一种车载无线综合录井仪

宋晓晟 陈文生 张士化 杨 凡 张茂胜

(①上海欧申科技有限公司;②新疆欧申仪器仪表科技有限公司;③中石化华北石油工程有限公司录井分公司;④中国地质大学(北京)工程技术学院)

0 引 言

综合录井是发现油气显示的重要手段，常用的录井设备为综合录井仪，一般为落地集装箱式，配备C1-C5烃类气体检测、有线传感器[1]。现有综合录井仪搬迁需要卡车、吊车，页岩气钻井过程中，往往使用平台井组，搬迁距离近，而卡车、吊车需要从基地进行调用，搬迁成本增加[2]；煤层气钻井过程中，井深较浅，搬迁频繁，录井技术服务费低，需要降低录井成本以保证利润[3]；某些井处于偏远地区且未形成大规模开发，往往奔赴上千公里只能录一口较浅的井，卡车、吊车等长途搬迁费用导致录井成本大幅增加[4]；某些井场空间狭小，搬迁时吊车及卡车无法摆放，给钻井施工及录井作业造成困难[1]。现有综合录井仪多采用集装箱式，仪器房内空间较大，但仪器房内设备未形成模块化、小型化，很难根据甲方需求进行功能组合[5]。C1-C5烃类气体虽然检测周期较短，但检测信息有限，后期解释评价受到限制[6]，尤其在重点井中，往往不能满足油气勘探开发需要[7]。有线传感器布线可能给钻井施工带来干扰，且增加了录井人员工作量，在频繁搬迁时弊端尤为明显[8]。

1 整体结构

图1 车载无线综合录井仪外观

图2 车载无线综合录井仪内部布局

图3 车载无线综合录井仪结构图

ML-03M综合录井仪(车载无线综合录井仪)安装在一台依维柯汽车上(图1)，车身由两道隔墙分成三部分，前端为驾驶舱，中间部分为工作舱，尾端为存储舱。驾驶舱与工作舱之间由隔墙隔开，两个舱完全分离，不设置出入门，保证驾驶车辆与录井工作互不干扰；工作舱与存储舱由隔墙隔开，隔墙上设置推拉门，保证操作人员在工作舱与存储舱之间自由出入；车的尾端设有仪器房门，为工作人员出入存储舱、工作舱的通道。驾驶舱为搬迁综合录井仪时驾驶车辆所用。工作舱为正常录井时的工作场所，所有录井操作都在工作舱完成，包括录井资料采集、实时传输、现场资料处理，工作舱内设有温度、烟雾、气压、可燃性气体及硫化氢检测仪，发生异常时能够及时报警，保证设备及人员安全，工作舱内部布局见图2。存储舱用于处理反吹气体及放置仪器备件，可存放气样瓶、仪器备件以及搬迁时放置传感器等，体积较小的传感器放置在存放柜中，长杆式传感器挂在支架上并进行固定；关键设备采用双机备份，备用设备存放于存储舱内，避免设备故障影响生产，车载无线综合录井仪整体结构见图3。录井软件采用自主研发的RigLog录井系统，能够自动完成资料采集、显示、报警、打印、远传、存盘等功能，能够挂接地质导向等软件。

2 关键技术设计及实现

2.1 车载仪器房

将依维柯车厢进行改装作为综合录井仪器房，整个车厢尺寸(mm)为5 990×2 000×3 120，在保证驾驶安全的前提下，尽可能增加工作舱空间，利于开展日常录井工作，尽可能减小存储舱空间，紧凑摆放备用传感器。该综合录井仪工作舱尺寸(mm)为2 510×1 750×1 900，存储舱尺寸(mm)为1 000×1 750×1 900，环境温度为-40～60℃，工作舱内部控制温度为0～30℃、相对湿度≤80%。所有录井仪器及备件全部安装在该仪器房内，搬迁时开车即走，不需要吊车、卡车等其他运输工具，节约搬迁成本，适用于煤层气等钻井周期短、频繁转场、开发成本低的井，以及页岩气平台井组开发等搬迁频繁的井，还适用于长途搬迁且录井数量较少的井。该综合录井仪搬迁时不需要吊车等设施，在较小的空间即可完成录井仪器就位；依维柯车厢体积相对较小，录井时占用空间较小，节省了井场空间，在井场空间受限时具有明显优势。

2.2 模块化及小型化设计

工作舱内分为3个区，分别为设备操作区、资料整理区、显示区。设备操作区设有2 500 mm×600 mm设备放置台，台上放置钻井工程参数采集系统、网络计算机，以及烃类气体检测、CO2气体检测、地质荧光测定、定量荧光分析、碳酸盐岩含量分析等设备，台下放置氢气发生器、空气压缩机、不间断电源等设备；资料整理区主要为折叠桌，不需要时可将其折叠，不占空间；显示区为若干个壁挂液晶显示器，几乎不占空间。工作舱中的录井设备采用模块化设计，各种设备可以根据甲方不同需求进行组合，实现高性价比。烃类气体检测仪、CO2气体检测仪、氢气发生器、空气压缩机、不间断电源等设备遵循小型化原则，并合理布局，占用空间只有传统集装箱式仪器房的50%。工作舱中设备连接皆为快速插拔式接头，录井结束后，拔开气路及电路连接插头就地封装固定即可搬迁，启用时，连接气路及电路连接插头即可使用。

2.3 多组分气体快速检测

气体采集采用自动升降电动脱气器，该脱气器能够根据钻井液面高低自动调节高度，脱气效率稳定，有利于油气层发现及气测资料解释，有利于不同井之间、同一口井不同井段之间相互对比[9]。气体检测分为三个模块，分别为C1-C5烃类气体检测仪、C6-C8烃类气体检测仪、CO2气体检测仪。三个模块相互独立，可以根据不同需求进行配置。C1-C5烃类气体检测仪能够在30 s内检测C1-C5气体，检测周期短，在快速钻进、薄油气层时不会漏掉油气显示，设备成本低、设备工艺相对简单，适用于重点探井、评价井、开发井等所有类型井；C6-C8烃类气体检测仪能够在120 s内检测C6-C8、苯、甲苯气体，丰富了检测信息，提高了油气评价准确性，为油气层发现、解释以及提高钻井效率、保证钻井安全等方面提供了新的手段，适用于重点探井、深海钻井等领域。CO2气体检测仪是一种单光束、双波长、非漫射红外传感器，测量范围0.2%～100%，适用于各种类型井。

2.4 无线传感器

钻井工程参数测量皆采用无线传感器，无线传感器系统由无线传输单元及传感器组成，无线传输单元包括主节点和终端节点，主节点位于工作舱的无线节点箱中，每一套系统只有唯一主节点，终端节点位于现场传感器节点中，整个无线传感器系统可以有多个终端节点，主节点和终端节点组成星型无线网络系统。按结构不同，将传感器分为一体式节点无线传感器和分体式节点无线传感器两大类。一体式节点无线传感器功耗低，终端节点和电池采用一体化设计，该节点包含了无线传感器节点的完整功能，一体式节点无线传感器包括密度、温度、电导率、硫化氢、超声波液位等传感器；分体式节点无线传感器包含低功耗传感器和无线传输盒两部分，低功耗传感器包括探头和前置电路，前置电路将电信号处理成直流电压或数字脉冲信号进行输出，无线传输盒进行信号采集处理及无线传输，同时给低功耗传感器供电，分体式节点无线传感器包括压力、扭矩、流量、绞车、泵冲、转盘转速等传感器。该传感器可连续工作时间为15～30 d，传输距离为120 m。无线传感器不需在井场布线，减少了工作量，避免给钻井施工造成干扰，特别适用于录井空间受限、建井周期短、远程录井、集群式录井等。

3 现场应用

车载无线综合录井仪在青海油田G 9-15井、Q 3-11井进行了应用，对C1-C5烃类气体检测仪、C6-C8烃类气体检测仪、CO2气体检测仪、无线传感器进行了系统测试。两口井共发现油气显示35.2 m/6层，成功预报工程事故2次。图4为Q 3-11井现场气测录井图，采用双模块色谱，分别为30 s检测C1-C5及120 s 检测C6-C8。1号井段2 592.52～2 606.83 m，nC6-nC8含量较高，气指数、油指数未有明显增大，水指数高，解释为水层；2号井段2 614.40～2 625.00 m，烃组分明显增加，油指数增大，水指数较高，解释为油水同层；3号井段2 678.06～2 690.50 m、4号井段3 109.28～3 132.55 m，全烃未有明显变化，但nC6-nC8含量明显增加，油指数大，泥质含量重，解释为差油层。试油结果：1号井段产水8.36 m3/d，试油结论为水层；2号井段产油0.2 m3/d，产水5.563 m3/d， 试油结论为含油水层；3号井段产油0.9 m3/d，产水1.53 m3/d，试油结论为差油层；4号井段产油1.2 m3/d，产水2.1 m3/d，试油结论为差油层。

现场应用表明，该综合录井仪所采集的数据齐全准确，解释结果与实际吻合较好。

图4 Q 3-11井气测录井图

4 结束语

车载无线综合录井仪集传感器、微电子、计算机、精密机械、色谱分析、不间断电源等多种技术于一体，能及时准确地采集钻井现场数据，并进行实时分析，提高了录井现场适应性。车载模式能够提高录井转场及安装工作效率；双备份机制能够提高恶劣环境条件下工作稳定性及可靠性；模块化能够适应不同用户需求及多种场合应用；多组分检测能够丰富录井信息，满足复杂井录井需求；无线传感器能够减轻工作量，提高工作效率，减小钻井干扰。该车载无线综合录井仪可以在周期短、小井场、低成本、长途搬迁的钻井现场使用，对于提高录井工作效率、保障钻井安全、降低开发成本都具有积极意义。