專利名稱：鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到石油地質(zhì)勘探鉆井過程中的氣測錄井技術(shù)領(lǐng)域，具體而言是一種鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
石油地質(zhì)勘探氣測錄井技術(shù)，就是在鉆井過程中對其泥漿中的氣體組分進(jìn)行檢測分析，以此發(fā)現(xiàn)探井地層油氣顯示，并判定其油氣層的深度、厚度等，從而獲得每口探井的真實準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。目前在鉆井現(xiàn)場用的氣體檢測裝置，主要是對烴類氣體進(jìn)行在線檢測。對非烴類氣體檢測則因內(nèi)容單一，最小檢測值過低，所以不能準(zhǔn)確地反映泥漿中的氣體成分，而要對非烴氣體精確檢測，就要用人工取樣方法，送到實驗室內(nèi)，由各種氣測儀器進(jìn)行檢測分析。室內(nèi)檢測分析精度雖然較高，但取樣、保存、送樣都很不方便，并且時間滯后太多，與鉆進(jìn)深度更難同步對應(yīng)。經(jīng)檢索，發(fā)現(xiàn)四篇專利文獻(xiàn)，其中89106120號專利是基于各種氣體組分都有自己的特征紅外吸收譜線的原理設(shè)計的，92230231.6和97204881.2號專利只能用于烴類氣體檢測，98117977.0號專利只用于檢測鉆井液中的氯離子含量，這些專利的其它技術(shù)特征也都與本發(fā)明不相同。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就在于提供一種與眾不同的鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)。既能在線檢測烴類氣體，又能在線檢測多種非烴類氣體組分，還能克服已有技術(shù)在液體取樣和脫氣取樣時易混入外界空氣的缺點?？砂匆笤O(shè)定取樣條件，按時、按量自動采集泥漿樣品及從泥漿中脫離出來的氣體樣品，供實驗室進(jìn)一步分析。
上述目的是由下述技術(shù)方案實現(xiàn)的該氣測系統(tǒng)包括由泥漿引流裝置、泥漿在線取樣器、泥漿在線脫氣器、樣品氣處理單元、氣相色譜儀和氣體異常取樣器并依次互相連接。其自動控制部分由數(shù)據(jù)服務(wù)器(SERVER)、控制器接口、錄井儀工作站、色譜工作站和HUB組成。其工序流程特征是，泥漿引流裝置從鉆具中引流一部分泥漿，再流經(jīng)泥漿在線取樣器，進(jìn)入泥漿在線脫氣器，從脫氣器中出來的樣品氣再經(jīng)樣品氣處理單元，進(jìn)入氣相色譜儀，再進(jìn)入氣體異常取樣器。自動控制部分是一套基于SERVER/CLIENT模式下的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)服務(wù)器(SERVER)、錄井儀工作站、氣相色譜儀、色譜工作站基于TCP/IP協(xié)議，通過HUB實現(xiàn)互連。這樣，以數(shù)據(jù)服務(wù)器(SERVER)為數(shù)據(jù)管理中心，通過局域網(wǎng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享和數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)服務(wù)器(SERVER)不斷讀取錄井儀工作站、色譜工作站和氣相色譜儀的數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)定條件，通過控制器接口向泥漿在線取樣器、泥漿在線脫氣器和氣體異常取樣器發(fā)出控制信號，實現(xiàn)自動操作。
上述鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)中的泥漿引流裝置由主引流管線、分流管線、清水管路和一組控制閥組成。主引流管線通過雙頭吊卡和灌泥漿管線懸掛固定在原有的架空槽上，其首端和末端各有一個控制閥。兩個控制閥之間設(shè)置第一分流管線，末端閥之后設(shè)置第二分流管線。第一分流管線經(jīng)過一個控制閥至泥漿緩沖池。第二分流管線末端接脫氣器，首端處接清水管路。清水管路上有一個控制閥。
上述鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)中的泥漿在線取樣器機(jī)械部分由引流管路、電動球形閥、軟管、取樣罐和溢流口組成。引流管路在最上部，引流管路底部有八個泥漿取樣口分別與其下面的八個電動球形閥連接。每個電動球形閥下面的出口都通過一根軟管與一個取樣罐連接。每個取樣罐的上頂部都有一個溢流口。
上述鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)中的泥漿在線脫氣器機(jī)械部分由動力及傳動部分、脫氣器主體、泥漿樣品入口和廢液出口等組成。動力及傳動部分在最上部，入口和出口分別置于脫氣器主體下方和側(cè)面。脫氣器主體由殼體、頂蓋、底座、擋板、轉(zhuǎn)動桿、攪拌棒、液位指示器、壓力傳感器和樣品氣出口管組成。擋板水平安裝在殼體內(nèi)腔上半部，轉(zhuǎn)動桿置于殼體內(nèi)腔中心軸線上，攪拌棒安裝在轉(zhuǎn)動桿下半部，液位指示器安裝在殼體外側(cè)，壓力傳感器和樣品氣出口管都安裝在頂蓋上。電動機(jī)安裝在頂蓋上面的中心位置，聯(lián)軸器置于頂蓋下面把轉(zhuǎn)動桿與電機(jī)軸聯(lián)接成一體。
上述鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)中的氣體異常取樣器械機(jī)部分由支架、橫梁、固定夾、取氣瓶、瓶開關(guān)、電動取樣閥、軟管、進(jìn)氣管線和出氣管線組成。上、下橫梁安裝在左、右豎支架上，四個取氣瓶通過固定夾和螺栓安裝在上、下橫梁上，取氣瓶的上、下方各裝一個瓶開關(guān)和電動取樣閥。上取樣閥上端通過軟管與出氣管線上的出氣嘴連接，下取樣閥的下端通過軟管與進(jìn)氣管線上的進(jìn)氣嘴連接。進(jìn)氣管線水平置最下邊，出氣管線水平置于最上邊，都與橫梁平行。
上述鉆進(jìn)泥漿在線氣測系統(tǒng)中的樣品氣處理單元由一級干燥管、冷阱、二級干燥管、抽氣泵、變頻器、穩(wěn)流閥和氣體流量計組成。各組成部分依次互相連接。
實施上述技術(shù)方案后，該系統(tǒng)既能在線檢測烴類氣體，又能在線檢測CO、CO2、Ar、O2、N2、H2S、He、H2等非烴類氣體。其引流裝置和脫氣器能防止泥漿樣品混入外界空氣，克服了已有技術(shù)一大缺點。能連續(xù)自動脫氣，脫氣效率可調(diào)，脫氣器能自動啟停。液體取樣和氣體取樣都能按時、按量自動完成。既可在線檢測，也可為實驗室提供真實可靠的液體樣品和氣體樣品。其檢測精度高于已有技術(shù)，檢測周期進(jìn)一步縮短，被檢樣品與井深有很好的對應(yīng)性。該系統(tǒng)既可以單獨在線工作，也可以與綜合錄井儀相聯(lián)使用。


附圖1是本發(fā)明的構(gòu)成及工序流程方框圖。
附圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)控制原理方框圖。
附圖3是本發(fā)明的泥漿引流裝置結(jié)構(gòu)特征示意圖。
附圖4是本發(fā)明的泥漿在線取樣器結(jié)構(gòu)特征主視圖。
附圖5是圖4的A向視圖。
附圖6是本發(fā)明的泥漿樣品脫氣器結(jié)構(gòu)特征示意圖。
附圖7是本發(fā)明的樣品氣處理單元構(gòu)成及工序流程方框圖。
附圖8是本發(fā)明的氣體異常取樣器結(jié)構(gòu)特征主視圖。
附圖9是圖8的B-B斷面示意圖。
附圖3中，1是鉆柱，2是架空槽，3是灌泥漿管線，4是主引流管線，5是雙頭吊卡，6是主控閥，7是鉆頭，8是脫氣器控制閥，9是第一分流管線，10是泥漿池控制閥，11是第二分流管線，12是清水管路，13是清水控制閥。
附圖4、5中，14是泥漿引流管路，15是電動球形閥，16是軟管，17是溢流口，18是取樣罐。
附圖6中，19是電機(jī)，20是頂蓋，21是聯(lián)軸器，22是壓力傳感器，23是脫氣器殼體，24是泥漿廢液出口管，25是軟管，26是U型管，27是底座，28是泥漿樣品入口管，29是攪拌棒，30是轉(zhuǎn)動桿，31是液位指示器，32是擋板，33是樣品氣出口管，C是泥漿樣品腔，D是氣體樣品腔。
附圖8、9中，34是出氣管線，35是軟管，36是電動取樣閥，37是固定夾，38是固定螺栓，39是橫梁，40是瓶開關(guān)，41是支架，42是進(jìn)氣管線，43～46分別是1#～4#取氣瓶。
具體實施方式
如圖1、2所示，該系統(tǒng)由泥漿引流裝置、泥漿在線取樣器、泥漿在線脫氣器、樣品氣處理單元、色譜儀和氣體異常取樣器組成。其自動控制部分由數(shù)據(jù)服務(wù)器(SERVER)、控制器接口、色譜工作站、錄井儀工作站和HUB組成。上述各個組成部分的技術(shù)特征分別見圖3～9所示。
該系統(tǒng)的工序流程及自動控制過程是如圖1、2所示，待檢測的泥漿通過引流裝置，在完全隔離空氣的情況下送到泥漿在線取樣器；由泥漿在線取樣器實現(xiàn)異常情況和設(shè)定井深的泥漿自動取樣；再把泥漿樣品送入脫氣器，在不混入外界空氣狀態(tài)下把泥漿中的氣體脫離出來，脫氣后的泥漿回到振動篩返回泥漿池；脫出的樣品氣經(jīng)過樣品氣處理單元，進(jìn)行干燥、冷凍及流量控制后進(jìn)入氣相色譜儀；由氣相色譜儀對樣品氣進(jìn)行在線分析。當(dāng)異常情況出現(xiàn)(有油氣顯示)時，氣體異常取樣器及時自動存儲樣品氣體。
設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器(SERVER)，通過局域網(wǎng)與氣相色譜儀實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，提取氣相色譜儀的氣測數(shù)據(jù)；通過網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)服務(wù)器與鉆井現(xiàn)場的錄井儀工作站聯(lián)網(wǎng)，提取鉆井井深、泥漿泵沖、遲到井深等參數(shù)，并由數(shù)據(jù)服務(wù)器將井深、泵沖等數(shù)據(jù)與氣測參數(shù)進(jìn)行匯總。通過與設(shè)定門檻值比較，由數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送控制信號到控制器接口，來完成泥漿樣品自動取樣，實現(xiàn)脫氣器電機(jī)的啟停，完成異常氣體取樣。
如圖3所示，泥漿引流裝置將泥漿樣品連續(xù)引流到脫氣器進(jìn)行自動脫氣。由于主引流管線4的引流點低于鉆井泥漿出口0.5～0.7米，所以能有效地防止外界空氣混入泥漿樣品。其工作流程是鉆井泥漿樣品首先進(jìn)入主引流管線4，并由主控閥6調(diào)節(jié)其總流量。然后分成兩路，其中大部分泥漿樣品進(jìn)入第一分流管線9，并經(jīng)過控制閥10流回泥漿緩沖池；只有一小部分泥漿樣品通過濾砂網(wǎng)濾掉大顆粒巖屑，再經(jīng)控制閥8調(diào)節(jié)其流量滿足要求，進(jìn)入第二分流管線11，最后流進(jìn)脫氣器。停鉆后，接上清水管路12，并打開清洗控制閥13，用清水清洗第二分流管線11和脫氣器。
如圖2、4、5所示，該泥漿樣品取樣器根據(jù)定深和氣測異常顯示自動采集泥漿樣品，為實驗室高精度分析儀器提供分析樣品。其工作動態(tài)是工作之前，設(shè)定需要異常取樣的氣測顯示門檻值，設(shè)定需要取樣的間隔井深，設(shè)定球形閥15從開啟到關(guān)斷的時間。工作過程中，數(shù)據(jù)服務(wù)器(SERVER)不斷讀取來自氣相色譜儀的實時氣測數(shù)據(jù)，并與設(shè)定的氣測門檻值進(jìn)行比較。一旦氣測值超過設(shè)定值，數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)出控制信號到控制器接口，同時數(shù)據(jù)服務(wù)器開始計時。再由控制器接口發(fā)出控制信號到繼電器卡，繼電器卡接到命令后，向電動球形閥15輸出一個開關(guān)信號。球形閥開啟后，泥漿樣品開始經(jīng)由軟管16流到取樣罐18。取樣罐滿了，多余的泥漿從溢流口17排出，同時也把軟管16、取樣罐18中的空氣排出。一旦計時達(dá)到設(shè)定值，數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)出控制信號關(guān)斷電動球形閥15。這樣就完成了一個異常取樣的過程。與此同時，數(shù)據(jù)服務(wù)器不斷讀取來自綜合錄井儀的井深信號，當(dāng)井深符合設(shè)定的間隔井深取樣的條件時，向控制器接口發(fā)出控制信號，其過程與上述異常取樣過程相同。
如圖6所示，泥漿在線脫氣器與空氣隔離，在不混入外界空氣的情況下，實現(xiàn)連續(xù)自動脫氣，為氣相色譜儀提供真實可靠的分析氣樣。本脫氣器的工作動態(tài)是泥漿樣品從進(jìn)口管28進(jìn)入脫氣器主體的泥漿樣品腔C，交流電機(jī)19帶動攪拌棒29高速旋轉(zhuǎn)，帶動泥漿樣品螺旋上升，在撞擊擋板32后，泥漿飛濺，釋放出的氣體從擋板32上的小孔進(jìn)入上部的集氣腔D，再從樣品氣出口管33排出至樣品氣處理單元。C腔中的泥漿樣品充分脫氣后，泥漿廢液從出口管24排出，并經(jīng)軟管25和U型管26返回泥漿池。U形管26可防止外界空氣從出口混入脫氣器內(nèi)腔。由液位指示器31監(jiān)視內(nèi)腔泥漿液位高低。壓力傳感器22用來監(jiān)視內(nèi)腔壓力大小，并用壓力數(shù)據(jù)信號控制樣氣泵的抽氣量，以維持內(nèi)腔壓力基本穩(wěn)定。利用變頻器來實現(xiàn)電動機(jī)19的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
如圖7所示，樣品氣處理單元由一、二級干燥管、冷阱、抽氣泵、變頻器、穩(wěn)流閥、氣體流量計組成。一級二級干燥管采用棉花充填方式對樣品氣粗干燥；冷阱采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)對樣品氣冷凍干燥；抽氣泵將脫氣器中的樣品氣抽到氣相色譜儀中；變頻器對抽氣量進(jìn)行粗調(diào)；穩(wěn)流閥采用針閥，最大穩(wěn)流量程800ml/min。流量計結(jié)合針閥對樣品氣的流量進(jìn)行細(xì)調(diào)和流量顯示。
如圖2、8、9所示，氣體異常取樣器的作用就是在氣測數(shù)據(jù)異常(有油氣顯示)時，根據(jù)設(shè)定條件自動采集泥漿樣品氣，并為實驗室高精度分析儀器提供樣品氣樣。其工作動態(tài)是運行之前，設(shè)定自動取氣的氣側(cè)異常門檻值，設(shè)定電動取氣閥從開啟到關(guān)閉的時間。取樣器開始運行后，數(shù)據(jù)服務(wù)器(SERVER)不斷讀取氣相色譜儀的氣測數(shù)據(jù)，并與設(shè)定的異常門檻值比較判斷。一旦讀取的氣測數(shù)值超過設(shè)定值，數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)出控制信號到控制器接口，同時開始計時?？刂平涌诮邮盏叫盘柡筝敵隹刂齐娖降嚼^電器卡，繼電器卡輸出信號到電動取樣閥36，使每個取氣瓶的上、下兩個電動取氣閥36同時打開。一旦計時達(dá)到設(shè)定值后，數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)出控制信號，使每個取氣瓶上、下兩個電動取樣閥36同時關(guān)閉。這樣，一個氣體異常取樣的控制過程完畢，異常氣樣即被保存在取氣瓶里。
權(quán)利要求
1.一種鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)，其特征是包括泥漿引流裝置、泥漿在線取樣器、泥漿在線脫氣器、樣品氣處理單元、氣相色譜儀和氣體異常取樣器，并依次互相連接，其自動控制部分由數(shù)據(jù)服務(wù)器、控制器接口、錄井儀工作站、色譜工作站和HUB組成，泥漿引流裝置從鉆具中引流一部分泥漿，再流經(jīng)泥漿在線取樣器，進(jìn)入泥漿在線脫氣器，從脫氣器出來的樣品氣再經(jīng)樣品氣處理單元，進(jìn)入氣相色譜儀，再進(jìn)入氣體異常取樣器，其自動控制部分以數(shù)據(jù)服務(wù)器為核心，根據(jù)設(shè)定條件，通過控制器接口向泥漿在線取樣器、泥漿在線脫氣器和氣體異常取樣器發(fā)出控制信號，實現(xiàn)自動操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)，其特征是泥漿引流裝置由主引流管線(4)、分流管線(9)、(11)、清水管路(12)和一組控制閥(6)、(8)、(10)、(13)組成，主引流管線(4)通過雙頭吊卡(5)和灌泥漿管線(3)懸掛固定在架空槽(2)上，其首端和末端各有一個控制閥(6)、(8)，兩個控制閥之間設(shè)置第一分流管線(9)，末端閥(8)之后設(shè)置第二分流管線(11)，第一分流管線(9)經(jīng)過控制閥(10)至池漿池，第二分流管線(11)末端接脫氣器，首端處接清水管路(12)，清水管路(12)上有個控制閥(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)，其特征是泥漿在線取樣器機(jī)械部分由引流管路(14)、電動球形閥(15)、軟管(16)、取樣罐(18)和溢流口(17)組成，引流管路(14)在最上部，其底部有八個泥漿取樣口分別與其下面的八個電動球形閥(15)連接，每個電動球形閥(15)下面的出口都通過一根軟管(16)與一個取樣罐(18)連接，每個取樣罐(18)的上面都有一個溢流口(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)，其特征是泥漿在線脫氣器機(jī)械部分由動力及傳動部分、脫氣器主體、泥漿樣品入口和廢液出口組成，動力及傳動部分在最上部，泥漿入口和出口分別置于主體下方和側(cè)面，脫氣器主體由殼體(23)、頂蓋(20)、底座(27)、擋板(32)、轉(zhuǎn)動桿(30)、攪拌棒(29)、液位指示器(31)、壓力傳感器(22)和樣品氣出口管(33)組成，擋板(32)水平安裝在殼體(23)內(nèi)腔上半部，轉(zhuǎn)動桿(30)置于殼體內(nèi)腔中心軸線上，攪拌棒(29)安裝在轉(zhuǎn)動桿(30)下半部，液位指示器(31)安裝在殼體(23)外側(cè)，壓力傳感器(22)和樣品氣出口管(33)都安裝在頂蓋(20)上，電動機(jī)(19)安裝在頂蓋(20)上面的中心位置，聯(lián)軸器(21)置于頂蓋(20)下面把轉(zhuǎn)動桿(30)與電機(jī)軸聯(lián)接成一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)，其特征是氣體異常取樣器機(jī)械部分由支架(41)、橫梁(39)、固定夾(37)、取氣瓶(43)～(46)、瓶開關(guān)(40)、電動取樣閥(36)、軟管(35)、進(jìn)氣管線(42)和出氣管線(34)組成，上、下橫梁(39)安裝在左、右豎支架(41)上，四個取氣瓶(43)～(46)通過固定夾(37)和固定螺栓(38)安裝在上、下橫梁(39)上，取氣瓶的上、下方各裝一個瓶開關(guān)(40)和電動取樣閥(36)，上取樣閥(36)上端通過軟管(35)與出氣管線(34)上的出氣嘴連接，下取樣閥(36)下端通過軟管(35)與進(jìn)氣管線(42)上的進(jìn)氣嘴連接，進(jìn)氣管線(42)水平置于最下邊，出氣管線(34)水平置于最上邊，都與橫梁(39)平行。
全文摘要
本發(fā)明是一種鉆井泥漿在線氣測系統(tǒng)，屬于石油地質(zhì)勘探氣測錄井技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)由泥漿引流裝置、泥漿在線取樣器、泥漿在線脫氣器、樣品氣處理單元、氣相色譜儀、氣體異常取樣器，并且依次互相連接。其自動控制部分由數(shù)據(jù)服務(wù)器、控制器接口、色譜工作站、錄井儀工作站和HUB組成。根據(jù)設(shè)定條件，數(shù)據(jù)服務(wù)器通過控制器接口向泥漿在線脫氣器和液、氣取樣器發(fā)出控制信號，實現(xiàn)自動操作，完成自動取樣、脫氣器啟停等。該系統(tǒng)既能在線檢測烴類氣體，又能在線檢測非烴類多種氣體，還能向?qū)嶒炇姨峁┎换烊胪饨缈諝獾哪酀{樣品和從泥漿中脫離出來的氣體樣品。其在線氣測精度高于已有技術(shù)。既能單獨使用，也能與綜合錄井儀聯(lián)合使用。
文檔編號G01N33/26GK1415966SQ0213585
公開日2003年5月7日 申請日期2002年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月7日
發(fā)明者張殿強(qiáng), 李聯(lián)瑋, 張衛(wèi), 章江海, 劉志勤, 張立新 申請人:勝利石油管理局地質(zhì)錄井公司