地質錄井巖屑自動化采集技術探討

陳偉

摘 要 本文簡述了現今地質錄井中巖屑錄井技術的發展過程，淺析了幾種巖屑錄井中的巖屑采集清洗方法，認為自動化巖屑采集系統在目前地質錄井行業中具有較好的發展前景，基于前人的研究成果簡述了集出口數據采集、巖屑清洗、砂樣分選等功能于一體的自動化巖屑采集系統的基本結構和工作原理。該采集系統主要分為數據采集區、流量控制區、巖屑清洗區、巖屑分選區和鉆井液回流區五部分，通過連接目前使用的綜合錄井儀實現遠程的數據采集和自動控制巖屑采集功能。這一技術可以提高巖屑錄井的效率和精度，減少用工人數，降低人工成本，增強在同行業中的產品競爭力，是具有較好發展前景的新方向。

關鍵詞 地質錄井 巖屑錄井 自動洗砂 數據采集 遠程控制

中圖分類號：F416 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2020）02-0058-03

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

1 系統結構與工作原理

國內錄井現狀我國錄井現場（錄井小隊）一般配備一套綜合錄井儀器，公司便可以施工;現場人員正常情況配備為7人，包括錄井隊長1人、儀器大班1人、地質大班1人、綜合錄井工2人、采集工2人，如果進行地化、元素、核磁、巖心（屑）掃描等項目，相應增加技術人員。近年來利用電腦技術、傳感技術、信息技術等，將錄井技術由初期的純手地質工錄井，發展到目前的利用傳感器進行全自動化錄井綜合數據采集、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，智能識別巖性、油氣以及油氣層評價、地層壓力檢測、有毒有害氣體監測、工程參數異常監測及自動報警等技術手段;同時利用信息化技術，做到了錄井現場數據及圖形資料實時傳輸[1]、利用數字化技術，組建大數據庫，對錄井現場資料上傳入庫、查詢等功能。雖然錄井現場實現了部分數據采集自動化、資料處理自動化。但巖屑采集、實物及數據資料入庫等卻未達到自動化;還需要人工采集巖屑、清洗、收集油氣資料、以及作出異常預報;資料處理也需要在隊技術人員隨時進行人工處理。

1.1 整體結構簡介

自動化巖屑采集系統放置于循環罐與鉆臺中間，鉆井液通過架空槽，直接接入該采集系統的入口，鉆井液經采集系統處理，采集完巖屑資料后，由出口排回循環罐，井隊可按原工程方法繼續處理鉆井液。該洗砂房工作區分為數據采集區、流量控制區、巖屑清洗區、巖屑分選區和鉆井液回流區5部分，通過連接目前使用的綜合錄井儀實現遠程的數據采集和遠程控制巖屑自動采集功能。此外，該設備采用防爆處理，安裝有防爆排氣扇，緊急安全出口等設備。

1.2 工作原理

鉆井液從自動化巖屑采集系統入口進入后，先進入數據采集區，流量控制區根據是否進行巖屑采集和采集區獲得的流量數據，來控制鉆井液的進入巖屑清洗、烘干區的流量，最后巖屑清洗、烘干結束進入分選區，在分選區完成巖屑的裝包，整個過程中的鉆井液和多余的巖屑、掉塊等通過回流區從出口返回工程的循環罐。

1.2.1 數據采集區

資料智能自動化采集系統資料采集智能自動化，包括專業傳感自動化采集子系統、實物巖性資料智能自動化采集子系統、專業自動錄入子系統、不間斷數據監測與智能預警子系統[2]。其中自動化傳感采集系統，目前大部分綜合錄井儀已經基本實現。而實物巖性資料智能自動化采集還只是設想，但實現難度不大，只需要一款自動化巖屑清洗、烘干設備與鉆井震動篩出砂口相連。烘干巖屑自動傳輸給元素儀、巖屑掃描儀、熒光儀、地化儀等各項錄井設備，進行自動分析，所得數據與傳感器采集系統采集的數據一起自動傳輸至綜合錄井儀采集系統，形成各自子數據庫進行發送。專業自動錄入系統是通過電腦自動化處理所有采集的數據與圖像，將有關聯的數據自主歸類，自動填入專業表格，形成專業資料。不間斷數據監測與預警系統是通過電腦對工程與鉆井液數據實施自動化分析，對異常數據進行自動抓取，并自主分析異常類型，及時發出預警，從而達到自動化工程異常預報的作用。還可以在綜合錄井儀上增加其他外部接口，如測井數據導入接口、固井實時數據監測接口、軌跡導向數據接口等。數據采集區相當于原緩沖罐，將緩沖罐至于室內用于安裝脫氣器、溫度、電導率、密度等傳感器，在出口處設計對外伸縮式管道，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，用以采集數據，其中流量傳感器的數據更是為了后面流量控制區提供了數據保障。

1.2.2 流量控制區

巖屑錄井需要錄取整個錄井間距內的巖屑樣品，巖屑的多少與鉆速、采集時間、流量、鉆井液的含砂量、密度、粘度、掉塊多少等因素有關。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。通過對上述這些因素進行相關性分析，權重分析，函數擬合等，建立起流量與巖屑量的函數關系，通過遠程電信號模擬，利用綜合錄井儀對流量監控的同時，對流量閥門進行遠程自動控制，確保在單個取樣間距內巖屑全部取到的基礎上，既不會不足，又不會超過巖屑分選區的負荷。

1.2.3 巖屑清洗區

巖屑清洗區主要有振動篩，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上部，讓水流和暖風向下推送。其工作原理是巖屑經振動篩后，在經過兩段高壓水霧清洗帶，確保巖屑沖洗干凈，后經烘干帶采用80℃暖風進行烘干。

1.2.4 巖屑分選區

巖屑分選區是巖屑烘干裝袋的最后一道工序，首先通過振動篩到達篩分區，篩分區是上下兩層篩網，上層篩網孔徑為20mm，其主要目的是篩除掉塊和泥餅，直接排入回流區，下層篩網接住剩余真實巖屑，將巖屑帶入圓盤中的接砂區，在接砂區上部有攪拌裝置，不斷攪拌巖屑，讓整個取樣間距的巖屑混合均勻。該圓盤受綜合錄井儀遠程控制，根據遲到井深，每當結束一個取樣區間，圓盤旋轉三分之一的角度，當圓盤旋轉時，攪拌器提起，巖屑轉到裝袋區進行裝袋，裝袋后投放至傳送帶，傳送帶將砂樣帶入樣品袋排列區進行歸位，到下一個錄井區間時，圓盤旋轉，將剩余巖屑帶入倒砂區，將巖屑倒入回流區，此時一個循環周期結束，圓盤停止轉動，繼續接取下一個錄井間距的巖屑。

1.2.5 鉆井液回流區

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

2 錄井現場智能自動化方案探究

2.1 建立基地資料、數據集中處理中心

基地數據中心的作用是所有錄井現場資料的集中處理，存儲中心也是遠程控制中心，指揮中心更是甲方獲取鉆井現場資料基地和甲乙方協同指揮中心;總之，通過該中心能夠獲取錄井現場全部的實時資料，并對資料進行處理和評價，決策層也能夠通過該中心進行遠程指揮、下達決策。

2.2 智能遠程傳輸系統

智能傳輸系統包括錄井現場實時數據傳輸，高清視頻、圖像傳輸、雙向語音傳輸等。將采集到的所有數據與資料，直接傳輸至基地數據處理中心，實現錄井現場與基地中心實時監控與數據自動化處理，同時實行基地中心與井場同步，便于直接遠程控制井場設備、下達指令等。實現遠程監控與調試，最終實現錄井施工人員遠程辦公。

2.3 自動化巖屑采集系統優勢

地質錄井用自動化巖屑采集系統與目前國內普遍采用的人工撈取、清洗巖屑的方法相比，具有許多優勢：

（1）將出口傳感器至于室內，使得傳感器的安裝更加方便，減少了重復安裝拆卸的次數，延長了傳感器的使用壽命;同時在室內受外界影響因素較小，傳感器數值更加穩定;

（2）傳感器數據采集和巖屑采集均在室內，降低了工作人員在換取干燥管，安裝拆卸、維護保養傳感器，巖屑撈取過程中的安全風險;

（3）用機械取代人工，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、晚撈、清洗不干凈等人為因素而造成的巖屑深度不準確、巖屑混亂、巖屑缺失等問題，大大的提高了巖屑錄井的精度;

（4）用機械自動化代替人工，最大的優勢就是可以降低人工成本，在同一工期中，井位多，人員少的問題也可以得到緩解，也順應了公司提出減員增效，提速、提質、增效和遠程智能錄井的目標。如果按照1名員工成本15萬元每年計算，自動化巖屑采集系統造價30萬，那么每臺設備每十年可以節約相當于420萬元的人工成本。

3 結論

地質錄井用自動化巖屑采集裝置是一套集數據采集、巖屑撈取、清洗于一體的錄井設備，它具有提高巖屑錄井精度，降低人工成本，提高行業競爭力的種種優勢，是目前巖屑錄井技術發展的重要研究方向，具有廣闊的應用前景。該設備目前仍處于理論設計階段，下一步將進行現場的采集實驗，繼續研究。

參考文獻：

[1] 程培寶，董鵬敏，李冠珠.新型鉆井巖屑清洗機的研究與設計[J].機械設計與制造，2011（05）：51-53.

[2] 蔡君，王志章，田淼.錄井技術發展現狀及前景綜述[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錄井公司，山東 東營