地質(zhì)錄井巖屑自動(dòng)化采集技術(shù)探討

陳偉

摘 要 本文簡(jiǎn)述了現(xiàn)今地質(zhì)錄井中巖屑錄井技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，淺析了幾種巖屑錄井中的巖屑采集清洗方法，認(rèn)為自動(dòng)化巖屑采集系統(tǒng)在目前地質(zhì)錄井行業(yè)中具有較好的發(fā)展前景，基于前人的研究成果簡(jiǎn)述了集出口數(shù)據(jù)采集、巖屑清洗、砂樣分選等功能于一體的自動(dòng)化巖屑采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。該采集系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)采集區(qū)、流量控制區(qū)、巖屑清洗區(qū)、巖屑分選區(qū)和鉆井液回流區(qū)五部分，通過(guò)連接目前使用的綜合錄井儀實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制巖屑采集功能。這一技術(shù)可以提高巖屑錄井的效率和精度，減少用工人數(shù)，降低人工成本，增強(qiáng)在同行業(yè)中的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，是具有較好發(fā)展前景的新方向。

關(guān)鍵詞 地質(zhì)錄井 巖屑錄井 自動(dòng)洗砂 數(shù)據(jù)采集 遠(yuǎn)程控制

中圖分類號(hào)：F416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2020）02-0058-03

巖屑錄井是系統(tǒng)了解井下地層、巖性、油氣顯示的直觀資料，是油氣鉆井過(guò)程中常用的手段。在巖屑錄井資料收集的過(guò)程中，常見的采集巖屑的方法是人工采集，即通過(guò)綜合錄井工從振動(dòng)篩處用鐵鍬鏟取巖屑，手動(dòng)清洗。但人工撈取和清洗耗時(shí)較長(zhǎng)，工作強(qiáng)度大，存在著諸多的不確定因素，對(duì)錄井資料的準(zhǔn)確性存在一定的影響。隨著鉆井工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械鉆速不斷提高，1-2min/m的高鉆速已經(jīng)成為了每口井的常態(tài)，傳統(tǒng)的巖屑撈取、清洗方法已經(jīng)很難保證巖屑錄井的資料錄取要求，因此通過(guò)機(jī)械自動(dòng)化代替人工操作進(jìn)行巖屑資料的錄取，是目前研究的重要方向。以下探討的就是錄井巖屑自動(dòng)化采集系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

國(guó)內(nèi)錄井現(xiàn)狀我國(guó)錄井現(xiàn)場(chǎng)（錄井小隊(duì)）一般配備一套綜合錄井儀器，公司便可以施工;現(xiàn)場(chǎng)人員正常情況配備為7人，包括錄井隊(duì)長(zhǎng)1人、儀器大班1人、地質(zhì)大班1人、綜合錄井工2人、采集工2人，如果進(jìn)行地化、元素、核磁、巖心（屑）掃描等項(xiàng)目，相應(yīng)增加技術(shù)人員。近年來(lái)利用電腦技術(shù)、傳感技術(shù)、信息技術(shù)等，將錄井技術(shù)由初期的純手地質(zhì)工錄井，發(fā)展到目前的利用傳感器進(jìn)行全自動(dòng)化錄井綜合數(shù)據(jù)采集、并輔助以巖心（屑）掃描、碳酸鹽巖分析、地化分析、元素分析等技術(shù)，智能識(shí)別巖性、油氣以及油氣層評(píng)價(jià)、地層壓力檢測(cè)、有毒有害氣體監(jiān)測(cè)、工程參數(shù)異常監(jiān)測(cè)及自動(dòng)報(bào)警等技術(shù)手段;同時(shí)利用信息化技術(shù)，做到了錄井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及圖形資料實(shí)時(shí)傳輸[1]、利用數(shù)字化技術(shù)，組建大數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)錄井現(xiàn)場(chǎng)資料上傳入庫(kù)、查詢等功能。雖然錄井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了部分?jǐn)?shù)據(jù)采集自動(dòng)化、資料處理自動(dòng)化。但巖屑采集、實(shí)物及數(shù)據(jù)資料入庫(kù)等卻未達(dá)到自動(dòng)化;還需要人工采集巖屑、清洗、收集油氣資料、以及作出異常預(yù)報(bào);資料處理也需要在隊(duì)技術(shù)人員隨時(shí)進(jìn)行人工處理。

1.1 整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

自動(dòng)化巖屑采集系統(tǒng)放置于循環(huán)罐與鉆臺(tái)中間，鉆井液通過(guò)架空槽，直接接入該采集系統(tǒng)的入口，鉆井液經(jīng)采集系統(tǒng)處理，采集完巖屑資料后，由出口排回循環(huán)罐，井隊(duì)可按原工程方法繼續(xù)處理鉆井液。該洗砂房工作區(qū)分為數(shù)據(jù)采集區(qū)、流量控制區(qū)、巖屑清洗區(qū)、巖屑分選區(qū)和鉆井液回流區(qū)5部分，通過(guò)連接目前使用的綜合錄井儀實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制巖屑自動(dòng)采集功能。此外，該設(shè)備采用防爆處理，安裝有防爆排氣扇，緊急安全出口等設(shè)備。

1.2 工作原理

鉆井液從自動(dòng)化巖屑采集系統(tǒng)入口進(jìn)入后，先進(jìn)入數(shù)據(jù)采集區(qū)，流量控制區(qū)根據(jù)是否進(jìn)行巖屑采集和采集區(qū)獲得的流量數(shù)據(jù)，來(lái)控制鉆井液的進(jìn)入巖屑清洗、烘干區(qū)的流量，最后巖屑清洗、烘干結(jié)束進(jìn)入分選區(qū)，在分選區(qū)完成巖屑的裝包，整個(gè)過(guò)程中的鉆井液和多余的巖屑、掉塊等通過(guò)回流區(qū)從出口返回工程的循環(huán)罐。

1.2.1 數(shù)據(jù)采集區(qū)

資料智能自動(dòng)化采集系統(tǒng)資料采集智能自動(dòng)化，包括專業(yè)傳感自動(dòng)化采集子系統(tǒng)、實(shí)物巖性資料智能自動(dòng)化采集子系統(tǒng)、專業(yè)自動(dòng)錄入子系統(tǒng)、不間斷數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警子系統(tǒng)[2]。其中自動(dòng)化傳感采集系統(tǒng)，目前大部分綜合錄井儀已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)。而實(shí)物巖性資料智能自動(dòng)化采集還只是設(shè)想，但實(shí)現(xiàn)難度不大，只需要一款自動(dòng)化巖屑清洗、烘干設(shè)備與鉆井震動(dòng)篩出砂口相連。烘干巖屑自動(dòng)傳輸給元素儀、巖屑掃描儀、熒光儀、地化儀等各項(xiàng)錄井設(shè)備，進(jìn)行自動(dòng)分析，所得數(shù)據(jù)與傳感器采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)一起自動(dòng)傳輸至綜合錄井儀采集系統(tǒng)，形成各自子數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)送。專業(yè)自動(dòng)錄入系統(tǒng)是通過(guò)電腦自動(dòng)化處理所有采集的數(shù)據(jù)與圖像，將有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)自主歸類，自動(dòng)填入專業(yè)表格，形成專業(yè)資料。不間斷數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)是通過(guò)電腦對(duì)工程與鉆井液數(shù)據(jù)實(shí)施自動(dòng)化分析，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)抓取，并自主分析異常類型，及時(shí)發(fā)出預(yù)警，從而達(dá)到自動(dòng)化工程異常預(yù)報(bào)的作用。還可以在綜合錄井儀上增加其他外部接口，如測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)導(dǎo)入接口、固井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)接口、軌跡導(dǎo)向數(shù)據(jù)接口等。數(shù)據(jù)采集區(qū)相當(dāng)于原緩沖罐，將緩沖罐至于室內(nèi)用于安裝脫氣器、溫度、電導(dǎo)率、密度等傳感器，在出口處設(shè)計(jì)對(duì)外伸縮式管道，用于連接架空槽，在管道的前端安裝鉆井液流量控制傳感器。這些傳感器連接至綜合錄井儀，用以采集數(shù)據(jù)，其中流量傳感器的數(shù)據(jù)更是為了后面流量控制區(qū)提供了數(shù)據(jù)保障。

1.2.2 流量控制區(qū)

巖屑錄井需要錄取整個(gè)錄井間距內(nèi)的巖屑樣品，巖屑的多少與鉆速、采集時(shí)間、流量、鉆井液的含砂量、密度、粘度、掉塊多少等因素有關(guān)。在這些因素中，我們唯一可以控制的只有鉆井液流量，因此我們加入了流量控制區(qū)。通過(guò)對(duì)上述這些因素進(jìn)行相關(guān)性分析，權(quán)重分析，函數(shù)擬合等，建立起流量與巖屑量的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)遠(yuǎn)程電信號(hào)模擬，利用綜合錄井儀對(duì)流量監(jiān)控的同時(shí)，對(duì)流量閥門進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，確保在單個(gè)取樣間距內(nèi)巖屑全部取到的基礎(chǔ)上，既不會(huì)不足，又不會(huì)超過(guò)巖屑分選區(qū)的負(fù)荷。

1.2.3 巖屑清洗區(qū)

巖屑清洗區(qū)主要有振動(dòng)篩，高壓水霧清洗帶，烘干帶組成，高壓水霧噴頭和烘干帶均置于篩網(wǎng)上部，讓水流和暖風(fēng)向下推送。其工作原理是巖屑經(jīng)振動(dòng)篩后，在經(jīng)過(guò)兩段高壓水霧清洗帶，確保巖屑沖洗干凈，后經(jīng)烘干帶采用80℃暖風(fēng)進(jìn)行烘干。

1.2.4 巖屑分選區(qū)

巖屑分選區(qū)是巖屑烘干裝袋的最后一道工序，首先通過(guò)振動(dòng)篩到達(dá)篩分區(qū)，篩分區(qū)是上下兩層篩網(wǎng)，上層篩網(wǎng)孔徑為20mm，其主要目的是篩除掉塊和泥餅，直接排入回流區(qū)，下層篩網(wǎng)接住剩余真實(shí)巖屑，將巖屑帶入圓盤中的接砂區(qū)，在接砂區(qū)上部有攪拌裝置，不斷攪拌巖屑，讓整個(gè)取樣間距的巖屑混合均勻。該圓盤受綜合錄井儀遠(yuǎn)程控制，根據(jù)遲到井深，每當(dāng)結(jié)束一個(gè)取樣區(qū)間，圓盤旋轉(zhuǎn)三分之一的角度，當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，攪拌器提起，巖屑轉(zhuǎn)到裝袋區(qū)進(jìn)行裝袋，裝袋后投放至傳送帶，傳送帶將砂樣帶入樣品袋排列區(qū)進(jìn)行歸位，到下一個(gè)錄井區(qū)間時(shí)，圓盤旋轉(zhuǎn)，將剩余巖屑帶入倒砂區(qū)，將巖屑倒入回流區(qū)，此時(shí)一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束，圓盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)，繼續(xù)接取下一個(gè)錄井間距的巖屑。

1.2.5 鉆井液回流區(qū)

鉆井液回流系統(tǒng)的目的是讓鉆井液流回工程的循環(huán)系統(tǒng)，保證鉆井液體系的正常循環(huán)，同時(shí)在巖屑采集時(shí)，收集該過(guò)程中過(guò)濾掉的鉆井液和多余的巖屑。其工作原理是用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，防止巖屑沉積，阻礙鉆井液流通，同時(shí)用泵將鉆井液從底部出口排出，完成循環(huán)。

2 錄井現(xiàn)場(chǎng)智能自動(dòng)化方案探究

2.1 建立基地資料、數(shù)據(jù)集中處理中心

基地?cái)?shù)據(jù)中心的作用是所有錄井現(xiàn)場(chǎng)資料的集中處理，存儲(chǔ)中心也是遠(yuǎn)程控制中心，指揮中心更是甲方獲取鉆井現(xiàn)場(chǎng)資料基地和甲乙方協(xié)同指揮中心;總之，通過(guò)該中心能夠獲取錄井現(xiàn)場(chǎng)全部的實(shí)時(shí)資料，并對(duì)資料進(jìn)行處理和評(píng)價(jià)，決策層也能夠通過(guò)該中心進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮、下達(dá)決策。

2.2 智能遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)

智能傳輸系統(tǒng)包括錄井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，高清視頻、圖像傳輸、雙向語(yǔ)音傳輸?shù)取⒉杉降乃袛?shù)據(jù)與資料，直接傳輸至基地?cái)?shù)據(jù)處理中心，實(shí)現(xiàn)錄井現(xiàn)場(chǎng)與基地中心實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理，同時(shí)實(shí)行基地中心與井場(chǎng)同步，便于直接遠(yuǎn)程控制井場(chǎng)設(shè)備、下達(dá)指令等。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)錄井施工人員遠(yuǎn)程辦公。

2.3 自動(dòng)化巖屑采集系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

地質(zhì)錄井用自動(dòng)化巖屑采集系統(tǒng)與目前國(guó)內(nèi)普遍采用的人工撈取、清洗巖屑的方法相比，具有許多優(yōu)勢(shì)：

（1）將出口傳感器至于室內(nèi)，使得傳感器的安裝更加方便，減少了重復(fù)安裝拆卸的次數(shù)，延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命;同時(shí)在室內(nèi)受外界影響因素較小，傳感器數(shù)值更加穩(wěn)定;

（2）傳感器數(shù)據(jù)采集和巖屑采集均在室內(nèi)，降低了工作人員在換取干燥管，安裝拆卸、維護(hù)保養(yǎng)傳感器，巖屑撈取過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn);

（3）用機(jī)械取代人工，不僅能夠滿足不同鉆速條件下的巖屑撈取工作，更是防止了人為分包、早撈、晚?yè)?、清洗不干凈等人為因素而造成的巖屑深度不準(zhǔn)確、巖屑混亂、巖屑缺失等問(wèn)題，大大的提高了巖屑錄井的精度;

（4）用機(jī)械自動(dòng)化代替人工，最大的優(yōu)勢(shì)就是可以降低人工成本，在同一工期中，井位多，人員少的問(wèn)題也可以得到緩解，也順應(yīng)了公司提出減員增效，提速、提質(zhì)、增效和遠(yuǎn)程智能錄井的目標(biāo)。如果按照1名員工成本15萬(wàn)元每年計(jì)算，自動(dòng)化巖屑采集系統(tǒng)造價(jià)30萬(wàn)，那么每臺(tái)設(shè)備每十年可以節(jié)約相當(dāng)于420萬(wàn)元的人工成本。

3 結(jié)論

地質(zhì)錄井用自動(dòng)化巖屑采集裝置是一套集數(shù)據(jù)采集、巖屑撈取、清洗于一體的錄井設(shè)備，它具有提高巖屑錄井精度，降低人工成本，提高行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的種種優(yōu)勢(shì)，是目前巖屑錄井技術(shù)發(fā)展的重要研究方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。該設(shè)備目前仍處于理論設(shè)計(jì)階段，下一步將進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的采集實(shí)驗(yàn)，繼續(xù)研究。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 蔡君，王志章，田淼.錄井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景綜述[J].錄井工程，2017，28（03）：6-10.

中石化勝利石油工程有限公司地質(zhì)錄井公司，山東 東營(yíng)