Статья 22. Аппаратно-программные комплексы газового каротажа

Главная: Статьи : Статья 22

Описывается газоаналитическая аппаратура газового каротажа, разработанная в лаборатории. Разработанный ряд газоаналитических комплексов позволяет провести оснащение станций газового каротажа, геолого-геохимических и геолого-технологических исследований современными средствами газового анализа различных модификаций в зависимости от горно-геологических условий района работ, геологического строения разреза, категории исследуемых скважин и применяемой технологии их проводки.

В лаборатории разработан и выпускается набор газоаналитических комплексов, отвечающих различным требованиям проведения газового каротажа.

Несмотря на различия в функциональных возможностях они имеют ряд общих черт.

Применен пламенно-ионизационный детектор, наиболее чувствительный при проведении анализа углеводородных газов, благодаря которому приборы обладают нижним порогом чувствительности не хуже 1 х 10^-5 %. Данный детектор не чувствителен к водороду, азоту, сероводороду и другим неуглеводородным газам, на практике вносящим искажения в результаты анализа углеводородных газов.

Второй особенностью, отличающей данные хроматографы от отечественных и зарубежных аналогов, является использование принципа «термоудара». В течение каждого цикла проводится регенерация колонок путем контролируемого термического воздействия, что позволяет избегать неблагоприятного накопления тяжелых составляющих при их высоких концентрациях. Это дает возможность надежно выделять нефтеносные и газоносные пласты даже при наличии значительных количеств сырой нефти в буровом растворе, добавляемой для улучшения его свойств. Благодаря этому приборы позволяют проводить измерения газовой составляющей с верхним пределом до 100 %. Период восстановления после проведения анализа дозы с максимально возможной концентрацией УВГ  при резком переходе к минимальной занимает немного времени - достаточно 2-3 циклов, и на хроматограмме не остается следов, способных помешать проведению анализов.

Комплексы обладают высокой степенью автоматизации. Они представляют роботизированные системы, участие операторов в которых после начальной установки уровней газовых потоков и режимов цикла сводится к контролю за их работой. Приборы автоматически измеряют, регистрируют, представляют материал в любом удобном для заказчика виде.

Наиболее популярными являются хроматографы «РУБИН» (рис.1). 

Рис. 1. Внешний вид хроматографа «РУБИН»

В этом приборе сохранены положительные стороны и устранены имевшиеся эксплуатационные неудобства предыдущего поколения аппаратуры. Хроматограф «Рубин» построен по прямоточной одноколоночной схеме вместо традиционно используемой двухколоночной; поглотительная колонка, служащая для отсечки компонентов тяжелее гексана, отсутствует. Исследуемая газовая смесь пропускается через спиральную колонку, заполненную адсорбентом, при непрерывном потоке газа-носителя и одновременном воздействии теплового поля, меняющегося во времени. Разделение смеси газообразных углеводородов происходит вследствие различной скорости движения отдельных компонентов вдоль слоя сорбентов. Нагрев колонки в процессе анализа вызывает уменьшение адсорбционных свойств применяемого наполнителя, что дает возможность разделить газовые компоненты с резко отличными сорбционными свойствами.

Обогрев колонки происходит путем пропускания тока непосредственно через металл колонки и реализуется по определенному алгоритму, задаваемому заложенной в приборе программой. Нагрев колонки контролируется термодатчиком и ток нагрева корректируется при отклонении температуры от заданной программы независимо от колебаний питающей сети на буровой. В течение цикла программа поддерживает оптимальную температуру, при которой анализируемые компоненты четко разделяются при наименьшей продолжительности анализа.

Длительность цикла анализа зависит от количества анализируемых компонентов, например, при С1-С5 она составляет менее 90 с, при С1-С6 – менее 110 с (рис. 2).

Рис. 2. Экран ноутбука с получаемой на приборе «РУБИН» хроматограммой

В общей сложности прибор позволяет анализировать до десяти компонентов. Это дает возможность в сочетании с высокой чувствительностью использовать его при проведении газовой съемки на присутствие углеводородных газов в верхних слоях осадочных пород в концентрациях выше фоновых и судить о наличии нефтяного или газового месторождения в нижележащих пластах. Чувствительность «РУБИНА» в определенных пределах пропорциональна объему дозы – количества отбираемого для анализа газа. Путем замены штатно устанавливаемой дозы на большую или увеличения продолжительности времени отбора пробы (варьируется программно) нижнюю границу чувствительности можно несколько расширить. В тех случаях, когда в анализируемой смеси интерес представляет только тяжелая фракция, колонка заполняется соответствующим сорбентом, который быстро пропускает без разделения легкую фракцию и надежно разделяет компоненты тяжелой фракции. Настройка прибора на необходимые временные параметры и режимы нагрева цикла производится программно с персонального компьютера и не занимает много времени.

Хроматограф может работать автономно, в режиме реального времени (эпизодически и непрерывно), с привязкой по глубине, по времени.

Программа регистрации, визуализации и обработки данных хроматографа обеспечивает:

• автоматическое измерение абсолютного и относительного содержания каждого углеводородного компонента в газовоздушной смеси, а также суммарного содержания углеводородов каждого цикла;
• возможность регистрации значений до 10 компонентов газовой смеси;
• возможность работы программы совместно с программой регистрации технологических параметров процесса бурения скважин;
• автоматическую привязку данных газового анализа к глубине;
• формирование баз данных в масштабах времени и глубины с дальнейшим сохранением всей информации;
• автоматическую калибровку хроматографа по необходимому количеству точек.

Время выхода хроматографа на режим – не более 20 мин. Прибор рассчитан на работу при значительных колебаниях питающей сети: по напряжению – 150-280 В, по частоте – 40-50 Гц.

Для повышения геологической эффективности метода газового каротажа и рационального использования его в комплексе с промыслово-геофизическими данными требуется регистрация расширенного комплекса газокаротажных параметров в форме, пригодной для непосредственной корреляции с результатами промыслово-геофизических измерений. Для решения этих задач на базе хроматографа «РУБИН» были разработаны газоаналитические комплексы «РУБИН-С» и «РУБИН-СТ».

Газоаналитический комплекс «РУБИН-С» представляет собой аппаратно-программное объединение хроматографа «РУБИН» и анализатора суммарного газосодержания непрерывного действия на полупроводниковом и термокаталитическом сенсорах, выполненное в едином конструктиве. Данный прибор, помимо покомпонентного анализа, позволяет измерять в непрерывном режиме общее газосодержание бурового раствора и показывает наличие газовой аномалии против соответствующего интервала разреза скважины. «РУБИН-С» помимо таких режимов работы, как «ручной», «непрерывный», «по метке времени», изначально присущих самому хроматографу «РУБИН», имеет возможность работы в режиме «по команде газосуммарника», то есть хроматограф начинает проводить покомпонентный газовый анализ при превышении определенного уровня газового фона в автоматическом режиме без вмешательства оператора. Необходимый порог газопоказаний устанавливается программно.

Технические характеристики анализатора суммарного
газосодержания газоаналитического комплекса «РУБИН-С»

При исследовании разведочных скважин в осложненных условиях информация только о предельных углеводородах иногда недостаточна. Для уточнения прогнозной оценки характеристики насыщения пласта необходимо использовать данные о содержании в промывочной жидкости ряда неуглеводородных газов (водород, кислород, окись углерода, двуокись углерода и др.). Для решения подобного рода задач разработан газоаналитический комплекс «РУБИН-СТ». Структурная схема комплекса представлена на рис. 3.

Рис. 3. Газоаналитический комплекс «РУБИН-СТ». Структурная схема

Комплекс обеспечивает непрерывный контроль, сбор и регистрацию геохимической и технологической информации, первичную обработку и экспресс-интерпретацию получаемой информации, раннюю диагностику и предупреждение аварийных ситуаций, формирование базы данных, формирование, заполнение и представление заказчику ежесуточных сводок и рапортов. Комплекс представляет собой аппаратно-программную систему и функционально включает хроматограф, суммарный газоанализатор и каскад сбора газотехнологических параметров бурения. Каскад сбора газотехнологических параметров бурения предназначен для сбора информации с газовых и технологических датчиков, в том числе датчиков глубины, давления, плотности, температуры и др.

Технические характеристики каскада сбора
газотехнологических параметров комплекса «РУБИН-СТ»

Обработка хроматографической и технологической информации производится программами "РЕГИСТРАЦИЯ", "CHROM", "GEODATA", работающими под управлением среды "Windows".

Программа регистрации технологических параметров процесса бурения скважин "РЕГИСТРАЦИЯ" обеспечивает в реальном масштабе времени:

• прием и оперативную обработку информации от датчиков газотехнологических параметров бурения, расположенных на буровой.
• визуализацию информации на мониторе в виде диаграмм и в табличном виде.
• формирование базы данных реального времени в масштабах времени, глубины и «исправленной» глубины с дальнейшим сохранением всей информации на жестком диске.
• выдачу оперативной информации на печать.

Программа регистрации, визуализации и обработки данных процесса работы хроматографа «CHROM» обеспечивает:

• расчёт содержания каждого углеводородного компонента в газовоздушной смеси, а также суммарного содержания углеводородов;
• возможность регистрации значений до 10 компонентов газовой смеси. В базовом варианте программа настроена на 6 компонентов: метан, этан, пропан, бутан, пентан и гексан;
• возможность работы программы «CHROM» совместно с программой регистрации технологических параметров процесса бурения скважин;
• автоматическую привязку данных газового анализа к глубине.

Программа «GEODATA» предназначена для ввода, просмотра, редактирования и распечатки информации, получаемой в процессе бурения скважин.

Программа позволяет работать со следующими видами данных:

• информация о литологии пород;
• характеристика горной породы (плотность, пористость, карбонатность);
• описание породы (в текстовом виде);
• возраст отложений (в текстовом виде);
• люминесцентно-битуминологический анализ;
• покомпонентный состав газа и суммарный газ;
• данные, регистрируемые и рассчитываемые комплексом (вес на крюке, нагрузка на долото, давление ПЖ на входе, расход раствора на входе и на выходе, скорость бурения, скорость СПО и т.д.).

Формат данных программы – LAS-файл или файлы реального времени. Встроенные средства редактирования позволяют корректировать и исправлять все данные, с которыми может работать программа. Программа имеет настраиваемый интерфейс, удобную систему контекстного меню, программного меню и настраиваемую панель кнопок быстрого доступа.

Помимо комплексов класса «РУБИН», на многих геофизических предприятиях в России и за рубежом на протяжении многих лет успешно эксплуатируются газоаналитические комплексы семейства «АСТРА», представляющие собой сочетание полевого хроматографа ХГ-1ГМ на пламенно-ионизационном детекторе, анализатора суммарного газосодержания с аналогичным детектором, блока контроля технологических параметров (рис. 4). 

Рис. 4. Газоаналитический комплекс «АСТРА». Структурная схема

За несколько лет выпущено более 40 комплексов и они зарекомендовали себя надежными и неприхотливыми в обслуживании изделиями. Характерной чертой комплексов «АСТРА» является возможность проведения взаимосвязанного газового и механического каротажа, которые являются основным методом выделения маломощных пластов. Комплексы позволяют получать качественную информацию по газовому каротажу и при низком газовом факторе нефти, и при высокой механической скорости бурения. При использовании аппаратуры раскрылись её возможности: цикл хроматографического анализа – 90 с, чувствительность хроматографа – не хуже 1 х 10^-5 %, чувствительность суммарника – не хуже 1 х 10^-3 %,; что позволяет достаточно надежно охарактеризовать пласт в течение 2-3 циклов анализа газов, извлекаемых из бурового раствора. Необходимо отметить, что одним из веских аргументов, обеспечивших победу отечественным геофизическим компаниям в проводимых тендерах с участием зарубежных сервисных компаний, явилось и качество предоставляемого материала по скважинам, получаемого при эксплуатации комплексов «АСТРА».

В одних геофизических компаниях, которые ранее приобрели «полнокровные» станции ГТИ, комплексы «АСТРА» используются в качестве простой, эффективной, «горячей» замены при нештатных технических осложнениях работы основной аппаратуры, в других – данные комплексы являются основной аппаратурой газового и механического каротажа. Помимо всего прочего, данное оборудование выгодно в свете оптимизации цены ГТИ. Эффективность использования обуславливается простотой, надежностью, высокой ремонтопригодностью (основная материальная часть знакома не одному поколению операторов станций ГТИ). Применение комплексов позволяет осуществить регистрацию, сбор, обработку, интерпретацию, накопление информации и реализовать широкий спектр геологических, технологических, планово экономических и информационных задач без значительных затрат в финансовом плане.

Таким образом, разработанный ряд газоаналитических комплексов позволяет провести оснащение станций газового каротажа, геолого-геохимических и геолого-технологических исследований современными средствами газового анализа различных модификаций в зависимости от горно-геологических условий района работ, геологического строения разреза, категории исследуемых скважин и применяемой технологии их проводки.

НТВ "Каротажник". 2005. Вып. 10-11, с. 86-95

Статьи по теме:

• Газоаналитическая аппаратура для станций ГТИ

• Полевой высокочувствительный экспресс-хроматограф «РУБИН» и разработанные на его базе газоаналитические комплексы

Словарь терминов: Хроматография, Каротаж газовый , Дегазация, ГТИ

Copyright © 2000-2009    ООО "Геотехсервис"
Последняя модификация: октября 08, 2008  geotekhservist@mail.ru