地質(zhì)錄井巖屑自動化采集技術(shù)探討

（中石化勝利石油工程有限公司地質(zhì)錄井公司，山東 東營 257064）

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(shù)的不斷發(fā)展，機械鉆速不斷提高，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(tǒng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

國內(nèi)錄井現(xiàn)狀我國錄井現(xiàn)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(xiàn)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(zhì)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(yīng)增加技術(shù)人員。近年來利用電腦技術(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行全自動化錄井綜合數(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(jiān)測、工程參數(shù)異常監(jiān)測及自動報警等技術(shù)手段；同時利用信息化技術(shù)，做到了錄井現(xiàn)場數(shù)據(jù)及圖形資料實時傳輸[1]、利用數(shù)字化技術(shù)，組建大數(shù)據(jù)庫，對錄井現(xiàn)場資料上傳入庫、查詢等功能。雖然錄井現(xiàn)場實現(xiàn)了部分數(shù)據(jù)采集自動化、資料處理自動化。但巖屑采集、實物及數(shù)據(jù)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(shù)人員隨時進行人工處理。

1.1 整體結(jié)構(gòu)簡介

自動化巖屑采集系統(tǒng)放置于循環(huán)罐與鉆臺中間，鉆井液通過架空槽，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，通過連接目前使用的綜合錄井儀實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)采集和遠程控制巖屑自動采集功能。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

鉆井液從自動化巖屑采集系統(tǒng)入口進入后，先進入數(shù)據(jù)采集區(qū)，流量控制區(qū)根據(jù)是否進行巖屑采集和采集區(qū)獲得的流量數(shù)據(jù)，來控制鉆井液的進入巖屑清洗、烘干區(qū)的流量，最后巖屑清洗、烘干結(jié)束進入分選區(qū)，在分選區(qū)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(qū)從出口返回工程的循環(huán)罐。

1.2.1 數(shù)據(jù)采集區(qū)

資料智能自動化采集系統(tǒng)資料采集智能自動化，包括專業(yè)傳感自動化采集子系統(tǒng)、實物巖性資料智能自動化采集子系統(tǒng)、專業(yè)自動錄入子系統(tǒng)、不間斷數(shù)據(jù)監(jiān)測與智能預警子系統(tǒng)[2]。其中自動化傳感采集系統(tǒng)，目前大部分綜合錄井儀已經(jīng)基本實現(xiàn)。而實物巖性資料智能自動化采集還只是設(shè)想，但實現(xiàn)難度不大，只需要一款自動化巖屑清洗、烘干設(shè)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(shè)備，進行自動分析，所得數(shù)據(jù)與傳感器采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)一起自動傳輸至綜合錄井儀采集系統(tǒng)，形成各自子數(shù)據(jù)庫進行發(fā)送。專業(yè)自動錄入系統(tǒng)是通過電腦自動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，自動填入專業(yè)表格，形成專業(yè)資料。不間斷數(shù)據(jù)監(jiān)測與預警系統(tǒng)是通過電腦對工程與鉆井液數(shù)據(jù)實施自動化分析，對異常數(shù)據(jù)進行自動抓取，并自主分析異常類型，及時發(fā)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(shù)據(jù)導入接口、固井實時數(shù)據(jù)監(jiān)測接口、軌跡導向數(shù)據(jù)接口等。數(shù)據(jù)采集區(qū)相當于原緩沖罐，將緩沖罐至于室內(nèi)用于安裝脫氣器、溫度、電導率、密度等傳感器，在出口處設(shè)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(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。

圖1 錄井現(xiàn)場自動化方案圖

1.2.2 流量控制區(qū)

巖屑錄井需要錄取整個錄井間距內(nèi)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(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)。通過對上述這些因素進行相關(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，通過遠程電信號模擬，利用綜合錄井儀對流量監(jiān)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(nèi)巖屑全部取到的基礎(chǔ)上，既不會不足，又不會超過巖屑分選區(qū)的負荷。

1.2.3 巖屑清洗區(qū)

巖屑清洗區(qū)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(wǎng)上部，讓水流和暖風向下推送。其工作原理是巖屑經(jīng)振動篩后，在經(jīng)過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℃暖風進行烘干。

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，首先通過振動篩到達篩分區(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(jù)遲到井深，每當結(jié)束一個取樣區(qū)間，圓盤旋轉(zhuǎn)三分之一的角度，當圓盤旋轉(zhuǎn)時，攪拌器提起，巖屑轉(zhuǎn)到裝袋區(qū)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(qū)進行歸位，到下一個錄井區(qū)間時，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)，此時一個循環(huán)周期結(jié)束，圓盤停止轉(zhuǎn)動，繼續(xù)接取下一個錄井間距的巖屑。

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(huán)。

2 錄井現(xiàn)場智能自動化方案探究

2.1 建立基地資料、數(shù)據(jù)集中處理中心

基地數(shù)據(jù)中心的作用是所有錄井現(xiàn)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(xiàn)場資料基地和甲乙方協(xié)同指揮中心；總之，通過該中心能夠獲取錄井現(xiàn)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(tǒng)

智能傳輸系統(tǒng)包括錄井現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)傳輸，高清視頻、圖像傳輸、雙向語音傳輸?shù)取⒉杉降乃袛?shù)據(jù)與資料，直接傳輸至基地數(shù)據(jù)處理中心，實現(xiàn)錄井現(xiàn)場與基地中心實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)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(shè)備、下達指令等。實現(xiàn)遠程監(jiān)控與調(diào)試，最終實現(xiàn)錄井施工人員遠程辦公。

2.3 自動化巖屑采集系統(tǒng)優(yōu)勢

地質(zhì)錄井用自動化巖屑采集系統(tǒng)與目前國內(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：

（1）將出口傳感器至于室內(nèi)，使得傳感器的安裝更加方便，減少了重復安裝拆卸的次數(shù)，延長了傳感器的使用壽命；同時在室內(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、維護保養(yǎng)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(yōu)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(yīng)了公司提出減員增效，提速、提質(zhì)、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(tǒng)造價30 萬，那么每臺設(shè)備每十年可以節(jié)約相當于420 萬元的人工成本。

3 結(jié)論

地質(zhì)錄井用自動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)競爭力的種種優(yōu)勢，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)計階段，下一步將進行現(xiàn)場的采集實驗，繼續(xù)研究。