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等非烃组分气体含量信息，不利于现场准确评价钻遇地层流体性质。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中检测气体种类不全面或不连续等问题，提供一种光谱连续气测录井装置。

本发明的另一个目的提供利用光谱连续气测录井装置实现光谱连续气测录井的方法。

本发明的光谱连续气测录井装置主要由抽气泵、气体分配模块、烷烃气体组份检测功能模块、二氧化碳气体检测功能模块、一氧化碳气体检测功能模块、硫化氢气体检测功能模块、计算机控制***、液晶显示屏、人机对话模块和电源等组成,实现钻遇地层流体中甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳十种气体的连续检测。

本发明所述的光谱连续气测录井方法包括以下步骤：

首先测量出标准烷烃组分气体的吸收截面数据，利用不同浓度的一氧化碳、二氧化碳、硫化氢标准气体标定二氧化碳气体检测功能模块、一氧化碳气体检测功能模块、硫化氢气体检测功能模块；利用电动脱气器连续采集循环钻井液携带的钻遇地层流体中的样品气，由光谱连续气测录井装置对样品气中的各种组分气体进行光谱连续检测，对比分析烷烃组分气体的吸收截面数据、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢气体标定数据，实时得到钻遇地层流体中甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢气体含量信息；由光谱气测录井软件快速解释地层流体性质，实现光谱连续气测录井。

本发明根据光谱气体检测原理，利用光谱连续气测录井装置检测脱气器从携带有钻遇地层流体信息的钻井液分离出的样品气，连续检测和分析钻遇地层流体中各组分气体含量信息，实现光谱连续气测录井。气测录井数据实现连续分析，可以及时准确判断钻遇地层流体性质，有利于薄层油气资源、裂缝性油气资源的发现，预防钻井施工事故的发生，提高油气勘探开发效益。

附图说明

图1为本发明工艺流程框图；

图2为七种烷烃组分气体的吸收截面曲线；

图3为三种非烃组分气体的定标曲线；

图4为本发明光谱连续气测录井工作状态示意图；

图5为本发明的光谱连续气测录井装置5结构示意图；

图6为本发明具体实施方式本发明在录井施工过程中连续检测钻遇地层流体中烷烃组分气体浓度数据；

图7本发明在录井施工过程中实时解释钻遇地层流体类型。

具体实施方式

结合附图对本发明进行进一步描述。

由图5可知，本发明的光谱连续气测录井装置，由抽气泵8、气体分配模块9、烷烃组分气体检测功能模块10、二氧化碳气体检测功能模块11、一氧化碳气体检测功能模块12、硫化氢气体检测功能模块13、计算机控制***14、电源17组成，抽气泵8与气体分配模块9由气管线串联；气体分配模块9通过气管线分别与烷烃组分气体检测功能模块10、二氧化碳气体检测功能模块11、一氧化碳气体检测功能模块12、硫化氢气体检测功能模块13连接；计算机控制***14通过控制线和数据线分别与抽气泵8、气体分配模块9、烷烃组分气体检测功能模块10、二氧化碳气体检测功能模块11、一氧化碳气体检测功能模块12、硫化氢气体检测功能模块13连接；计算机控制***14得到的数据通过数据传输线7连接至综合录井仪。

所述的烷烃组分气体检测功能模块10、二氧化碳气体检测功能模块11、一氧化碳气体检测功能模块12、硫化氢气体检测功能模块13分析后的样品气管线并联后与放空管线6连接。

所述的计算机控制***14通过数据线分别与液晶显示屏15、人机对话模块16连接，可实时显示录井数据，并实现人机对话。

电源17通过电源线分别与烷烃组分气体检测功能模块10、二氧化碳气体检测功能模块11、一氧化碳气体检测功能模块12、硫化氢气体检测功能模块13、计算机控制***14、液晶显示屏15、人机对话模块16连接，为它们提供工作电源。

由附图1和图4可知，本发明提供的光谱连续气测录井的方法是：先测量出标准烷烃组分气体的吸收截面数据，利用不同浓度的一氧化碳、二氧化碳、硫化氢标准气体标定二氧化碳气体检测功能模块、一氧化碳气体检测功能模块、硫化氢气体检测功能模块；利用电动脱气器连续采集循环钻井液携带的钻遇地层流体中的样品气，由光谱连续气测录井装置对样品气中的各种组分气体进行光谱连续检测，对比分析烷烃组分气体的吸收截面数据、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢气体标定数据，实时得到钻遇地层流体中甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢气体含量信息；由光谱气测录井软件快速解释地层流体性质，实现光谱连续气测录井。其具体实施方式包括以下步骤：

1、测量标准气体基本数据。

1.1测量标准烷烃组分气体吸收截面数据。

1.1.1接通光谱连续气测录井装置5电源，预热30秒钟后，光谱连续气测录井装置5内的计算机控制***14测量记录烷烃组分气体检测功能模块10的暗电流信号I(1)式(1)中，σ(λ)是烷烃组分气体吸收截面数据，无单位；P_a(λ)、烷烃组分气体检测功能模块10内检测池压力P(单位pa)和温度T(单位K)；

1.1.2持续通入纯净氮气60秒钟，光谱连续气测录井装置5内的计算机控制***14测量记录烷烃组分气体检测功能模块10的背景光谱电流信号I₀(λ)；

1.1.3通入纯净甲烷样品气，光谱连续气测录井装置5内的计算机控制***14测量记录烷烃组分气体检测功能模块10的吸收光谱电流信号I(λ)；

1.1.4利用式(1)计算甲烷气体的吸收截面数据σ_甲烷(λ)，并由计算机控制***14存储。

$\mathrm{\σ}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{P_{0}T}{n_0{\mathrm{PT}}_{0}L}\ln \left(\frac{I_0\left(\mathrm{\λ}\right)-I_a\left(\mathrm{\λ}\right)}{I\left(\mathrm{\λ}\right)-I_a\left(\mathrm{\λ}\right)}\right)---\left(1\right)$

式(1)中，σ(λ)是烷烃组分气体吸收截面数据，无单位；P₀＝1.01333×10⁵pa、T₀＝273.16K、n₀＝2.687×10¹⁹；P是烷烃组分气体检测功能模块10内检测池压力、单位pa，T是烷烃组分气体检测功能模块10内检测池温度、单位K。

利用乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷分别重复步骤1.1.1、步骤1.1.2、步骤1.1.3、步骤1.1.4，分别计算出乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷气体的吸收截面数据σ_乙烷(λ)、σ_丙烷(λ)、σ_异丁烷(λ)、σ_正丁烷(λ)、σ_异戊烷(λ)、σ_正戊烷(λ)，并由计算机控制***14存储。

图2为本发明实施例测量出的标准甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷七种烷烃组分气体的吸收截面数据曲线。

1.2标定二氧化碳气体检测功能模块、一氧化碳气体检测功能模块、硫化氢气体检测功能模块。

1.2.1利用光谱连续气测录井装置5检测0％、0.1％、1％、10％、50％、100％二氧化碳标准气体，计算机控制***14记录二氧化碳检测功能模块11对应的输出直流电流信号，做出二氧化碳气体标定曲线，如图3所示，并经过计算得到二氧化碳气体的标定公式(2)，存储于计算机控制***14。

$C_{\mathrm{co}2}=\frac{1}{0.1594}(D_{\mathrm{co}2}-4.0131)---\left(2\right)$

式(2)中，C_co2是二氧化碳气体浓度，单位：％，D_co2是二氧化碳气体检测功能模块11输出电流，单位：mA。

1.2.2利用光谱连续气测录井装置5检测0％、0.1％、1％、10％、50％、100％一氧化碳标准气体，计算机控制***14记录一氧化碳检测功能模块12对应的输出直流电流信号，做出一氧化碳气体标定曲线，如图3所示，并经过计算得到一氧化碳气体的标定公式(3)，存储于计算机控制***14。

$C_{\mathrm{co}}=\frac{1}{0.1568}(D_{\mathrm{co}}-4.0089)---\left(3\right)$

式(3)中，C_co是一氧化碳气体浓度，单位：％，D_co是一氧化碳气体检测功能模块12输出电流，单位：mA。

1.2.3利用光谱连续气测录井装置5检测0ppm、1ppm、10ppm、50ppm、100ppm硫化氢标准气体，计算机控制***14记录硫化氢检测功能模块13对应的输出直流电流信号，做出硫化氢气体标定曲线，如图3所示，并经过计算得到硫化氢气体的标定公式(4)，存储于计算机控制***14。

$C_{H2S}=\frac{1}{0.1566}(D_{H2S}-4.0787)---\left(4\right)$

式(4)中，C_H2S是硫化氢气体浓度，单位：ppm，D_H2S是硫化氢气体检测功能模块13输出电流，单位：mA。

2、连续检测钻遇地层流体样品气组分含量信息。

由图4可知，电动脱气器2安装在钻井液架空槽1内，电动脱气器2对架空槽1内循环的携带有钻遇地层流体的钻井液3进行搅拌脱气，脱出的样品气经过气管线4送入安装在室内的光谱连续气测录井装置5进行连续分析。

通过光谱连续气测录井装置5，由烷烃组分气体检测功能模块10连续检测样品气中烷烃组分混合气体的吸收光谱电流信号I_总(λ)，I_总(λ)是甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷气体吸收光谱电流信号的叠加。计算机控制***14内的光谱录井软件调用σ_甲烷(λ)、σ_乙烷(λ)、σ_丙烷(λ)、σ_异丁烷(λ)、σ_正丁烷(λ)、σ_异戊烷(λ)、σ_正戊烷(λ)计算出每种烷烃组份气体的浓度，实现烷烃组分气体含量信息的连续检测，检测结果存储于计算机控制***14。

二氧化碳气体检测功能模块11连续检测样品气中二氧化碳气体含量信息D_co2，计算机控制***14内的光谱录井软件根据式(2)计算出二氧化碳气体的浓度。

一氧化碳气体检测功能模块12连续检测样品气中一氧化碳气体含量信息D_co，计算机控制***14内的光谱录井软件根据式(3)计算出一氧化碳气体的浓度。

硫化氢气体检测功能模块13连续检测样品气中硫化氢气体含量信息D_H2S，计算机控制***14内的光谱录井软件根据式(4)计算出硫化氢气体的浓度。

根据上述步骤2即可得到本发明在录井施工过程中连续检测钻遇地层流体中烷烃组分气体浓度数据,如图6所示。

3、解释地层流体类型

安装于光谱连续气测录井装置计算机控制***14内的录井解释软件，根据传统的三角图版法、比值法和皮克斯勒法对甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢检测结果进行快速解释，解释出钻遇地层流体的类型。

根据上述步骤3即可得到本发明在录井施工过程中实时解释钻遇地层流体的类型，如图7所示。

Claims (5)

1.一种光谱连续气测录井方法，其特征是包括以下步骤：首先测量出标准烷烃组分气体的吸收截面数据，利用不同浓度的一氧化碳、二氧化碳、硫化氢标准气体标定二氧化碳气体检测功能模块、一氧化碳气体检测功能模块、硫化氢气体检测功能模块；利用电动脱气器连续采集循环钻井液携带的钻遇地层流体中的样品气，由光谱连续气测录井装置对样品气中的各种组分气体进行光谱连续检测，调用分析烷烃组分气体的吸收截面数据、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢气体标定数据，实时得到钻遇地层流体中甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢气体含量信息；由光谱气测录井软件快速解释地层流体性质，实现光谱连续气测录井。

2.根据权利要求1所述的光谱连续气测录井方法，其特征是：标准烷烃组分气体吸收截面数据测量按以下步骤完成：(1)接通光谱连续气测录井装置(5)电源，预热30秒钟后，光谱连续气测录井装置(5)内的计算机控制***(14)测量记录烷烃组分气体检测功能模块(10)的暗电流信号I_a(λ)、烷烃组分气体检测功能模块(10)内检测池压力P和温度T；

(2)持续通入纯净氮气60秒钟，光谱连续气测录井装置(5)内的计算机控制***(14)测量记录烷烃组分气体检测功能模块(10)的背景光谱电流信号I₀(λ)；

(3)通入纯净甲烷样品气，光谱连续气测录井装置(5)内的计算机控制***(14)测量记录烷烃组分气体检测功能模块(10)的吸收光谱电流信号I(λ)；

(4)利用式(1)计算甲烷气体的吸收截面数据σ_甲烷(λ)，并由计算机控制***(14)存储，

$\mathrm{\σ}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{P_{0}T}{n_0{\mathrm{PT}}_{0}L}ln\left(\frac{I_0\left(\mathrm{\λ}\right)-I_a\left(\mathrm{\λ}\right)}{I\left(\mathrm{\λ}\right)-I_a\left(\mathrm{\λ}\right)}\right)---\left(1\right)$

式(1)中，σ(λ)是烷烃组分气体吸收截面数据，无单位；P₀＝1.01333×10⁵pa、T₀＝273.16K、n₀＝2.687×10¹⁹；P是烷烃组分气体检测功能模块(10)内检测池压力、单位pa，T是烷烃组分气体检测功能模块(10)内检测池温度、单位K；

利用乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷分别重复上述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)，计算出乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷气体的吸收截面数据σ_乙烷(λ)、σ_丙烷(λ)、σ_异丁烷(λ)、σ_正丁烷(λ)、σ_异戊烷(λ)、σ_正戊烷(λ)，并由计算机控制***(14)存储。

3.根据权利要求1所述的光谱连续气测录井方法，其特征是：二氧化碳气体检测功能模块、一氧化碳气体检测功能模块、硫化氢气体检测功能模块标定按以下步骤完成：

利用光谱连续气测录井装置(5)检测0％、0.1％、1％、10％、50％、100％二氧化碳标准气体，计算机控制***(14)记录二氧化碳检测功能模块(11)对应的输出直流电流信号，做出二氧化碳气体标定曲线，并经过计算得到二氧化碳气体的标定公式(2)，存储于计算机控制***(14)；

$C_{co2}=\frac{1}{0.1594}(D_{co2}-4.0131)---\left(2\right)$

式(2)中，C_co2是二氧化碳气体浓度，单位：％，D_co2是二氧化碳气体检测功能模块(11)输出电流，单位：mA；

利用光谱连续气测录井装置(5)检测0％、0.1％、1％、10％、50％、100％一氧化碳标准气体，计算机控制***(14)记录一氧化碳检测功能模块(12)对应的输出直流电流信号，做出一氧化碳气体标定曲线，并经过计算得到一氧化碳气体的标定公式(3)，存储于计算机控制***(14)；

$C_{co}=\frac{1}{0.1568}(D_{co}-4.0089)---\left(3\right)$

式(3)中，C_co是一氧化碳气体浓度，单位：％，D_co是一氧化碳气体检测息功能模块(12)输出电流，单位：mA；

利用光谱连续气测录井装置(5)检测0ppm、1ppm、10ppm、50ppm、100ppm硫化氢标准气体，计算机控制***(14)记录硫化氢检测功能模块(13)对应的输出直流电流信号，做出硫化氢气体标定曲线，并经过计算得到硫化氢气体的标定公式(4)，存储于计算机控制***(14)；

$C_{H2S}=\frac{1}{0.1566}(D_{H2S}-4.0787)---\left(4\right)$

式(4)中，C_H2S是硫化氢气体浓度，单位：ppm，D_H2S是硫化氢气体检测功能模块(13)输出电流，单位：mA。

4.根据权利要求2或3所述的光谱连续气测录井方法，其特征在于：

电动脱气器(2)安装在钻井液架空槽(1)内，电动脱气器(2)对架空槽(1)内循环的携带有钻遇地层流体的钻井液(3)进行搅拌脱气，脱出的样品气经过气管线(4)送入安装在室内的光谱连续气测录井装置(5)进行连续分析；

烷烃组分气体检测功能模块(10)连续检测样品气中烷烃组分混合气体的吸收光谱电流信号I_总(λ)，I_总(λ)是甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷气体吸收光谱电流信号的叠加，计算机控制***(14)内的光谱录井软件调用σ_甲烷(λ)、σ_乙烷(λ)、σ_丙烷(λ)、σ_异丁烷(λ)、σ_{正丁 烷}(λ)、σ_异戊烷(λ)、σ_正戊烷(λ)计算出每种烷烃组份气体的浓度，实现烷烃组分气体含量信息的连续检测，检测结果存储于计算机控制***(14)；

二氧化碳气体检测功能模块(11)连续检测样品气中二氧化碳气体含量信息D_co2，计算机控制***(14)内的光谱录井软件根据式(2)计算出二氧化碳气体的浓度；

一氧化碳气体检测功能模块(12)连续检测样品气中一氧化碳气体含量信息D_co，计算机控制***(14)内的光谱录井软件根据式(3)计算出一氧化碳气体的浓度；

硫化氢气体检测功能模块(13)连续检测样品气中硫化氢气体含量信息D_H2S，计算机控制***(14)内的光谱录井软件根据式(4)计算出硫化氢气体的浓度。

5.根据权利要求1所述的光谱连续气测录井方法，其特征在于：

安装于光谱连续气测录井装置计算机控制***(14)内的录井解释软件，根据传统的三角图版法、比值法和皮克斯勒法对甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢检测结果进行快速解释，解释出钻遇地层流体类型。