一种用于在钻井流体中检测轻烃组分含量的录井检测系统 技术领域 本发明涉及到一种用于在钻井流体中检测轻烃组分含量的录井检测系统， 尤其涉 及到一种石油钻井录井领域中钻井液轻烃含量在线分离集成式检测系统。
背景技术 油气勘探钻井过程中， 钻头运行轨迹应向油气储藏丰富的地层钻进， 为此， 应及时 对钻头预期路径进行评判。钻遇地层的实际轻烃组分 ( 通常为 C1-C5 气体 ) 含量是代表 油气储藏的直接指标， 在钻井过程中地层轻烃含量直接同地层油气储量紧密相关， 如果在 钻井过程中能够及时掌握钻遇地层的轻烃含量， 一方面可及时为钻井施工决策提供帮助， 提高钻井效率， 另一方面还有助于及早发现井涌、 井喷等异常情况， 实现安全钻井。目前钻 井流体中轻烃含量常用的分离测定方法有井壁取芯、 电测技术、 综合录井三种。其中综合 录井是现在较多采用的方法， 它首先对井底循环至井上的钻井液脱出轻烃气体， 然后将轻 烃气体送至相应的气相色谱等检测仪器分析检测轻烃气体含量。 目前钻井液脱气方式主要 是在井上通过脱气器实现， 通过叶片或搅拌棒的搅拌脱出气体， 从钻井液里脱出的气体， 同 空气一起， 经样气管线泵入一台远程气体分析仪， 相关专利有 ： 自动电动脱气器 ( 申请号 ： 03238997)， 一种脱气器 ( 申请号 ： 200520046902) 等。此种脱气分析方法虽然简单， 但存在 许多内在缺点， 例如装置庞大， 轻烃气体真实含量与测量结果的不一致性、 非线性， 以及不 能准确定量和信息的滞后性等， 这些局限性不利于进行类似井或油田间数据的定量对比。 目前， 脱气方式一直是困扰实时准确分析钻井液中轻烃气体含量的瓶颈， 同时脱出的轻烃 气体经样气管线泵入一台远程气体分析仪， 增加了分析时间， 不能实现气体的实时检测。
使用膜作为分离轻烃气体手段， 进行直接测量的方法， 排除了使用传统的搅拌式 脱气方式进行气体测量时产生的矛盾与误差， 并可将气体检测部分置于气体分离部分旁边 增强气体组分变化对检测结果的时效性， 检测数据的无线或有线传输可提高此技术的实时 及现场应用范围。 本项发明的气体膜分离检测技术在油气勘探录井中， 可有效提高可信度， 可大幅度地提高油气勘探与开发的成功率。
发明内容 本发明涉及到一种用于在钻井流体中检测轻烃组分含量的录井检测系统， 尤其涉 及到一种油气勘探录井中钻井液所含轻烃含量集成式在线分离检测系统， 本发明的目的在 于提供一种能实时检测钻井液所含轻烃组分含量的分离及定量检测技术， 解决传统油气勘 探录井中轻烃气体检测方法的滞后性、 信号误差大以及不能准确定量等问题。
本发明是通过以下技术方案加以实现的 ：
本发明的一种用于检测轻烃组分含量的轻烃组分分离检测系统由气体膜分离、 气 体检测和数据传输三个单元部分组成。 所述的气体膜分离单元包括气体膜分离探头及保护 装置， 气体检测单元为气相色谱或红外检测装置， 数据传输单元采用的是无线或有线传输 方式， 将检测的轻烃含量， 即录井信息， 送至本地或远程监控。 其中， 气体膜分离单元的气体
膜分离探头， 通过气体管线与气体检测和数据传输单元连接， 经膜分离装置脱出的样气沿 着气体管线经泵输送进入气体检测单元检测， 检测获取的数据通过数据传输单元送至本地 或远程监控， 气体检测和数据传输部分封装在防爆盒内。
本发明的录井检测系统， 其原理如下 ： 当气体膜分离探头直接浸入钻井液时， 轻烃 溶解气和游离气由于分压的差异和膜片的可渗透性而渗过膜片， 本发明采用的膜材料为高 分子材料膜， 能够选择性透过轻烃组分。 分离出的轻烃气体透过膜后进入载气， 依靠微型泵 输送， 可将携带有轻烃气体的载气输送至气体检测仪分析， 采用的气体分析仪可以是气相 色谱或者红外检测仪以及其它气体检测仪器， 载气可以是空气或者氮气等惰性气体。载气 经检测后， 回收或排放至大气。按照检测所需的轻烃含量信息可将气体检测分为全烃和轻 烃单组份检测分析， 检测获取的检测信号或数据， 再经数据传输部分将数据以无线或有线 方式传输至本地或远程， 实施监控， 获取信息。
本发明所述的气体膜分离、 气体检测和数据处理及传输三个单元均可实现小型 化、 集成化， 气体检测及数据处理单元部分可就近安装在气体分离单元旁边， 提高检测值的 时效性。
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点 ： 本发明使用气体分离膜对钻井流体中轻烃气体进行分离， 提升了分离效率， 减小 了分离所需的能耗 ；
本发明将气体检测及数据处理及传输部分置于气体分离部分旁边， 不需要使用井 上机械脱气时脱气器长样气管线， 缩短了分析周期， 并且能够将设备小型化、 集成化、 定量 化；
本发明使用无线或有线传输方式可将数据信号反馈至本地或远程监控， 减小了信 号分析的时间， 可快速获取钻井流体中轻烃组分含量信息。
综上所述本发明与常规钻井流体轻烃组分检测方法相比具有分析时间快、 准确、 灵敏度高、 可连续取样、 在线分析， 利用红外或气相检测能进行定性定量分析， 工作环境适 应能力强， 操作简单， 适用于油气勘探等领域。
附图说明
图 1 是本发明的录井检测系统的结构示意图。 图 2A 是本发明气体膜分离单元中空膜管分离探头简图。 图 2B 是本发明气体膜分离单元平板膜分离探头简图。 图 3 是本发明与常规钻井液气体检测全烃含量随时间的变化图。具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的技术进行进一步的说明， 但本发明并不限于此。
由图 1 所示 ： 本发明的一种用于检测轻烃气体含量的气体分离检测系统由气体膜 分离单元 1、 气体检测单元 2 和数据传输单元 3 三个部分组成。微型恒流泵 4 通过载气输送 管线 9 输送从入口 7 进入的载气， 依次经过进入气体膜分离单元 1 和气体检测单元 2， 然后 经出口 8 排出系统， 用于输送气体膜分离单元 1 分离出的轻烃气体。气体膜分离单元 1 为 装配有中空膜管或平板膜的膜分离探头， 当气体膜分离探头直接浸入钻井液时， 溶解轻烃气和游离轻烃气由于分压的差异和膜片的可渗透性而渗过膜片， 气体分离膜将钻井液中轻 烃气体分离出来， 分离出的轻烃组分经载气携带进入气体检测单元 2， 气体检测单元 2 为一 台气相色谱检测仪或红外检测仪， 可定性定量检测轻烃组分或全烃含量， 检测信号 10 进入 数据传输单元 3， 数据传输单元 3 包括微处理器以及一套可将数据转化为信号的数据处理 模块， 检测的轻烃组分或全烃含量信号可通过无线传输天线 5 或有线传输线缆 6， 传输至本 地或远程监测。获取的钻井液中轻烃组分含量信息， 可进一步判读地层轻烃含量及油气储 藏信息。 其中， 微型恒流泵 4、 气体检测单元 2 及数据传输单元 3 安装在同一防爆盒内， 实现 小型化安全集成。
其中， 所述气体膜分离单元 1 有两种形式， 一种包括装配中空膜管 11 的膜分离探 头， 如图 2A 所示， 另一种包括装配平板膜 12 的膜分离探头， 如图 2B 所示。
图 2A 所示， 本发明所述中空膜管分离探头包括膜探头组件及保护套管， 膜探头组 件包括上下两个柱体， 上部柱体有两个孔道， 分别是载气进口 15 和出口 16， 下部柱体表面 为双螺旋螺芽， 气体分离中空膜管按照双螺旋的形式装配到探头上去， 两端分别连接载气 进口和出口， 用载气输送经膜分离出的轻烃气体。保护套管 13 为侧壁开槽或多孔套管， 依 靠螺孔或螺纹将膜探头与保护装置套管固定连接， 保护中空膜管不被流体中固体颗粒损 伤。
如图 2B 所示， 本发明所述的平板膜分离探头为长方体状， 包括膜探头组件及平板 膜两部分， 平板膜与组件之间依赖机械连接， 包括上下两个部分， 上部有两个孔道， 分别是 载气进口 15 和出口 16， 下部表面覆盖有平板膜， 两层平板膜之间空间连接载气进口和出 口， 用载气输送经膜分离出的轻烃气体。 所述的膜保护装置为金属丝网 14， 覆盖于平板膜表 面， 丝网多孔结构可保证钻井流体能够流经平板膜表面， 并且保护平板膜表面不被流体中 固体颗粒损伤， 保护装置依靠机械密封方式与膜分离探头固定。
如图 1 所示， 本发明所述的微型恒流泵 4、 气体检测单元 2 以及数据传输单元 3 均 实现小型化集成设计， 置于同一小型安全防爆盒内。本发明所述的膜分离探头通过不锈钢 或高分子聚合物管线与微型恒流泵 4 连接， 利用输送载气， 将膜分离探头分离出的轻烃气 体输送至气体检测单元 2。
实施实例 1
为了体现本发明的实施效果， 在相同条件下， 在胜利油田东营某钻井区块， 本发明 的装置与方法与常规钻井液机械脱气器脱气气体检测方法进行了比较， 获取的实时数据如 图 3 所示， 通过与传统脱气录井相比， 运用气体膜分离脱气送入检测具有如下优点 ：
1) 气体膜分离单元与气体检测单元集成在一起， 可最小限度的减少检测的延时时 间， 提高了检测的实效性 ；
2) 能够很好的定量出轻烃气体在泥浆中的含量， 增加录井信息的准确性 ；
3) 运用膜分离脱气灵敏性较之传统脱气方式将会大大提高， 将会提高对薄气层的 勘探成功率 ；
4) 采用本发明的方式录井， 不需机械搅拌部件， 与传统机械脱气录井方式相比， 能 耗降低， 维护费用降低。
本发明提出的用于检测钻井流体中轻烃组分含量的气体分离检测系统， 已通过实 施实例进行了描述， 相关技术人员明显能在不脱离本发明的内容、 精神和范围内对本文所述的系统和方法进行改动或适当变更与组合， 来实现本发明的技术。 特别需要指出的是， 所 有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的， 它们都被视为包括在本发明 的精神、 范围和内容中。