1、综合录井仪现场调校方法,郝远平,2012年5月,综合录井仪是测量仪器。测量要有准确性和一致性。在不同时间、地点，由不同的操作者，用不同仪器所确定的同一个被测量的量值，才有可比性。这样，测量仪器的调校需要统一的标准。标准规定了使用的标准物质（甲烷气样、混合气样、二氧化碳气样等）、标准信号源（计量器具、仪表）、具体要求、做法等。,一、气体检测仪的调校方法,1、主要原理 气体检测仪由以下单元组成：,仪器的主要功能：将随钻井液所携带出来的气体进行定性、定量分析。 流程：经脱气器脱出的气体由电磁泵抽送到分析器中进行分析。 气体分三路分析：全烃、烃组分、非烃（CO2）。,鉴定器（检测器）是将色谱柱流出组分
2、变成电信号，从而鉴别各组分浓度及含量的仪器，它是色谱仪中关键部件之一。常用鉴定器有氢火焰离子鉴定器和热导池鉴定器。近年来，红外检测器发展快，在烃类、非烃检测中都有应用。,2、 热导池鉴定器,CO2红外检测原理红外光源发射出120微米的红外光，通过一定长度气室，经气室中气体的吸收后，再经过一个4.26微米波长的窄带滤光片后，由红外传感器检测透过的4.26微米波长红外光的强度，从而可以分析CO2气体的浓度。检测其他气体原理相同，只是特定波长不同。,1、气体检测仪的基线气体检测仪的基线是气体检测仪的一项重要技术指标，稳定的基线为一条直线 。在仪器正常运行下，仅有载气通过检测器所产生的响应信号的曲线
3、。,一般情况下，调试气体检测仪基线的方法是：（1）调试各路气体的压力正常，新制造的仪器还要调节、测量各种气体的流速。（2）待压力调试完毕后，开机稳定。一般仪器的型号不同，所需要的稳定时间也不同。（2小时）（3）待基线基本稳定后，根据仪器的说明或要求调节仪器的零位。,2、气体检测仪的满度 在仪器正常运行下，注入样气浓度为气体检测仪的测量高限的样气通过其检测器所产生的响应信号。通常用信号曲线的峰高或峰面积作为定量的依据，其数值的大小将影响气体检测仪工作曲线的斜率K。,气体检测仪工作曲线的示意图k为气体检测仪工作曲线的斜率,3、分离度气体检测仪的分离度是指样气中的各组分在载气携带下通过色谱柱分离后在
4、检测器所产生的不同响应信号的曲线分离度。反映色谱柱将两相邻组分分开的能力，它等于相邻两组分色谱峰保留时间之差与两组分色谱峰蜂宽总和之半的比值。,要求：（1）气体检测仪的分离度要求各组分在分析周期内要分析完毕；（2）C1与C2之间的分离度要足以区分。标准要求：SY/T 5190-2007:色谱分离度（甲烷1%、乙烷1%）：0.85；SY/T 6679.2-2009:色谱分离度（甲烷10%、乙烷0.1%）：不小于1.0。4、保留时间烃组分从进样到出现最大值所需要的时间，它是衡量气体检测仪性能好坏的一项重要指标。气体检测仪的保留时间一般是指在特定的条件下所确定的（如特定的载气流速、压力、色谱柱的温度
5、等）。,调整时间窗可以通过分析单元前面板注入组分混合样，依据样品出峰曲线，通过拖拽曲线绘制区的时间窗条带，来保证最高峰值的采集。有些设备保留时间的调整是计算机调整时间窗的开窗闭窗时间，有些可以在图上直接用鼠标拖拉开窗闭窗门限。,注意： 调保留时间时必须设备 稳定，特别温度恒定,5、最小检测浓度最小检测浓度是指气体检测仪在注入最小样气浓度时所产生能被测量的响应。它也是衡量气体检测仪的一项重要技术指标。在现场应用发现油气层的意义并不很大。 调试方法：根据气体检测仪所能测量的样气最小检测浓度，配制样气，注入到气体检测仪中，记录气体检测仪所产生的响应，该响应应是仪器噪音的2倍。不同的仪器给出了不同的最
6、小检测浓度。标准要求：SY/T 5190-2007:全烃、烃组分：110-5；二氧化碳：不大于210-3 。SY/T 6679.2-2009:全烃：不大于0.01% ；烃组分：不大于0.001% ；二氧化碳：不大于0.2%。,6、工作曲线 按照气体检测仪的测量范围，从小浓度的样气开始，分别注入不同浓度的样气，到大浓度的样气，一般取0.1%、0.5%、1.0%、5.0%、10.0%、20.0%、50.0%、100%八个点（或依据色谱仪说明书要求），记录样气浓度和产生的信号值，并将该数值输入到计算机中，刻度气体检测仪的工作曲线，同时绘制气体检测仪的工作曲线。待气体检测仪的基线重新稳定并回到零位后，
7、依次注入0.1%、1.0%、10%三个点，记录计算机采集的浓度，检验工作曲线的准确性。,7、重复性采样重复性反映气体检测仪工作稳定的一项重要技术指标。 调试方法：选取一种浓度标准样气，重复注入到气体检测仪中，一般不少于2次，计算2次测量数据的相对标准偏差（分散性）作为气体检测仪的重复性。标准要求：SY/T 5190-2007:重复性误差：5%；SY/T 6679.2-2009:全烃、烃组分重复性：不大于3%；二氧化碳重复性：不大于2.5% 。,二、传感器调校方法根据个人工作侧重不同，主要讲解现场传感器标定方法等内容。,一）、压力传感器 二）、绞车传感器 三）、霍尔效应扭矩传感器 四）、泵冲传感
8、器 五）、密度传感器 六）、电导率传感器 七）、温度传感器 八)、硫化氢传感器 九)、流量传感器 十)、体积传感器 十一）、特殊传感器,一）、压力传感器1、基本原理压力传感器按照用途可分为悬重、立管压力、套管压力和液压扭矩四种传感器。各种类型压力传感器原理基本相同 。传感器的核心压力应变片：包括电阻应变片、半导体式、压阻式、电感式、电容式等类型。压力感应部分是一个集成压敏元件组成的惠斯顿电桥，由于硅材料的压阻效应，在恒压供电的条件下，桥路输出信号与被测压力成正比。该信号经过变送器处理，最后输出4-20mA电流信号。,立压、套压一般为40MPa，特殊地区套压要求105MPa ；悬重、液压扭矩为5
9、-10MPa。 同一类传感器形状一样，只是量程不同。 立压：是测量立管压力的重要参数。对于提高钻井效率有重要意义。可以反映钻具刺穿、钻具断裂或脱落、钻头水眼堵塞及泵故障等多种事故征兆。通过油轮安装在立管上。,2、调校方法根据传感器的量程和传感器输出电流的对应关系，按下式计算出传感器输出电流的理论值。I （16/M ）P + 4 式中：I 传感器输出电流的理论值，单位为毫安（mA）； M 传感器的量程，单位为兆帕（MPa）；P 传感器承受的压力示值，单位为兆帕（MPa）。 3、现场标定： 1）、实验室调校只是针对传感器本身进行，在现场标定，还包括仪器油轮的传压、线路、采集系统、标定数据等部分，属
10、于综合标定，是对压力传感器系统各个环节检查。 2）、使用压力校验台进行逐步给压予以标定。,4、现场安装应注意的问题：1）安装时一定要在无压力状态下，这样才能保证快锁接头良好连接，压力良好地传递。2）由于管线内压力大，各处接点要确保密封。3）使用游轮转接时，游轮胶杯内液压油要保证充满不留气体且不能有压力。4）液压扭矩安装时，保持液缸液压油适中。5）套压传感器没有传压装置，必须在试压时进行标定，并查看密封情况。,二）、绞车传感器 1、基本原理 绞车传感器通过大钩高度来测量井深。安装在钻机滚筒轴上。该传感器是由一个定子部件和一个转子部件组成。定子部件为一个金属圆盘外壳，其上并排安装有两个马蹄形邻近探
11、测头；转子部件为一个具有12个方齿的齿轮。在安装传感器时，转子与滚筒轴被固定在一起，定子部件固定不动，当大钩上提下放时，滚筒转动，转子随之转动 。,光耦式传感器探头,绞车传感器,绞车传感器的种类很多，常用的有光学编码、接近开关及光电耦合式传感器。下面以光电耦合式传感器为例介绍传感器的调校方法。光电耦合式绞车传感器的电路原理图如下图 。,图中D1、D2为发光二极管，发出红外线。T1、T2为光敏三极管，二者集成在光电耦合器感应探头中。图中的其它电路都集成密封在传感器上。当遮光片（光齿）随绞车轴转动时，分别阻断、导通光电耦合器中的红外线，使绞车传感器输出脉冲信号。,当遮光片（光齿）阻断红外线时，光敏
12、三极管的基级没有输入信号，三极管处于截止状态，输出脚A（B）输出低电平。当遮光片（光齿）导通红外线时，红外线照射到光敏三极管的基级，三极管处于导通状态，输出脚A（B）输出高电平。遮光片（光齿）采用圆盘状十二齿交错结构，根据光齿结构将光电耦合器感应探头在安装位置上进行设计和调节就可以使A、B两脚输出相应位差为90的脉冲信号。,两路脉冲信号经过绞车板电路触发、鉴相、倍频处理后，就可以输出48个脉冲信号（绞车传感器每转动一圈）。,2、绞车传感器的主要技术指标绞车传感器在正常工作情况下，主要有以下技术指标：（1）工作电压：3-15V（DC），一般采用5V（DC）供电。（2）输出脉冲信号电平：高电平4.
13、3V；低电平0.5V(5V供 电时)。（3）动作响应时间：150us。（4）灵敏度：7.5/脉冲（每周48个脉冲）。（5）精确度：1脉冲（传感器转动一周）。,3、现场方法：,4、绞车传感器安装注意事项： 1）绞车传感器转子与滚筒轴处于同心圆，绞车盘垂直安放。 2）传感器转动灵活且牢固固定。 3）传感器安装远离电磁刹车的一端。,三）、电扭矩传感器 1、基本原理 扭矩传感器是测量转盘扭矩的传感器 。用来判断钻机负荷或钻头寿命终结。传感器卡在驱动转盘的电机动力线上。电扭矩传感器主要根据霍尔效应原理制成的，使用时套在电动钻机转盘动力电缆上，当电缆线中有电流通过时，在电缆线周围产生一个磁场，且磁场强度与
14、通过电缆线的电流成正比。这个磁场使处于其中的霍尔元件产生一个电势，称霍尔电势。当传感器的激励电流恒定时（一般为100mA），霍尔元件输出的电势与所处的磁场强度成正比。当转盘扭矩变化时，转盘动力电机的负荷变化，因此通过动力电缆的电流变化，从而引起传感器输出信号变化。,2、电扭矩传感器现场标定：1）电扭矩传感器以钻台扭矩仪为参考值，实现磁能跟力的转换。2）标定时需要在扭矩稳定时读数标定，需要两人，一人在钻台观察，一人在仪器房标定，需做到同时。 3、扭矩传感器安装注意事项：1）安装前要确定电机是直流还是交流，跟传感器是否匹配。2）直流电机安装时电流方向跟传感器上红点保持一致。3）确定安装在三相四线制
15、的火线上。,四）、泵冲、转速传感器 1、基本原理泵冲速指单位时间内泥浆泵作用的次数。它是计算钻井液入口排量及钻井液迟到时间的重要参数，还可用于判断泵故障或井下异常。安装在泥浆泵或护罩上。 转速是指单位时间转盘的转数。是记录机械转速的重要参数，辅助判断钻头寿命终结、卡钻等井下故障。安装在转盘护罩等处。泵冲、转速属于临近是传感器，邻近探测头实际上是一个无触点开关，它由一个振荡器组成。在振荡线圈感应面的前方产生一个交变电磁场。当有金属片接近振荡线圈时，探测头附近的高频磁场在金属片中感应出涡流，造成较大的能量损失，输出一个低电压信号；当有金属片远离振荡线圈时，探测头附近的高频磁场的能量损失较小，此时输
16、出的电压近似于传感器振荡线路供电电压，因此输出一个高电压信号。,主要原理下图是工作原理示意图。,2、泵冲、转速传感器现场校验：泵冲传感器校验先用秒表测量泵速（转速），以计数值为参考值进行标定。有些设备需要调整转数系数进行标定，这需要几次计数标定。注意：记录的泵速以缸套来回一次为一个泵冲数，不能数大（小）轮的转数。 转速不好计数时，可以简单参考井队转速表。 3、泵冲、转速传感器现场安装注意事项：泵冲（转速）传感器与感应块必须对齐，一般间距不大于10mm，在条件允许下，感应块尽量大，感应块跟传感器必须固定牢固。,五）、密度传感器 1、主要原理 钻井液密度是实现平衡钻井的重要参数。也是发现油气水的重
17、要手段。目前连续测量液体密度的方法大多采用微压差原理，即利用两个压力敏感探头检测液体在两个敏感探头上产生的压力差，然后通过变送器中进行数据处理、转换，输出4-20mA信号。,上下压力敏感探头的距离为H，当浸入液体的密度为时，在两个探头上产生的压力差为：P=gH式中：-钻井液密度，kg/m3；H-两压力敏感探头间距离，m； P-两个压力敏感探头之间压力差，N/m2 ；g-重力加速度，N/kg，一般取g=10 N/kg,当P取单位为kPa；取单位为（g/cm3）；H取单位为cm时； 上述公式转变为 =10P/ H基于上述原理，密度传感器的类型主要有电容型远传隔膜式压差密度传感器，硅谐振式远传微压差
18、密度传感器，扩散硅电阻型远传隔膜式密度传感器。 前密度传感器两个压力敏感探头之间距离有三种，即H=30cm、H=45cm、H=60cm， 当传感器的测量范围为0.96g/cm3-2.76g/cm3时，液体密度值与理论电流值之间的对应关系见下式：I （16/M ）（0.96）4式中：I传感器输出的理论电流值，单位为毫安（mA）；M传感器的量程，单位为克每立方厘米（g/cm3）密度值，单位为克每立方厘米（g/cm3）。,2、传感器实验室调校根据公式计算液体密度值与压力差值之间的对应关系，计算液体密度值、压力值与理论电流值之间的对应关系，数据可以做为调校密度传感器的依据。液体密度值与压力值对应关系数
19、据表,注：表中的H为传感器两个探头中心之间的距离,3、密度传感器现场标定：现场传感器的标定以钻井液密度计为参照，现场安装前使用水柱进行标定，开钻后从低密度就开始用密度计校准、标定。如果传感器规范安装一般误差不大，误差超过标准要求，就要系统检查、分析原因。 4、密度传感器安装注意事项：1）出口安装在振动筛前的缓冲罐内；2）入口安装在与钻井液泵相连的循环罐；3）保持无沉砂掩埋压力盘，并且钻井液面一直没过上部压力盘；4）传感器必须垂直安装；5）压力盘面朝钻井液扰动小得一面，如出口传感器压力盘面背对架空槽出口。,六）、电导率传感器 1、基本原理 钻井液电导率是检测钻井液中矿化度的重要参数，可辅助分析地
20、层流体性质，评价油气水层。电导率传感器通常采用无电极方式，是由两个线圈组成的感应元件、温度补偿元件及支架等组成,感应元件的两个线圈，一个称为初级线圈，一个称为次级线圈。给初级线圈提供一个 20kHz的交变电流驱动信号，在其周围产生一个交变电磁场，在次级线圈中感应出电流。当传感器处于空气中时，由于空气的导磁率很小，在次级线圈中感应出的电流很小。设想有一根导线通过两磁环而闭合，那么初级线圈中磁通的变化会在该闭合导线中感应出电流，而该电流又会在次级线圈中感应出电信号，而且次级线圈中感应电势的大小，取决于闭合导线中电流值。当初级线圈中所加的交流电压一定时，该电流值的大小又由闭合导线的电流值决定。综上所
21、述，次级线圈感应电势的大小，完全取决于闭合导线的电阻值 。如果把初级线圈置于钻井液中，则钻井液就起了闭合导线的作用。在理想情况下，次级线圈的输出电压的大小与钻井液的电阻率成反比。,传感器的温度补偿装置，补偿了由于温度变化而产生的电阻率的变化。传感器由两个部分组成：电导率变送器和传感器感应探头。在传感器感应探头中有两个平行放置的激励线圈和感应线圈，变送器的振荡电路产生8KHz、1.5V的激励电压，传输到激励线圈。将被测泥浆回路看作两个线圈的公共激励线圈，随着泥浆电导率的不同，感应线圈上感应的电压不同，此感应电压经过相敏放大解调，再经过直流放大及滤波，最后经电压、电流变换得到420mA输出。,2、
22、电导率传感器标定将下图电阻箱用穿过传感器圆环的1米长3mm铜芯导线连接，用检测表中数据进行测量。并将数据进行分析，根据规范确定是否合格。,3、电导率传感器安装注意事项：1）出口安装在振动筛前的缓冲罐内；2）入口安装在与钻井液泵相连的循环罐；3）保持钻井液面一直没过检测探头；4）保护罩内确保没有铁丝等金属物。,七）、温度传感器1、基本原理 温度传感器是检测钻井液温度的重要参数，可辅助分析地层流体性质，评价油气水层。温度传感器是采用铂丝制成的测温电阻器，利用铂丝的电阻值随温度变化而变化的原理将钻井液温度值转化为铂丝的电阻值，实现钻井液温度的测量。目前钻井液温度传感器选用Pt100为感温探头，R=1
23、00+0.385t温度传感器探头的内部结构示意图如下图所示。,温度传感器,2、现场标定方法：下表是Pt100温度传感器的温度、电流、热敏电阻对应关系，供参考,3、 传感器安装注意事项1）出口安装在振动筛前的缓冲罐内；2）入口安装在与钻井液泵相连的循环罐；3）保持钻井液面一直没过检测探头，不能被沉砂掩埋；4）传感器距离循环罐或缓冲罐不小于20cm。,八）、硫化氢传感器1、基本原理硫化氢传感器是测量空气中（或钻井液中）硫化氢含量的重要参数，对于含硫油气井安全钻井至关重要。传感器类型有半导体感应、 电化学式、燃烧式等。其工作原理是将硫化氢转变为电信号，电信号经电路处理后，输出与硫化氢浓度成正比的标准
24、电流（4mA-20mA）信号。,传感器由感应探头和变送器组成。感应探头是将硫化氢气体转变为可以测量的电信号；变送器是将电信号转换为标准电流信号。部分传感器具有浓度显示功能。,2、传感器现场标定方法 1）现场标定在传感器通电稳定后标定零位。 2）现场使用10ppm（或20ppm）、50ppm（或100ppm）进行标定。 3）现场最好使用标定罐进行校验，并控制稳定流量。 4)在要求时间内（一般60s）要求达到所用浓度的90%。 5）传感器必须根据规定每年送到有资质的部门校验。 一般硫化氢可以按下式计算出传感器各校准点输出电流的理论值 用此数值判断设备故障I （16/M ） + 4式中：I 传感器各
25、校准点输出电流的标准值，单位为毫安（mA）；M 传感器的量程，单位为百万分之一（10-6）； 传感器各校准点硫化氢浓度值，单位为百万分之一（10-6）。,3、传感器现场按照注意事项：1）在含硫油气井或新区探井，根据不同要求，传感器安装在样气管线、钻台、循环罐、方井、室内等位置；2）传感器必须探头朝下；3）使用时，必须摘下防潮保护帽，装上防尘护罩；4）出口区传感器要求探头距液面不大于50cm；5）仪器房尾气传感器，探头必须接入气路放空尾气；6）停止使用时（停电），换上防潮保护帽，并在帽内放置干燥剂。,九）、流量传感器 1、主要原理流量传感器是测量钻井液返出量的重要参数，是一个相对变化量。可以判断
26、井涌、井漏等工程事故。流量传感器的核心测量元件是一个半圈电位器。传感器的工作原理是靶在钻井液的冲击力的作用下转动，电位器的轴随传感器的靶轴转动而转动，从而改变电位器的输出电阻。电阻的变化通过变送器输出4mA-20mA电流信号。,传感器主要结构是由测量装置及信号转换两部分组成。测量装置包括靶和固定板；信号转换由电位器、变送器组成。,2、传感器现场标定 1）现场安装固定前进行零位和满量程的观察试验。2）安装固定后，在架空管线无流量（停泵）时，标定为零位，在满排量（或满量程）时标定为100%。3）流量传感器为相对出口流量，停泵时跟真实零位不同，跟架空管线的直径和倾角有关系。 3、传感器安装注意事项：
27、1）安装在架空管（槽）割开位置，选择坡度较小、人员容易安全到达的位置；2）传感器外不能有沉砂。3）视架空管（槽）的倾角大小和排量大小，可适当调整靶上重块，避免变化不灵敏或飘动太频繁。,十）、体积传感器1、基本原理体积传感器是监测钻井液循环罐的体积变化的重要参数，可以直接预报井喷、井漏等工程事故。现在使用的基本是超声波式体积传感器。体积传感器是根据超声波测距原理进行液面位置检测的。通过记录超声波发射与接收所需要的时间，测量传感器端面和被测液面之间的距离，该信号经电路处理后，输出与液体高度成反比（根据需要可以调整为成正比）的标准电流（4mA-20mA）信号。传感器由超声波发射与接收装置和变送器组成
28、。超声波发射与接收装置功能是测量传感器端面和被测液面之间的距离，变送器功能是将检测到的距离信号转换为标准电流信号。,2、传感器调试根据下式计算出传感器测量距离和输出电流的标准值之间的关系。I -（16/M ）（S-S0） + 4 （3）式中：I-传感器各校准点输出电流的标准值，单位为毫安（mA）；M-传感器的量程，单位为米（m）；S-传感器所测量的各校准点距离，单位为米（m）；S0-所设定的传感器测量距离的下限，单位米（m）。,3、传感器现场标定1） 首先测量循环罐的长、宽、高，计算出体积。可以参照实验室的调校方法进行标定，将高度跟体积对应，满池可以用挡板挡在罐面标定。2）4mA标定点高度不能
29、低于体积支架高度加上循环罐高度。3）注意：20mA点高度不能超过体积支架高度，以免液面满时，电流满偏，不能低于传感器的测量盲区（一般25mm）。 4、传感器的安装注意事项1）所有参与循环的钻井液罐必须全部安装，缺少一个就不起作用；2）传感器探头必须平行与循环罐液面，距离罐壁大于25cm；3）传感器编号跟循环罐编号一致；4）传感器禁止周围有杂物，避免遮挡探头。,十一）、特殊传感器安装使用随着钻井技术的发展，使用电动钻机和顶部驱动越来越广泛，电动钻机使用电动扭矩，顶部驱动没有地方安装转速传感器。 1）在使用井队提供的顶驱转盘和电动扭矩信号前，先通过井队清楚了解输出的信号类型（电压或电流）或量程，再将隔离栅调整为相对应的输入输出信号。 2）将设备备用通道选通，用电缆线将转速信号通过隔离栅连接到设备上选通的通道上。 4）顶驱转速现场标定用秒表实测钻速，或参看工程顶驱转速表。 5）电扭矩现场标定参照扭矩仪。此项测量也可以安装电扭矩传感器。,谢谢大家！,
