楊明清

(中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司工程技術(shù)部，北京 100020)

俄羅斯石油天然氣資源非常豐富，在勘探開發(fā)過程中形成了系統(tǒng)的勘探開發(fā)技術(shù)，且其勘探開發(fā)技術(shù)自成體系[1]。俄羅斯的綜合錄井技術(shù)起步較早，20世紀(jì)70年代就已經(jīng)研發(fā)出比較完善的綜合錄井儀，我國(guó)首批錄井儀就是從俄羅斯引進(jìn)的[2]。近些年，俄羅斯錄井技術(shù)發(fā)展速度放緩，其錄井技術(shù)與歐美相比整體水平稍顯落后[3]，但某些錄井傳感器、特色錄井技術(shù)仍具有一定的優(yōu)勢(shì)[4-5]。近些年，我國(guó)錄井技術(shù)發(fā)展迅速，在儀器研發(fā)、鉆井參數(shù)采集、氣體參數(shù)分析和地質(zhì)參數(shù)應(yīng)用等方面取得了很大進(jìn)步，但某些特色錄井技術(shù)有所欠缺。中俄錄井技術(shù)具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，引進(jìn)俄羅斯的優(yōu)勢(shì)錄井技術(shù)，可以彌補(bǔ)我國(guó)錄井技術(shù)短板，提高我國(guó)錄井技術(shù)水平。

1 俄羅斯綜合錄井技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 綜合錄井儀研發(fā)技術(shù)

俄羅斯的綜合錄井儀研發(fā)起步較早，其代表公司為地球物理股份有限公司，該公司的前身是俄羅斯地球物理研究院。該公司于1977年推出了圓桶綜合錄井儀，其儀器房外形猶如盛水的圓桶，具備氣體檢測(cè)、鉆井參數(shù)采集等功能[6]；1979年，該公司研發(fā)出第一代綜合錄井儀Геотест-1，其儀器房與普通野營(yíng)房沒有大的差別，但該錄井儀已經(jīng)具備了現(xiàn)代綜合錄井儀的功能，包括氣體檢測(cè)、鉆井參數(shù)采集、地質(zhì)參數(shù)分析等[7]；經(jīng)過持續(xù)研發(fā)，該公司于2002年推出了Геотест-5綜合錄井儀，該錄井儀銷往俄羅斯彼爾姆、韃靼、巴什基爾、果戈里木、伊爾庫(kù)茨克等各大地球物理公司，應(yīng)用于俄羅斯各大油田，時(shí)至今日，俄羅斯各油田主要采用該錄井儀進(jìn)行錄井[8]。此外，俄羅斯薩拉托夫、特維爾等一些地球物理公司也研發(fā)綜合錄井儀，但實(shí)力遠(yuǎn)不能與地球物理股份有限公司相比，很多設(shè)備及技術(shù)仍需依托地球物理股份有限公司[9]。

1.2 鉆井參數(shù)分析技術(shù)

俄羅斯錄井傳感器的技術(shù)水平和所用傳感器的數(shù)量、種類與我國(guó)大體相當(dāng)，一般需要絞車傳感器1個(gè)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速傳感器1個(gè)、泵沖傳感器2～3個(gè)，懸重傳感器1個(gè)、立壓傳感器1個(gè)，機(jī)械扭矩傳感器或電扭矩傳感器1個(gè)，鉆井液密度、溫度、電導(dǎo)率傳感器各2個(gè)，鉆井液出口流量傳感器1個(gè)，液位傳感器3～5個(gè)，固井過程監(jiān)控設(shè)備1套等[10]。每個(gè)傳感器采集一個(gè)參數(shù)，所采集的參數(shù)經(jīng)過邏輯計(jì)算，衍生出鉆時(shí)、dc指數(shù)、鉆頭壓降等300多個(gè)間接參數(shù)，這些參數(shù)不但完整客觀地記錄了整個(gè)鉆井過程，便于后期查證，而且可根據(jù)各個(gè)參數(shù)的邏輯關(guān)系及變化，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鉆井故障，如井涌、井漏、斷鉆具、鉆頭泥包和鉆具遇阻等，為保證鉆井安全提供支持[11]。

1.3 脫氣技術(shù)

俄羅斯的脫氣器大體分為4類，分別為浮子脫氣器、電動(dòng)脫氣器、氣動(dòng)脫氣器和熱真空脫氣器。浮子脫氣器質(zhì)量小、成本低，但脫氣效率低，應(yīng)用范圍小，只能應(yīng)用于開發(fā)井、氣井等[12]；電動(dòng)脫氣器不易損壞，應(yīng)用范圍廣，脫氣效率較高[13]，是目前俄羅斯錄井應(yīng)用最廣泛的脫氣器；氣動(dòng)脫氣器需要空氣壓縮機(jī)提供動(dòng)力，操作相對(duì)繁瑣，但防爆功能強(qiáng)，適合在危險(xiǎn)性較高的井場(chǎng)使用，安全要求較高的油氣田錄井時(shí)應(yīng)用該脫氣器[14]；熱真空脫氣器的脫氣效率極高，幾乎達(dá)到100%，測(cè)量結(jié)果非常準(zhǔn)確，但操作繁瑣、不能在線測(cè)量，只能用于重點(diǎn)井或某些井的重點(diǎn)井段[15]。

1.4 氣體檢測(cè)分析技術(shù)

俄羅斯氣體檢測(cè)分析技術(shù)一般應(yīng)用于烴類氣體檢測(cè)、二氧化碳?xì)怏w檢測(cè)和硫化氫氣體檢測(cè)。烴類氣體檢測(cè)大多使用氣相色譜儀，少部分使用紅外氣體檢測(cè)儀。俄羅斯地球物理股份有限公司生產(chǎn)的紅寶石牌系列氣相色譜儀采用熱化學(xué)原理檢測(cè)全烴，采用FID方式分析烴組分，可分析C1—C5的烴組分，分析周期100 s，最小檢知體積分?jǐn)?shù)1.0×10-5[16]；該公司還生產(chǎn)綜合色譜儀，綜合色譜儀采用FID方式檢測(cè)全烴和分析烴組分，可分析C1—C5及更多碳原子數(shù)烴的烴組分，分析周期100 s，最小檢知體積分?jǐn)?shù)1.0×10-5，其質(zhì)量為120 kg[17]。俄羅斯聯(lián)合能源服務(wù)集團(tuán)公司生產(chǎn)的“石油檢測(cè)”系列色譜儀，采用TCD檢測(cè)方式，可分析C1—C5的烴組分，分析周期180 s，最小檢知體積分?jǐn)?shù)1.0×10-5，需要預(yù)熱60 min[18]。新西伯利亞地球物理儀器儀表制造設(shè)計(jì)所生產(chǎn)的“有色體”系列色譜儀，采用TCD檢測(cè)方式，可分析C1—C5的烴組分，分析周期80 s，最小檢知體積分?jǐn)?shù)1.0×10-5[19]。檢測(cè)二氧化碳和硫化氫的設(shè)備為通用設(shè)備，選擇余地大，兼容性強(qiáng)。

1.5 巖屑參數(shù)分析技術(shù)

俄羅斯分析巖屑參數(shù)的手段與我國(guó)差別不大[20]。一般配備電子天平、高倍顯微鏡、巖屑分析篩和巖屑烘干箱等必備測(cè)量?jī)x器[21]。此外，熒光燈用于干濕巖屑的熒光分析；四氯化碳用于滴照熒光分析[22]；巖屑密度計(jì)用于分析泥頁(yè)巖的密度，判斷地層壓力；碳酸鹽巖分析設(shè)備用于測(cè)定碳酸鹽巖的含量；密度孔隙度分析儀可同時(shí)測(cè)定巖屑的密度和孔隙度；剩余油測(cè)定儀可測(cè)量巖屑內(nèi)剩余油的含量，一般用于老油田開發(fā)[23]。

1.6 錄井信息化技術(shù)

俄羅斯錄井信息化技術(shù)主要用于井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、資料處理、數(shù)據(jù)傳輸與發(fā)布、資料審核和資料綜合應(yīng)用等[24]。錄井信息化技術(shù)專家及甲方可以實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)資料，前后方協(xié)同進(jìn)行鉆井過程監(jiān)控、油氣水發(fā)現(xiàn)及落實(shí)、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和儀器維修保障等[25]，改變了以往電話、傳真匯報(bào)或后方專家去井場(chǎng)等落后的工作方式，提高了錄井服務(wù)質(zhì)量及工作效率[26]。

2 俄羅斯錄井技術(shù)特點(diǎn)分析

2.1 儀器房布局簡(jiǎn)單實(shí)用

GeoNEXT綜合錄井儀、DLS綜合錄井儀、Advantage綜合錄井儀、Geolog綜合錄井儀和我國(guó)的綜合錄井儀的儀器房大多為落地式，卡車將儀器房運(yùn)至井場(chǎng)后用吊車移至地面，錄井作業(yè)結(jié)束后再用吊車移至卡車上運(yùn)走[27]。俄羅斯綜合錄井儀的儀器房一般固定在牽引車的托板上，錄井作業(yè)過程中不用將儀器房從托板上移至地面，錄井作業(yè)結(jié)束后用牽引車拖走即可，方便靈活，成本低。俄羅斯綜合錄井儀的儀器房體積較大，長(zhǎng)度可達(dá)16 m以上，儀器房?jī)?nèi)部一般分為3個(gè)獨(dú)立空間，分別為氣測(cè)錄井操作間、巖屑錄井操作間和生活間，這3部分之間有推拉門，方便工作人員出入，三位一體的格局方便操作人員將綜合錄井的地質(zhì)、氣測(cè)和工程等功能有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)[28]。由于俄羅斯天氣寒冷，儀器房地板一般具有電加熱功能，儀器房?jī)?nèi)始終保持較高的溫度，既能保證錄井儀正常運(yùn)行，也能讓操作人員有一個(gè)舒適的工作環(huán)境[29]。

2.2 儀器房不具備防爆防雷功能

鉆井井場(chǎng)為危險(xiǎn)區(qū)域，可能從井內(nèi)溢出易燃易爆和有毒有害氣體(如天然氣、二氧化碳和硫化氫等)，易燃易爆氣體容易引起火災(zāi)、爆炸，有毒有害氣體會(huì)對(duì)人身健康造成極大的威脅，甚至危及生命，尤其是海上鉆井平臺(tái)空間相對(duì)狹小，逃生困難，對(duì)安全的要求更高[30]。Schlumberger、Weatherford、Baker Hughes、Geolog等油田技術(shù)服務(wù)公司和我國(guó)錄井公司通常采用正壓防爆儀器房，防爆儀器房?jī)?nèi)部的壓力略大于室外大氣壓力，以保證綜合錄井儀器房?jī)?nèi)部不會(huì)侵入鉆井井場(chǎng)的危險(xiǎn)氣體，保證綜合錄井儀運(yùn)行安全，保護(hù)錄井資料及操作人員[31]。錄井儀的傳感器暴露于室外，當(dāng)遭遇雷擊時(shí)，強(qiáng)大的電流會(huì)通過傳感器導(dǎo)線進(jìn)入綜合錄井儀損壞儀器，甚至影響鉆井施工而造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。受觀念及技術(shù)發(fā)展的限制，俄羅斯綜合錄井儀儀器房的安全防護(hù)功能不足，不具備防爆和防雷功能[32]。

2.3 錄井傳感器類型豐富

俄羅斯錄井用的絞車傳感器，轉(zhuǎn)速及泵沖傳感器，立壓傳感器，電扭矩傳感器，鉆井液溫度、電導(dǎo)率傳感器，鉆井液出口流量傳感器和液位傳感器，與國(guó)際其他油田服務(wù)公司、國(guó)內(nèi)錄井公司相比盡管在形狀、體積和質(zhì)量等方面有一定差異，但其測(cè)量原理、量程和精度等方面的差別很小[33]。俄羅斯錄井用的鉆井液密度傳感器、大繩拉力傳感器、無觸點(diǎn)入口流量傳感器和液壓大鉗扭矩傳感器與國(guó)際其他油田服務(wù)公司、國(guó)內(nèi)錄井公司相比差異較大，其測(cè)量原理、量程和精度等大不相同[34]。俄羅斯不但有傳統(tǒng)的壓差式鉆井液密度傳感器，還研發(fā)了重錘式鉆井液密度傳感器及放射源式鉆井液密度傳感器，測(cè)量精度大幅提高，且放射源式鉆井液密度傳感器放射源的強(qiáng)度極低，對(duì)人體幾乎沒有危害。俄羅斯的大繩拉力傳感器通過應(yīng)變片測(cè)量大繩的拉力，進(jìn)而測(cè)量懸重，對(duì)環(huán)境干擾小，測(cè)量精度高。國(guó)內(nèi)大多不直接測(cè)量鉆井液入口流量，而是根據(jù)泵沖速度計(jì)算鉆井液入口流量，俄羅斯采用超聲波測(cè)量原理，在不破壞立管的情況下測(cè)量鉆井液流量。國(guó)內(nèi)一般不測(cè)量液壓大鉗的扭矩，而俄羅斯的綜合錄井儀一般配有液壓大鉗扭矩傳感器[35]。

2.4 定量脫氣能力不足

Schlumberger公司研發(fā)了FLAIR定量脫氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)將脫氣室體積固定，以避免脫氣鉆井液體積變化造成影響；攪拌電機(jī)裝有穩(wěn)壓器，以避免攪拌速度發(fā)生變化引起脫氣效率發(fā)生變化[36]；脫氣室配有加熱裝置，鉆井液溫度可保持恒定，能夠避免淺井及深水鉆井鉆井液溫度低造成脫氣效率過低；補(bǔ)充空氣管線裝有氣阻，使補(bǔ)充空氣的量恒定，以避免稀釋程度不一致[37]。俄羅斯的脫氣器大多采用常規(guī)電機(jī)帶動(dòng)攪拌棒的方式，其鉆井液入口和出口皆暴露在空氣中，工作過程中受眾多因素影響，脫氣器吃入鉆井液面有深有淺，造成脫氣鉆井液的體積有大有小；受鉆井液黏度及電壓影響，攪拌棒轉(zhuǎn)速有快有慢，造成脫氣量有大有??；井深不同，鉆井液溫度也不同，脫氣效率有高有低；脫氣空間處于開放狀態(tài)，補(bǔ)充空氣量不恒定，造成檢測(cè)氣體稀釋程度不一致[38]。

2.5 氣體高精度檢測(cè)能力欠佳

Weatherford公司研發(fā)的GC-Tracer多組分氣體檢測(cè)系統(tǒng)采用多個(gè)檢測(cè)模塊疊加的方式，除了檢測(cè)C1—C5烴組分外，還能檢測(cè)C6—C8烴組分、苯和甲苯、二氧化碳等，分析周期在60 s以內(nèi)，最小檢知體積分?jǐn)?shù)可達(dá)1.0×10-6[39]。國(guó)內(nèi)研發(fā)的定量檢測(cè)系統(tǒng)可分析C1—C8甚至更多碳原子數(shù)烴的烴組分，分析周期在90 s以內(nèi)，若只分析C1—C5，則可在30 s內(nèi)完成，最小檢知體積分?jǐn)?shù)5.0×10-6[40]。俄羅斯色譜儀采用FID和TCD兩種檢測(cè)方式，一般只分析C1—C5烴組分，分析周期為100 s左右，雖然俄羅斯色譜儀的最小檢知體積分?jǐn)?shù)為1.0×10-5，但是在檢測(cè)組分?jǐn)?shù)量、檢測(cè)周期皆不占優(yōu)勢(shì)的情況下給出的，若增加檢測(cè)組分?jǐn)?shù)量，縮短檢測(cè)周期，則最小檢知體積分?jǐn)?shù)很難達(dá)到1.0×10-5。俄羅斯色譜儀體積及質(zhì)量較大，使用及運(yùn)輸不便，國(guó)內(nèi)色譜儀質(zhì)量輕便，便于使用及運(yùn)輸[41]。

2.6 錄井信息化能力不強(qiáng)

國(guó)外錄井公司研發(fā)了基于WITSML數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的信息傳輸系統(tǒng)，開發(fā)了錄井信息服務(wù)一體化平臺(tái)，建立了遠(yuǎn)程作業(yè)中心，將地質(zhì)、鉆井、物探、測(cè)井、定向和錄井等資料進(jìn)行系統(tǒng)化采集及傳輸，大大提高了信息量，實(shí)現(xiàn)了鉆井過程遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、鉆井工程施工優(yōu)化、復(fù)雜情況在線分析、油氣顯示精確落實(shí)和專家遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)指揮等[42]。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，井場(chǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、連續(xù)性大大提高，基本實(shí)現(xiàn)了所有井信息傳輸全覆蓋[43]。俄羅斯錄井信息化技術(shù)處于起步階段，只對(duì)少數(shù)重點(diǎn)井的參數(shù)進(jìn)行采集及傳輸，且受通信技術(shù)的限制，在傳輸速率、穩(wěn)定性等方面有所欠缺；俄羅斯一般僅采集錄井參數(shù)，信息量較少；俄羅斯后方專家一般只對(duì)獲取的數(shù)據(jù)直接分析，缺少綜合應(yīng)用[44]。

2.7 特色錄井技術(shù)匱乏

國(guó)內(nèi)錄井技術(shù)在工程監(jiān)控、精細(xì)化資料采集、油氣層發(fā)現(xiàn)及評(píng)價(jià)、后勤支持等方面研發(fā)了很多特色技術(shù)[45]。俄羅斯錄井技術(shù)主要包括鉆井參數(shù)檢測(cè)分析技術(shù)、氣體檢測(cè)分析技術(shù)和巖屑分析技術(shù)，這3項(xiàng)技術(shù)只是綜合錄井的基本功能，手段相對(duì)單一，只能解決不太復(fù)雜的油氣藏的識(shí)別及評(píng)價(jià)問題，對(duì)特殊鉆井工藝及復(fù)雜油氣藏效果欠佳，如超深井鉆井安全監(jiān)控、鉆井地層壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、深水鉆井低溫鉆井液加熱及井深準(zhǔn)確性、頁(yè)巖氣藏甜點(diǎn)識(shí)別、水平井油氣層鉆遇率、致密油氣藏弱顯示識(shí)別及評(píng)價(jià)等，這些需要有針對(duì)性的特殊設(shè)備及技術(shù)來解決[46]。

3 應(yīng)用前景分析

3.1 引進(jìn)特色錄井傳感器，提高測(cè)量精度

俄羅斯特色錄井傳感器的測(cè)量精度高，應(yīng)用范圍廣，對(duì)環(huán)境及安裝條件要求不高，是國(guó)內(nèi)綜合錄井儀傳感器的有益補(bǔ)充。因此，建議引進(jìn)或研發(fā)重錘式鉆井液密度傳感器，應(yīng)用于高密度、高黏度鉆井液測(cè)量；引進(jìn)或研發(fā)放射源式鉆井液密度傳感器，提高測(cè)量精度，考慮放射源受到限制，可以進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化或自主研發(fā)；引進(jìn)或研發(fā)大繩拉力傳感器，應(yīng)用于傳感器安裝困難的鉆機(jī)及溫度變化較大的施工區(qū)域；引進(jìn)或研發(fā)無觸點(diǎn)入口流量傳感器，改變流量依靠理論計(jì)算、準(zhǔn)確性不高的局面；引進(jìn)或研發(fā)液壓大鉗扭矩傳感器，監(jiān)測(cè)大鉗的扭矩，避免損傷鉆具，保障鉆井安全。

3.2 引進(jìn)固井過程監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鉆井全過程監(jiān)控

俄羅斯開發(fā)了固井過程監(jiān)控設(shè)備，而國(guó)內(nèi)固井過程中靠人工測(cè)量水泥漿密度、溫度等參數(shù)，不連續(xù)，監(jiān)控力度不強(qiáng)，無法參與系統(tǒng)計(jì)算。因此，應(yīng)引進(jìn)或研發(fā)固井過程監(jiān)控設(shè)備，并開發(fā)相應(yīng)的軟件，以便在線測(cè)量水泥漿密度、溫度、流量和壓力等參數(shù)，將采集的參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)處理，實(shí)時(shí)跟蹤水泥漿的行進(jìn)速度、位置等，還可將采集到的參數(shù)存儲(chǔ)，進(jìn)行后期回放、分析。固井過程監(jiān)控設(shè)備與綜合錄井儀配合使用，并將固井軟件與錄井軟件相結(jié)合，可將固井過程參數(shù)與錄井參數(shù)融合，指導(dǎo)固井施工，實(shí)現(xiàn)鉆井全過程監(jiān)控。

3.3 對(duì)俄羅斯錄井設(shè)備進(jìn)行改造，提高其適應(yīng)性

為提高俄羅斯錄井設(shè)備在我國(guó)的適應(yīng)性，應(yīng)對(duì)其薄弱部分進(jìn)行升級(jí)改造：氣體檢測(cè)方面，升級(jí)現(xiàn)有色譜儀，提高檢測(cè)精度，縮短檢測(cè)周期；數(shù)據(jù)采集方面，升級(jí)采集接口，提高工程參數(shù)采集速率；錄井傳感器方面，將傳感器升級(jí)為高精度傳感器及無線傳感器，提高工程參數(shù)采集的準(zhǔn)確性及靈活性；安全保障方面，儀器房安裝防雷擊模塊，增強(qiáng)其防雷擊功能，避免雷雨天氣擊毀錄井儀，保障錄井儀的安全。

4 結(jié)論與建議

1) 我國(guó)錄井技術(shù)整體水平高于俄羅斯，但俄羅斯局部錄井技術(shù)要優(yōu)于我國(guó)。防爆儀器房、氣體定量分析、錄井信息化、特色錄井技術(shù)等方面我國(guó)的水平高于俄羅斯，而儀器房布局、鉆井參數(shù)采集、固井過程監(jiān)控等方面俄羅斯的技術(shù)水平優(yōu)于我國(guó)。

2) 建議將俄羅斯優(yōu)勢(shì)錄井技術(shù)引入我國(guó)，以補(bǔ)上我國(guó)錄井技術(shù)的短板，提高我國(guó)錄井技術(shù)的整體水平。