Махмутов Ш.Я., Муравьев П.П., Артемов Д.В.
Газоаналитическаяаппаратура (геохимический модуль) станций ГТИ является основной составной частьюлюбой системы геолого-технологических и геолого-геохимических исследований, оттехнических характеристик которой во многом зависит уровень решениягеологических и технологических задач.
Высокаяинформативность геохимического модуля может быть обеспечена при
высокойчувствительности хроматографа и суммарного газоанализатора;
широкомспектре измерения углеводородных газов (УВГ);
необходимомдинамическом диапазоне измерения УВГ;
высокойэкспрессности проведения анализов;
измерениисуммарного содержания углеводородных газов непрерывно в функции времени;
регистрациивеличины концентраций УВГ с учетом калибровочных коэффициентов и коэффициентадегазации желобного дегазатора;
возможностирегистрации значений УВГ в функции времени и масштабе действующих и исправленныхглубин;
исключениипропуска маломощных нефтегазонасыщенных пластов и пропластков принеблагоприятных геолого-технических условиях;
высокойстепени автоматизации процесса измерения;
высокойнадежности эксплуатации в полевых условиях и простоте в обслуживании.
Учитываяизложенные требования к газоаналитической аппаратуре и разнообразиевстречающихся геолого-технических условий проводки скважин различногоназначения, в НПФ «Геофизика» разработан и изготовлен целый ряд геохимическихмодулей:
хроматографическийкомплекс ХГ-1ГМ;
газоаналитическийкомплекс «АСТРА»;
газоаналитическийкомплекс «АСТРА-1»;
газоаналитическийкомплекс «АСТРА-2».
Хроматографическийкомплекс ХГ-1ГМ разработан на базе широко известного хроматографа ХГ-1Г.Необходимость разработки такого комплекса обусловлена тем, что в эксплуатациинаходятся десятки хроматографов ХГ-1Г, которые, обладая целым рядомпреимуществ, имеют и существенные недостатки: низкую автоматизацию процессауправления работой хроматографа, сложность и трудоемкость обработки получаемыхданных, устаревшую элементную базу, отсутствие выхода на ПК и т.д.
Приразработке комплекса ХГ-1ГМ были поставлены следующие задачи:
полноеуправление работой хроматографа персональным компьютером;
возможностьсовместной работы с программой регистрации технологических параметров;
автоматизацияпроцессов анализа УВГ и обработки результатов;
минимальноеизменение в конструкции ХГ-1Г в процессе модернизации;
возможностьдублирования информации на аналоговом регистраторе (аварийный вариант в случаевыхода из строя персонального компьютера);
высокаянадежность и простота в эксплуатации.
Структурнаясхема хроматографического комплекса ХГ-1ГМ показана на рис. 1.
/>
Рис.1. Хроматографический комплекс ХГ-1ГМ.
Структурная схема
Хроматографическийкомплекс ХГ-1ГМ может измерять до десяти углеводородных компонент (СН4– С6Н14) с изосоединениями. Время цикла анализа приизмерении шести УВГ – не более 100 с. Порог чувствительности по пропану –1×10-6 %. Верхний предел измерения концентрации УВГ – 100 %.
Взаимодействиекомпьютера с хроматографом осуществляется посредством микропроцессорного модуляуправления.
Модульуправления соединяется с компьютером через COM-порт и выполняет следующиефункции:
осуществляетприем управляющих блоков команд с компьютера;
управляетработой хроматографа по временным циклограммам, содержащимся в принятыхкомандных блоках;
выполняетпреобразование аналогового сигнала, поступающего с детектора хроматографа вцифровой сигнал;
анализируетвеличину сигнала, поступающего с детектора, и в зависимости от этого управляетпереключением диапазонов масштабируемого усилителя;
выдаетинформационные блоки, содержащие данные детектора, временного режимахроматографа, служебные, в порт компьютера;
индицируетсостояние, в котором находится: «ГОТОВ», «РАБОТА»;
гальваническиразвязывает силовые каскады;
независимоот программы «Chrom» выдает на самописец аналоговый сигнал, величина котороговыбирается вручную галетным переключателем масштаба.
Хроматографическийкомплекс ХГ-1ГМ сконструирован таким образом, что после первоначальнойустановки необходимых значений газовых потоков, режимов нагрева колонокдальнейшая его работа происходит под управлением программы «Chrom» сперсонального компьютера.
Программаобладает простым, интуитивно понятным интерфейсом и выполняет:
калибровку;
настройкурежимов работы;
настройкупараметров цикла анализа;
расчетконцентраций УВ-компонент и суммарной концентрации;
регистрацию,визуализацию и вывод на печать данных хроматографического анализа газа;
настройкуинтерфейса пользователя.
Программа«Chrom» работает под операционными системами Windows 95, Windows 98, WindowsNT4, Windows 2000, Windows ХР. Для работы программы рекомендуется 64 Мб памятии более, процессор Pentium 166 и выше.
КомплексХГ-1ГМ может работать в нескольких режимах.
Ручнойрежим. В этом случае запуск цикла работы хроматографа осуществляется вручнуюпри помощи нажатия кнопки ПУСК на экране монитора.
Непрерывныйрежим. В этом режиме циклы работы хроматографа следуют друг за другом безостановки и без пропусков. Это самый предпочтительный режим, т.к. отсутствиепропусков между циклами значительно уменьшает вероятность пропусковкратковременных газопроявлений при вскрытии пластов малой мощности.
Временнойрежим. Для этого режима программно задаётся промежуток времени, через которыйбудет происходить запуск хроматографа.
Режимпо метке глубины. В данном режиме хроматограф запускается каждый раз послепроходки определённого интервала. После запуска проводятся несколько цикловподряд и сохраняются результаты последнего анализа. Это сделано для того, чтобыхроматограф вошёл в режим (прогрелся) после простоя. Количество разгонок длявхода в режим задаётся программно. Интервал по глубине задаётся в программерегистрации технологических параметров бурения скважин. Данные газового анализаавтоматически передаются в программу регистрации, которая привязывает их кглубине. Программа регистрации может находиться на том же компьютере, что ипрограмма для хроматографа. Предусмотрен также вариант работы программ наразных компьютерах, в этом случае компьютеры связывают при помощи сетевых карти сетевого шнура.
Модернизациясуществующего парка хроматографов ХГ-1Г позволяет без использованиязначительных финансовых средств перевести газокаротажные исследования накачественно новый уровень.
Применениехроматографического комплекса ХГ-1ГМ в Башкирии и Татарии показало его высокуюэффективность, особенно при выявлении в тонкослоистых разрезах маломощныхпластов.
Газоаналитическийкомплекс «АСТРА» разработан для геолого-геохимических станций «Геогаз-1»,поставленных в Республику Беларусь, и представляет газокаротажную станциюнового поколения с расширенными функциональными возможностями.
Структурнаясхема газоаналитического комплекса «АСТРА» показана на рис. 2.
/>
Рис.2. Газоаналитический комплекс «АСТРА».
Структурная схема
Комплексобеспечивает непрерывный контроль, сбор и регистрацию геохимической итехнологической информации, первичную обработку и экспресс-интерпретациюполучаемой информации, раннюю диагностику и предупреждение аварийных ситуаций,формирование базы данных, формирование, заполнение и представление заказчикуежесуточных сводок и рапортов.
Комплекспредставляет собой аппаратно-программную систему и функционально включает:
хроматограф;
суммарныйгазоанализатор;
узелконтроля технологических параметров бурения.
Хроматографможет работать в следующих режимах:
автономно,в режиме реального времени (эпизодически и непрерывно);
спривязкой по глубине (с помощью интегрированного узла технологическихпараметров);
спривязкой по времени;
покоманде интегрированного суммарного газоанализатора, при достиженииопределенного уровня газосодержания, задаваемого программно.
ТехническиехарактеристикиТип детектора ПИД Чувствительность по пропану, % абс.
1·10-6 Верхний предел измеряемых концентраций, % 100
Продолжительность цикла анализа от С1 до С6, с, не более 100 Газ-носитель воздух Давление газа-носителя, атм 3,5 Время выхода на режим, мин, не более 30 Скорость сбора данных, изм/с 400 Коэффициент усиления (программируемый) 1, 10, 100, 1000 Входное сопротивление, МОм, не менее 1
Хроматографобеспечивает циклическое измерение предельных углеводородных газов: метана,этана, пропана, бутана, пентана, гексана, изосоединений и др. приавтоматическом отборе и анализе проходящей газовоздушной смеси. Время выходапиков и цикла анализа устанавливаются программно. Имеет независимый выход нааналоговый регистратор с возможностью ручной регулировки диапазонов.
Суммарныйгазоанализатор предназначен для непрерывного измерения суммарной концентрациигазов в газовоздушной смеси (S Г), извлекаемой из бурового раствора.Газоанализатор оборудован аварийной сигнализацией, которая срабатывает припревышении концентрации S Г в промывочной жидкости на выходе из скважины вышеустановленного предела, задаваемого программно.
ТехническиехарактеристикиТип сенсора ПИД Диапазон измерений ГВС, % абс. до 10 Чувствительность анализатора по пропану, % абс., не ниже
1·10-4
Узелконтроля технологических параметров бурения предназначен для сбора информации стехнологических датчиков, в т. ч. датчика глубины, датчика давления и др.
ТехническиехарактеристикиКоличество аналоговых входов 4 Разрядность преобразования 13 Количество цифровых входов 6 Скорость сбора данных, изм/с 1 Диапазон входных аналоговых напряжений, В 0 — 5
Обработкахроматографической и технологической информации производится программами«Регистрация», «Chrom», «GeoData», работающими под управлением среды Windows.
Программарегистрации технологических параметров процесса бурения скважин «Регистрация»обеспечивает следующие возможности в реальном масштабе времени:
приеми оперативную обработку информации от датчиков технологических параметровбурения, расположенных на буровой;
визуализациюинформации на мониторе в виде диаграмм и в табличном виде;
формированиебазы данных реального времени в масштабах времени, глубины и «исправленной»глубины с дальнейшим сохранением всей информации на жестком диске;
выдачуоперативной информации на печать.
Программарегистрации, визуализации и обработки данных процесса работы хроматографа«Chrom»:
расчётсодержания каждого углеводородного компонента в газовоздушной смеси, а такжесуммарного содержания углеводородов;
возможностьрегистрации значений до 10 компонентов газовой смеси;
возможностьработы программы «Chrom» совместно с программой регистрации технологическихпараметров процесса бурения скважин;
автоматическаяпривязка данных газового анализа к глубине.
Программа«GeoData» предназначена для ввода, просмотра, редактирования и распечаткиинформации, получаемой в процессе бурения скважин.
Программапозволяет работать со следующими видами данных:
информацияо литологии пород;
характеристикагорной породы (плотность, пористость, карбонатность);
описаниепороды (в текстовом виде);
возрастотложений (в текстовом виде);
люминесцентно-битуминологическийанализ;
покомпонентныйсостав газа и суммарный газ;
данные,регистрируемые комплексом (вес на крюке, нагрузка на долото, давление ПЖ навходе, расход раствора на входе и на выходе, скорость бурения, скорость СПО ит.д.).
Форматданных программы – LAS-файл или файлы реального времени. Встроенные средстваредактирования позволяют корректировать и исправлять все данные, с которымиможет работать программа. Программа имеет настраиваемый интерфейс, удобнуюсистему контекстного меню, программного меню и настраиваемую панель кнопокбыстрого доступа.
Вгазоаналитическом комплексе «АСТРА-1», в отличие от комплекса «АСТРА»,отсутствует газоанализатор суммарного газосодержания. Комплекс «АСТРА-1»предназначен для исследования разведочных и эксплуатационных скважин в хорошоизученных районах с мощностью продуктивных пластов более 2,5 – 3 м имеханической скоростью бурения в продуктивной толще не более 30 м/ч.
Газоаналитическийкомплекс «АСТРА-2» предназначен для работы с системой измерения технологическихпараметров «Леуза», выпускаемой в НПФ «Геофизика», и имеет хроматограф,аналогичный по техническим характеристикам хроматографу в комплексе «АСТРА», игазоанализатор суммарного содержания горючих газов с электрохимическимдетектором. Чувствительность газоанализатора по метану – 1×10-2%. Регистрация – непрерывно в функции времени.
Газоаналитическийкомплекс «АСТРА-2» предназначен для исследования поисковых, разведочных иэксплуатационных скважин в геологических разрезах простого и сложного строенияс относительно высокими фоновыми показаниями УВГ (от 0,1 % и более).
Примервыделения нефтенасыщенного пласта в карбонатном разрезе с помощьюгазоаналитического комплекса «АСТРА» при геолого-технологических исследованияхразведочной скважины Тюменякской площади (Башкирия). Вскрытие пласта винтервале 1440 – 1446 м сопровождалось увеличением суммарного содержания УВГ с0,0002 до 0,0015 %, изменением относительного содержания метана в ГВС с 10 – 15до 30 – 40 %, увеличением интенсивности люминесценции шлама и керна, изменениемцвета люминесценции.
Широкоеприменение описанных газоаналитических комплексов в станциях ГТИ показало ихвысокую эффективность при выделении в разрезах со сложным геологическимстроением нефтегазонасыщенных пластов мощностью от 1,5 м при газовом факторенефти менее 15 м3/т и фоновых газопоказаниях ниже 0,001 % (пригазовых пластовых аномалиях 0,015 – 0,03 %).
Данныекомплексы успешно эксплуатируются на предприятиях Башкирии, Татарии, Коми,Казахстана, Беларусии, Мавритании (Африка) и др.
Такимобразом, разработанный ряд газоаналитических комплексов ХГ-1ГМ и «АСТРА»позволяет провести оснащение станций газового каротажа, геолого-геохимических игеолого-технологических исследований современными средствами газового анализаразличных модификаций в зависимости от горно-геологических условий районаработ, геологического строения разреза, категории исследуемых скважин иприменяемой технологии их проводки.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта npf-geofizika.ru/