一种用于测定随钻井筒含气量的装置系统及方法与流程

本发明属于油气勘探，涉及一种用于测定含气量的装置系统，尤其涉及一种用于测定随钻井筒含气量的装置系统及方法。

背景技术：

1、录井技术是油气勘探与开发过程中最基本的技术，也是发现及正确评估油气藏最及时、最直接的手段之一。随着钻井技术的进步与油藏类型的增多，油气勘探复杂程度增加，油气层解释评价的难度也越来越大，如何快速、准确、合理地解释评价油气层，是录井技术发展的关键。

2、目前，对于油气层的解释评价技术还处于定性阶段，并未做到定量判断，对地层的含油性评价还存在一定误差。传统采用的气测全烃值是百分比相对概念，气测录井只能做到半定量分析，全烃值只能反应钻井液中气体含量的相对值，并不能反映出单位体积钻井液所含气体的具体含量，且在全过程中没有计量设备，常规气测录井仅能解决有没有的问题，或者定性描述有多少的问题，并不能给出定量的结论，而且气测录井给出的气测全烃值无法反映出钻井液的绝对含气量，也不能反映出井筒中钻井液的含气量，难以起到保证钻井井控安全的作用。

3、现有技术一般采用脱气器以及通过气测管线与脱气器密封连通的气相色谱仪。一种测量方法是将脱气器放在井口，将钻井液中的气体脱出，通过气测管线将脱出的气体送到气相色谱仪或其他气体分析设备中分析气体总量和成分组成。然而，这种方法分析得到的百分含量并不能反映单位体积钻井液中气体所占的百分比，也不能反映单位体积钻井液中的绝对含气量。另一种测量方法是按照一定的时间(或钻井深度))间隔或根据实际需要，在井口采集一定量的钻井液，将这些钻井液放到脱气器中进行脱气，然后读出脱出气体的体积，并且利用气相色谱仪或其他气体分析设备对脱出的气体进行总量及成分组成分析。这种方法虽然可以测量地面单位体积钻井液的绝对含气量，但是实时性差，不能连续分析。

4、由此可见，如何提供一种用于测定随钻井筒含气量的装置系统及方法，达到实时评价地层含气性和井控风险的目的，为地质和工程提供可靠依据，进而提高页岩气、煤层气及高压气藏勘探的开发效益，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于测定随钻井筒含气量的装置系统及方法，所述装置系统达到了实时评价地层含气性和井控风险的目的，为地质和工程提供了可靠依据，进而提高了页岩气、煤层气及高压气藏勘探的开发效益。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种用于测定随钻井筒含气量的装置系统，所述装置系统包括依次连接的过滤单元、输送单元和脱气单元。

4、所述输送单元将来自于过滤单元的钻井液定量输送至脱气单元。

5、所述脱气单元对钻井液进行搅拌，并测量脱出气体的流量。

6、本发明提供的装置系统通过依次连接的过滤单元、输送单元和脱气单元测得定量钻井液所脱出气体的流量，达到了实时评价地层含气性和井控风险的目的，为地质和工程提供了可靠依据，进而提高了页岩气、煤层气及高压气藏勘探的开发效益。

7、优选地，所述过滤单元包括钻井液过滤器。

8、优选地，所述钻井液过滤器为中空圆筒结构，且所述中空圆筒结构包括筛网状中空圆筒结构或狭缝状中空圆筒结构，起到过滤钻井液中泥沙的作用。

9、优选地，所述中空圆筒结构的长度为30-50cm，例如可以是30cm、32cm、34cm、36cm、38cm、40cm、42cm、44cm、46cm、48cm或50cm，进一步优选为45cm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

10、优选地，所述中空圆筒结构的直径为10-15cm，例如可以是10cm、10.5cm、11cm、11.5cm、12cm、12.5cm、13cm、13.5cm、14cm、14.5cm或15cm，进一步优选为13cm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

11、优选地，所述筛网状中空圆筒结构的筛网规格为600-800目，例如可以是600目、620目、640目、660目、680目、700目、720目、740目、760目、780目或800目，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

12、优选地，所述狭缝状中空圆筒结构的狭缝宽度为0.1-0.3cm，例如可以是0.1cm、0.12cm、0.14cm、0.16cm、0.18cm、0.2cm、0.22cm、0.24cm、0.26cm、0.28cm或0.3cm，进一步优选为0.25cm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

13、优选地，所述狭缝状中空圆筒结构的狭缝间距为1.5-2.5cm，例如可以是1.5cm、1.6cm、1.7cm、1.8cm、1.9cm、2cm、2.1cm、2.2cm、2.3cm、2.4cm或2.5cm，进一步优选为2cm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

14、本发明中，所述狭缝间距具体指代相邻两条狭缝的中轴线之间的距离，所述狭缝用于过滤钻井液中携带的颗粒物，防止其堵塞加热板及管道。

15、优选地，所述输送单元包括相互连接的定量泵和液体流量传感器，且所述液体流量传感器连接于脱气单元。

16、优选地，所述定量泵包括软管蠕动泵、机械隔膜计量泵或气动隔膜泵中的任意一种，进一步优选为软管蠕动泵或气动隔膜泵，且所述软管蠕动泵具体可选用pcmdelasco软管蠕动泵，所述气动隔膜泵具体可选用gmb5638矿用气动隔膜泵。

17、优选地，所述液体流量传感器包括电磁流量计或科里奥利质量流量计，进一步优选为科里奥利质量流量计，且所述科里奥利质量流量计具体可选用dn15的科里奥利质量流量计。

18、优选地，所述脱气单元包括脱气腔体和搅拌部件，且所述搅拌部件对脱气腔体内部的钻井液进行搅拌。

19、优选地，所述脱气腔体的表面设置有进气口、出气口和排液口，且所述进气口设置有补偿气体流量传感器，所述出气口设置有样品气体流量传感器，所述排液口为上倾式排液口。

20、本发明中，所述上倾式排液口的高度差可设定为35cm，以便防止排液口有气体泄露。

21、优选地，所述脱气腔体的主体为圆筒结构，且主体直径为15-25cm，例如可以是15cm、16cm、17cm、18cm、19cm、20cm、21cm、22cm、23cm、24cm或25cm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

22、优选地，所述脱气腔体的主体高度为20-30cm，例如可以是20cm、21cm、22cm、23cm、24cm、25cm、26cm、27cm、28cm、29cm或30cm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

23、优选地，所述补偿气体流量传感器和样品气体流量传感器分别独立地包括热质量流量传感器，无需温度压力补偿，具体可选用siargo气体流量传感器，量程选择0-5l/min。

24、优选地，所述搅拌部件包括相互连接的搅拌泵和搅拌棒，且所述搅拌泵设置于脱气腔体的顶部，所述搅拌棒设置于脱气腔体的内部，所述搅拌棒的底部还设置有3-4层搅拌桨。

25、优选地，所述搅拌泵包括电动机或气动马达，且转速≥1300rpm，例如可以是1300rpm、1400rpm、1500rpm、1600rpm、1700rpm、1800rpm、1900rpm或2000rpm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

26、优选地，所述搅拌泵的功率≥400w，例如可以是400w、450w、500w、550w、600w、650w、700w、750w或800w，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

27、本发明中，所述钻井液过滤器和定量泵之间、所述定量泵和液体流量传感器之间、所述液体流量传感器和脱气腔体之间分别独立地采用耐压胶管连接，且所述耐压胶管优选为dn16，外径25mm的橡胶耐压防爆管。

28、第二方面，本发明提供一种采用如第一方面所述装置系统进行测定随钻井筒含气量的方法，所述方法包括依次进行的测量原始参数、计算脱气效率、计算地面单位体积钻井液含气量、计算单位体积岩石含气量和计算井筒含气量。

29、本发明提供的方法基于特定结构的装置系统精确测量钻井液返出地面后进入脱气单元内的钻井液体积，结合脱气效率计算得到单位体积钻井液的绝对含气量，进而计算出单位体积地层岩石含气量和井筒内钻井液总含气量，上述三个含气量参数可以用于随钻实时评价地层含气性和钻进工况下井筒受气侵程度以及井控风险。

30、优选地，所述原始参数包括脱气量、补偿气量和参与脱气的泥浆体积。

31、优选地，所述计算脱气效率的过程包括：首先在时间点t1获取钻井液过滤器处的钻井液，再采用热真空蒸馏脱气器对所得钻井液进行脱气，读出脱气体积v1，然后查询在时间点t1+t2样品气体流量传感器记录的流量qs和补偿气体流量传感器记录的流量qa，最后计算脱气效率其中，t2为管线延迟时间。

32、本发明中，所述计算脱气效率是为了校正因钻井液密度、粘度等参数变化导致的钻井液在脱气腔体中脱出的效率变化。

33、优选地，所述计算地面单位体积钻井液含气量的过程包括：首先计算脱气腔体内钻井液脱出气体的流量qdf＝qs-qa，然后计算地面单位体积钻井液含气量式中，fd为进入脱气腔体内钻井液的流量，由液体流量传感器测得。

34、优选地，所述单位体积岩石含气量式中，rii为地面单位体积钻井液含气量，单位为ml/l；vol为钻井液泵排量，单位为l/min；rop为钻时，单位为min/m；d为钻头直径，单位为mm。

35、优选地，所述计算井筒含气量的过程包括：首先将井筒分为n个井段，再计算不同井段的环空体积，然后计算不同井段的环空含气量并根据气态方程换算出对应井段中温度及压力条件下的气体体积，最后将不同井段所得气体体积进行累加，从而得到井筒含气量。

36、优选地，所述井筒含气量包括钻进工况下井筒总含气体积和循环工况下井筒总含气体积。

37、优选地，所述钻进工况下井筒总含气体积的计算公式为：

38、

39、式中，n为根据套管和钻具结构划分的井段数，且n≥2，无量纲；q为钻井液泵排量，单位为l/s；pst为地面处的大气压，单位为mpa；riit为当前时间之前t秒时，地面单位体积钻井液含气量，单位为ml/l；temp1为当前时间之前t秒时，上返井深处的温度，单位为k；ρ为钻井液密度，单位为kg/l；g为常数，单位为n/kg；lagdepth为当前的迟到井深，单位为m；vj为钻井液在第j个井段的上返速度，单位为m/s；tj为钻井液在第j个井段的上返时间，单位为s；vm为钻井液在第m个井段的上返速度，单位为m/s；为t时刻，钻井液在第m个井段的上返时间，单位为s；temp为地面脱出气体的温度，单位为k。

40、优选地，所述循环工况下井筒总含气体积的计算公式为：

41、

42、式中，bitdepth为当前的钻头深度，单位为m。

43、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

44、(1)本发明提供的装置系统通过依次连接的过滤单元、输送单元和脱气单元测得定量钻井液所脱出气体的流量，达到了实时评价地层含气性和井控风险的目的，为地质和工程提供了可靠依据，进而提高了页岩气、煤层气及高压气藏勘探的开发效益；

45、(2)本发明提供的方法基于特定结构的装置系统精确测量钻井液返出地面后进入脱气单元内的钻井液体积，结合脱气效率计算得到单位体积钻井液的绝对含气量，进而计算出单位体积地层岩石含气量和井筒内钻井液总含气量，上述三个含气量参数可以用于随钻实时评价地层含气性和钻进工况下井筒受气侵程度以及井控风险。