綜合錄井儀工作原理專題培訓課件

綜合錄井儀工作原理綜合錄井儀工作原理交流學習綜合錄井技術是在鉆井過程中應用電子技術、計算機技術及分析技術、借助分析儀器進行各種石油地質、鉆井工程及其他隨鉆信息的采集(收集)、分析處理，進而達到發(fā)現(xiàn)油氣層、評價油氣層和實時鉆井監(jiān)控目的的一項隨鉆石油勘探技術。應用綜合錄井技術可以為石油天然氣勘探開發(fā)提供齊全、準確的第一性資料，是油氣勘探開發(fā)技術系列的重要組成部分。該項技術在國外—般稱泥漿錄井(Mud-logging)。綜合錄井是一項集應用電子、傳感器、氣相色譜分析、計算機數(shù)字采集處理和地質、鉆井工程系統(tǒng)評價技術于一體，并進行連續(xù)隨鉆錄井和鉆井過程監(jiān)控的綜合應用技術。綜合錄井技術的主要作用：隨鉆錄井、實時鉆井監(jiān)控、隨鉆地質評價及隨鉆錄井信息的處理和應用。綜合錄井主要作用及功能綜合錄井技術的特點：錄取參數(shù)多、采集精度高、資料連續(xù)性強、資料處理速度快、應用靈活、服務范圍廣等。綜合錄井錄井項目：地質錄井：泥（頁）巖密度測量、碳酸巖分析等鉆井液錄井：溫度、密度、電導、池體積、流量等工程錄井：立壓、套壓、大鉤負荷、扭矩、轉盤轉速、泵沖等氣測錄井：全烴、烴組分、CO2、H2S等主要測量參數(shù)主要測量參數(shù)綜合錄井儀最多可以直接測量20多項參數(shù)，并可以派生出300多種參數(shù)，所有300多種參數(shù)及相應的曲線能通過計算機進行自定義、任意選擇顯示，常見參數(shù)如下：(1)實時參數(shù)大鉤負荷(Hookload─WOH,WKL),kN；大鉤高度(Hookheight─HKH),m；轉盤扭矩(RotaryTorque─TORQ),kN；立管壓力(StandpipePressure─SPP),MPa；套管壓力(Casing(Choke)pressure─CHKP),MPa；轉盤轉速(RotarySpeed─RPM),r/min；1號泵沖速率(PumpStrokeRate#1─SPM1),st/min；2號泵沖速率(PumpStrokeRate#2─SPM2),st/min；1-6號池泥漿體積(TankVolume─TV01-06),m3；入口泥漿密度(MudDensityIn─MDI),g/cm3；入口泥漿溫度(MudTemperatureIn─MTI),℃；入口泥漿電導率(MudElectro-ConductivityIn─MCI),mS/m。(2)遲到參數(shù)①全烴(TotalGas─TGAS)％；②烴類氣體組分甲烷(C1)─METH)％；乙烷(C2)─ETH)％；丙烷(C3)─PRP)％；異丁烷(iC4)─IBUT)％；正丁烷(nC4)─NBUT)％；異戊烷(iC5)─IPENT)％；正戊烷(nC5)─NPENT)％；③硫化氫(HydrogenSulfide─H2S)％；④二氧化碳(CarbenDioxide─CO2)％；⑤氫氣(Hydrogen─H2)％；⑥出口泥漿密度(MudDensityOut─MDO)g/cm3；⑧出口泥漿溫度(MudTemperatureOut─MTO)℃；⑨出口泥漿電導率(MudElectro-ConductivityOut─MCO)mS/m；⑩出口泥漿流量(MudFlowOut─MFO)%綜合錄井儀的系統(tǒng)組成綜合錄井設備主要由:傳感器氣體檢測裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)組成氣體檢測儀各類傳感器其他信號源數(shù)據(jù)采集接口輸出設備計算機處理系統(tǒng)綜合錄井儀基本結構圖

傳感器亦稱一次儀表，實現(xiàn)從一種物理量到另一種物理量的轉換，其輸入信號為待測物理量，如溫度、壓力、電阻率等，輸出信號為可以被二次儀表或計算機接收的物理量，如電流、電壓等。傳感器是綜合錄井儀的最基礎部分，其工作性能的好壞直接影響著錄井質量。①傳感器傳感器按功能主要分為13類，具體包括：絞車傳感器、大鉤負荷傳感器、轉盤轉速傳感器、轉盤扭矩傳感器、立管壓力傳感器、套管壓力傳感器、泵沖傳感器、鉆井液密度傳感器、鉆井液溫度傳感器、鉆井液電導率傳感器、鉆井液體積傳感器、鉆井液出口流量傳感器、硫化氫傳感器等。通過各種傳感器采集的信號，綜合錄井儀不僅可以實時錄取30余個鉆井參數(shù)、鉆井液參數(shù)和氣體參數(shù)，而且由此可以得到300多個對鉆井工程具有指導意義的錄井參數(shù)。2KVAUPS×2供電防爆CAN總線傳感器信號進入計算機集線器數(shù)據(jù)服務器視頻分配器顯示器顯示器顯示器SK-3R03SK-2T02GSK-7R02樣品針筒注入樣品氣管線連接SK-7T02GSK-3Q04CAN適配卡采集計算機多串口卡工作站服務器

傳感器也叫一次儀表，它能把待測參數(shù)的變化分辨出來，并可以轉換成另一種形式的可測量物理量。它有兩種功能：一是能感受待測參數(shù)；另一是變換和傳送待測參數(shù)。敏感元件傳感元件輔助電源被測非電量電量1傳感器的基本組成傳感器由敏感元件、轉換元件和其他輔助部件組成。敏感元件指傳感器中能直接感受(或響應)與檢測出被測對象的待測信息(非電量)的元件。轉換元件指傳感器中能將敏感元件所感受(或響應)的信息直接轉換成電信號的部分

輔助器件通常包括電源。如交流、直流供電系統(tǒng)。在工程上傳感器也稱為探測器、換能器、測量頭。一、傳感器概述傳感器傳感器的輸入信號主要來源于鉆機的三大系統(tǒng)：循環(huán)系統(tǒng)提升系統(tǒng)旋轉系統(tǒng)鉆井液流量鉆井液溫度鉆井液池體積鉆井液密度鉆井液電導率泵排量泵壓大鉤負荷絞車轉盤轉速轉盤扭矩二、綜合錄井儀傳感器

綜合錄井儀傳感器標準配置:大鉤負荷傳感器、絞車傳感器、立管、套管壓力傳感器、出口流量傳感器、泵沖傳感器、轉盤轉速傳感器、轉盤扭矩傳感器（機械扭矩式或電扭矩式）、鉆井液出/入口溫度、密度、電導、泥漿液位傳感器、H2S傳感器等。（一）壓力傳感器立管壓力又稱泵壓，是計算鉆井水力參數(shù)及壓力損失的重要參數(shù)。在鉆井施工中，正確地控制立管壓力，對于提高鉆井效率具有重要意義。此外，它還是反映鉆井安全的重要參數(shù)，可以反應鉆具刺穿、鉆具斷裂或脫落、鉆頭水眼堵塞及泵故障等多種地下或地面情況。在鉆井參數(shù)儀系統(tǒng)中是用于鉆井狀態(tài)判斷的必不可少的參數(shù)之一。包括立壓、套壓、大鉤負荷傳感器立壓傳感器安裝在井架的立管上,一般安裝在鉆臺上的立管上，方便連接操作。在立管上先氣割出一個Φ18的孔，然后由專業(yè)焊工將焊接管與立管焊接牢固即可，如果沒有專用焊接管，只有把立管上的泵壓表拆下，把設備配備的三通接上，在三通大口徑出口把泵壓表裝上，在三通旁路小口安裝立壓傳感器。標定示意圖套管壓力傳感器套管壓力是測量節(jié)流放噴時套管環(huán)空內(nèi)的壓力。一般在節(jié)流管匯套壓表附近有一備用接口，日常是用堵頭堵死的，拆下堵頭裝上傳感器即可。安裝立壓傳感器和套壓傳感器時都要先用生料帶包裹螺紋口再上緊扭死，要保證固定牢靠，密封性良好，因為這兩項都是高壓設備，防止密封性不好泥漿刺漏或者傳感器蹦出傷人。標定示意圖懸重傳感器也是一個壓力傳感器，用于測量大鉤負荷，即懸重。該壓力傳感器是由一個用于傳輸油壓的柱狀液壓油倉和一套電橋電路組成。懸重傳感器注意安裝時一定要求井隊大鉤處于坐卡位置，否則液壓管線內(nèi)有壓力無法安裝傳感器。安裝：懸重傳感器總成的快速接頭與井架死繩固定器的傳感器的快速接頭對接即可。如果接頭不匹配，可將死繩固定器的傳感器的快速接頭拆下更換神開廠家提供的快速接頭。標定圖鉆井生產(chǎn)過程中，需要及時準確地掌握泥漿流量，以判斷鉆井情況，確保優(yōu)質安全生產(chǎn)。出口泥漿流量傳感器，是衡量泥漿槽中泥漿充滿程度的傳感器。鉆井過程中，隨時監(jiān)視出口泥漿在槽中的充滿度，再配合地面泥漿總體積的變化，可以及時發(fā)現(xiàn)井涌和井漏，對預防鉆井復雜情況，具有突出的意義。（二）流量傳感器SK-8L03A出口流量傳感器技術指標

1、工作溫度：-40～+80℃2、SK-8L03A型輸出電流：4～20mA3、SK-8L03A型傳感器阻值變化范圍：0.5～2.15K4、檔板張開角度：0~45°5、測量范圍：0-100%，改變檔板配重塊質量可以改變 量程。

安裝：鉆井隊在高架槽上割出適當槽孔的出口管線上，也可用固定架固定在泥漿出口處的泥漿槽內(nèi)?，F(xiàn)場一般都是軟管替代高架槽，無法割槽孔，所以只能安裝在泥漿出口處的泥漿緩沖槽內(nèi)。弊端：由于緩沖罐是開放式的，水蒸氣很多，極易腐蝕傳感器電源接頭，傳感器使用壽命大大降低。標定示意圖（三）液位傳感器

監(jiān)測泥漿總體積的變化，能早期發(fā)現(xiàn)井漏、井涌和井噴，因而監(jiān)測泥漿總體積對于鉆井安全有著重要的意義。為了求得地面泥漿的總體積及其變化，所有貯存泥漿的容器，均做成等截面的幾何形狀。這樣就可通過液面的變化，精確地計量泥漿的體積及其變化。為取得地面泥漿總體積的訊號，每個泥漿容器都裝有泥漿液面?zhèn)鞲衅鳌Ｒ粋€井場的液面?zhèn)鞲衅?，有時多達八個。這些傳感器的液面訊號，乘以面積系數(shù)，再疊加在—起，便成為泥漿總體積的信息，再進行顯示和記錄。超聲波液位傳感器超聲波液位傳感器安裝方式分夾持式和焊接式兩種，安裝在需要監(jiān)測液位的泥漿罐上。夾持式是安裝在所配的傳感器安裝支架上。焊接式是將安裝架底部的焊接塊直接焊在泥漿罐面上。安裝時注意不要把傳感器探頭離罐面太近，液位傳感器有掃描盲區(qū)，當罐內(nèi)泥漿滿罐時傳感器探頭進入掃描盲區(qū)，無法在正常工作，從而失去起到檢測池體積的作用了。示意圖標定示意圖泥漿密度是實現(xiàn)平衡鉆井，提高鉆井生產(chǎn)效率的重要因素，也是反映鉆井安全生產(chǎn)的重要因素。在鉆井生產(chǎn)過程中，及時而準確地取得密度變化的實時數(shù)據(jù)，具有很重要的意義。正常情況下，出口泥漿密變應略高于進口泥漿密度。但是當井內(nèi)有高壓層，氣體或地層水進泥漿時都會使其密度減小。因此，測量進出口泥漿密度，可以預報井內(nèi)的異常情況。（四）密度傳感器安裝：密度傳感器分為出口和入口2個，分別安裝在出口罐和入口罐內(nèi)。應保持泥漿液面波動時，上、下法蘭必須全部浸入泥漿中，保持垂直，不得傾斜，否則會影響測量的準確性。變送器轉換部應在泥漿液面以上，不得被泥漿浸入，用固定支架將傳感器固定。一般來說，入口密度要小于出口密度，出口泥漿攜帶了巖屑，密度顯然要升高，入口是經(jīng)過了除除砂器的泥漿再次循環(huán)過來的;有油氣顯示時出口密度會比平時有所降低，在錄井時這個也可以作為油氣顯示的一項參數(shù)。標定示意圖該傳感器用于測量鉆井液的導電能力。因該傳感器可檢測入口電導和出口電導，所以只需將傳感器分別裝在泥漿罐的泥漿進口處和出口處即可。安裝時要把探頭全部浸泡在泥漿中。注意探頭的污染及泥皮影響測量的準確性,因此每次使用完畢后,應注意立即將附著的泥漿沖洗干凈。探頭上帶有干涸的泥漿就投入使用是不能允許的。（五）電導率傳感器標定示意圖（六）溫度傳感器該傳感器用于測量鉆井液的溫度變化。因該傳感器可檢測入口溫度和入口溫度，所以只需將傳感器分別裝在泥漿罐的泥漿進口處和出口處即可。安裝時要把探頭全部浸泡在泥漿中。標定示意圖

它是測量現(xiàn)場有毒有害氣體，特別是在高含硫的區(qū)域打井尤其重要。（七）H2S傳感器通常安裝在鉆井液出口處的上方，距離罐面1米左右為好（現(xiàn)場一般安裝在電動脫氣器上）。按照甲方要求在鉆臺靠近井口位置離鉆臺面半米左右加裝一個（現(xiàn)場一般安裝司鉆房前靠下位置，沒有司鉆房的一般安裝在左手邊的井架上）。注意

固定式硫化氫傳感器安裝的位置高度不宜過高或過低，否則都將影響檢測結果。因為是安裝在鉆井液出口的，水蒸氣很多，安裝過低水蒸氣攜帶腐蝕氣體腐蝕探頭，從而使傳感器探頭敏感度下降，使用壽命降低。所有傳感器出廠時已經(jīng)過標定，所以一般情況下儀器是初次安裝的，不需要再做標定，除非判定傳感器采集的信號不準時再做標定。在現(xiàn)場不是標定是效驗，用H2S專用標定瓶和標準氣樣讓傳感器嗅，采集機上采集相應的電壓值在軟件上標定出即可。現(xiàn)場一般是三種氣樣：5PPM,10PPM,50PPM（八）轉盤轉速傳感器/泵沖傳感器轉盤轉速傳感器和泵沖傳感器是一個類型的傳感器，使用的位置和測量的參數(shù)不同才分別冠名。泵沖傳感器安裝在泥漿泵頭拉桿上，將傳感器固定卡子卡在合適的位置，調(diào)整傳感器的固定螺母，使傳感器感應端面與被測端面接近平行，調(diào)整傳感器的感應端面與拉桿感應面的位置，使兩者之間的感應距離在16.2mm以內(nèi)；如果安裝在皮帶輪上，只需在皮帶輪上焊接一塊長寬各為30mm的直角鐵片，其端面位置應與傳感器端面接近平行，調(diào)整傳感器的固定螺母，使鐵片與傳感器端面之間的感應距離在16.2mm以內(nèi)。轉盤轉速傳感器是在轉盤主動軸或氣囊離合器的轉軸上焊接一塊長寬各為30mm的直角鐵片，將傳感器固定卡子卡在合適的位置，其端面位置應與傳感器端面接近平行，調(diào)整傳感器的固定螺母，使鐵片與傳感器端面之間的感應距離在16.2mm以內(nèi)。傳感器2泵沖/轉速傳感器（P&F）?

工作溫度：-40~85℃?

額定工作電壓：24VDC?

輸出電流：1~3mA（NAMUR信號）?

有效動作距離:≤32.4mm?

最高工作頻率:100Hz?

具有極性和短路保護功能?

傳感器重量：1.0kg?

連接方式：3芯電纜泵沖和轉盤轉速傳感器標定比較簡單。傳感器通電后拿一個金屬棒（現(xiàn)場多用起子）在離傳感器探頭16mm左右位置勻速上下掃動，一分鐘內(nèi)所掃次數(shù)對應電壓在采集軟件上標定即可。在現(xiàn)場都是拿秒表在泵旁數(shù)活塞來回1分鐘的運動次數(shù)對應電壓值標定即可（注：活塞1個來回為1次），轉速也是數(shù)方鉆桿一分鐘內(nèi)旋轉全數(shù)，可以現(xiàn)場要求井隊更換檔位進行標定。標定示意圖（九）絞車傳感器SK-8J系列絞車傳感器測量原理：接近開關或光電式輸出信號：相位差為90°的脈沖信號使用溫度：-40—60℃技術特點：最大測速1250rpm絞車傳感器用于測量鉆井深度參數(shù)，絞車滾筒軸兩端均可安裝，卸下滾筒軸端面的護罩及導氣龍頭的氣動接頭，將本傳感器的G3/4英寸的管牙接上，再將導氣龍頭接在傳感器上，注意一定要將固定不銹鋼架與氣動管線卡接牢靠，否則在絞車高速運轉當中容易造成傳感器斷線，然后裝上護罩即可。注意：安裝絞車傳感器時一定要求井隊大鉤處于坐卡狀態(tài)。絞車傳感器外部沒有標定，在采集軟件里絞車參數(shù)欄中輸入與鉆井提供的參數(shù)，軟件會自動計算出大鉤位置從而實現(xiàn)鉆井井深的錄取，在實際打鉆過程中根據(jù)實際情況做出適當調(diào)整即可。（十）轉盤扭矩傳感器鉆井過程中，轉盤驅動鉆具，實現(xiàn)鉆進，同時鉆具會產(chǎn)生一個大小與驅動扭矩相等，方向相反的反扭矩，作用在轉盤上，使轉盤有反向旋轉的趨勢。在轉盤四周有若干頂絲固定轉盤，因而頂絲上就受到轉盤反向旋轉的推力，其大小與轉盤扭矩成正比。根據(jù)這一力學原理，在轉盤與頂絲之間放入一只傳壓器，它將頂絲的作用力轉換成油壓，轉盤扭矩傳感器再將傳壓器輸出的油壓信號轉換成電信號，電信號的強弱就反映轉盤驅動扭矩的變化，有助于及時掌握井下工況。SK-8N05轉盤扭矩傳感器安裝位置安裝在固定轉盤的頂絲處，當選擇了某一個頂絲裝好傳壓器后，在相隔一個頂絲處分別墊上橡膠墊。如下圖所示：現(xiàn)場井隊一般都是舊設備，頂絲銹死或者焊死了，且安裝麻煩（先將轉盤吊起,在轉盤和大墚之間涂上石墨油，然后將某一個頂絲卸下，換上本傳感器，并在相隔一個頂絲處分別墊上橡膠墊。三個頂絲與轉盤之間墊上橡膠墊后，撐緊各頂絲和傳感器，使傳感器有一定的預應力），現(xiàn)場無法滿足安裝要求，要求井隊整改或者配合安裝也收效甚微，所以現(xiàn)場一般不安裝扭矩傳感器。

氣測錄井外部主要就是一個電動脫氣器的安裝。它的作用就是攪拌鉆井液使得其中的氣體分離出來，通過室內(nèi)抽氣泵輸送給色譜分析儀。氣體脫氣過程：泥漿束流→攪拌飛濺→防凍→防堵→干燥→吸出電動脫氣器一般安裝在泥漿出口管上或泥漿槽或震動篩架上。根據(jù)現(xiàn)場需要，一般可以有下列各種安裝方式：用傳感器上的固定座C型夾可直接固定在緩沖罐的一側。注意脫氣器的下方斜槽入口一般是對著鉆井液流過來的方向，且斜槽沒入鉆井液的高度要適當，以出口泥漿占整個口徑的1/2~2/3最佳，過少或者過多都影響到脫氣效果。攪拌軸與電動機以軸端螺紋直接相連，中裝雙耳止動墊圈以防松動。聯(lián)結座與集氣筒由4只螺栓固定，組成集氣筒組件。集氣筒聯(lián)結座裝在方形立管上，可以上下自由移動，電動機吊攀掛在手搖絞車鋼絲下端的保險鉤上，搖動絞車到所需的安裝高度時，即將聯(lián)結座上壓緊扳手扳緊，集氣筒即與安裝方管牢固固定。安裝方管上另裝有固定座，可用固定座上C字夾頭方便地與泥漿槽等夾牢。注意用戶應處理好防爆電機引出電源線的防水問題，確保即使在雨中長期工作的可靠絕緣。如必須在雨中接線操作時，請務必切斷電源。應定期檢查電機的絕緣電阻，以判別是否有水汽侵入內(nèi)部。SK-3Q04色譜儀SK-3Q04氫焰色譜分析儀，它是氣測錄井的核心，所以它標定的準確與否直接關系到整個鉆井和錄井項目的成功，是鉆井勘探的關鍵。SK-3Q04氫焰色譜儀用于石油鉆井勘探領域中天然氣的實時測量。其特點是對石油天然氣C1-C5組份提供30秒和90秒二種分析周期的分析模式?，F(xiàn)場為了更及時準確發(fā)現(xiàn)油氣顯示，我們多用30秒分析周期的分析模式，大大提高了油氣發(fā)現(xiàn)率。SK-3Q04氫焰色譜分析儀在標定前要空跑機預熱（俗稱跑基線），一般要預熱2小時以上，有條件的可以延長到1天。標定時從低濃度往高濃度標定，且先標定全烴，在標定組分。全烴標定完畢后要空跑機，直到全烴組分回到基值在標定組分，安裝甲方要求，現(xiàn)場沒有所有甲方要求標定濃度的標定氣樣，所有要人工配置，在配置過程中由個人操作手法不同而造成濃度有所偏差，這個是屬于正常情況。注意：色譜標定是從色譜前面板上注入標準氣樣標定，用氣樣袋裝入1000ml標準氣樣后接在色譜前面板的注入口，讓抽氣泵自己吸入標準氣樣進色譜儀自主分析，讀取顯示屏上的各組分峰面積，達到標定目的。標定全烴時，色譜分析過程中要求全烴達到最大值且跑直線時讀取電壓值數(shù)據(jù)，在標定界面修改對應濃度電壓值即可。標定組分時，也要求全烴達到最大值且跑直線時讀取分析各組分的峰面積，在標定界面修改對應濃度電壓值即可。保留