Исследование и разработка хроматографа для газового каротажа скважин. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Симонгауз, С. Э.

• Симонгауз, С. Э.
• 1973

Оглавление диссертации Симонгауз, С. Э.

Введение

Глава I. Обзор развития техники и методики компонентного газового анализа цри газовом каротаже скважин и требования, предъявляемые к газокаротажному хроматографу

1.1. Обзор развития техники и методики компонентного газового анализа цри газовом каротаже скважин

1.2. Разработка технических требований, предъявляемых к газокаротажному хроматографу

Глава П. Исследование путей проведения компонентного анализа по стволу скважины

ПЛ. Проведение компонентного анализа по стволу скважины с помощью хроматографа, осуществляющего анализ дискретных проб бурового раствора

П.2. Проведение компонентного анализа по стволу скважины с помощью системы, включающей дегазатор непрерывного действия и газовый хроматограф . 64 П.З. Исследование путей реализации высокочувствительного компонентного "экспресс-анализа" газовоздушной смеси, поступающей в хроматограф из дегазатора бурового раствора.

Глава Ш. Разработка газокаротажного хроматографа для црове-дения компонентного анализа по стволу скважины и исследование его основных технических характеристик

Ш.1. Разработка методики определения концентраций предельных углеводородов в газовоздушной смеси при газовом каротаже скважин

III.2. Исследование технических характеристик пламенно-ионизационного детектора и оцределение оптимального режима его работы в газокаротажном хроматографе

Ш.З. Разработка технических решений, обеспечивающих оптимальный режим работы газокаротажного хроматографа

Ш.4. Газокаротажный хрома термограф типа ХГ-1Г.

Ш.5. Разработка методики калибровки хроматермографа

ХГ-ГГ, проведения компонентного анализа с прибором и обработки результатов измерений.

Глава 1У. Результаты промышленного внедрения хроматермографа типа ХГ-ГГ.

IV.1. Результаты сравнения эффективности эпизодической методики компонентного анализа с методом компонентного анализа по всему стволу скважины

1У.2. Оцределение эксплуатационных характеристик хроматермографа типа ХГ-1Г в промышленных условиях

1У.З. Определение эффективности разработанной методики оперативной интерпретации результатов измерений, проводимых с помощью хроматермографа типа ХГ-ГГ при газовом каротаже скважин. 14Э

Основные результаты работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка хроматографа для газового каротажа скважин.»

Важнейшая роль нефтяной и газовой промышленности в развитии социалистической экономики неоднократно подчеркивалась В.И.Лениным.В прозтраммных докутйентах КПСС, в части развития нефтяной и газовой промышленности, предусматривается значительное увеличение темпов роста добычи нефти и газа. Так, перспективный план развития нефтяной и газовой промышленности предусматривает доведение к 1980 г.добычи нефти до 700-710 мян.т, а газа до 720 млрд.м^ в год.Запланированные темпы роста добычи нефти и газа достижимы при условии совершенствования методов нефтегазопоисковых работ и создания технических средств, позволяющих повысить эффективность исследований, проводимых при бурении разведочных скважин на нефть и газ.В настоящее время основным методом исследований скважин в процессе бурения является метод газового каротажа, предусматривающий проведение непрерывных исследований скважин в процессе их проводки.В отличие от этого метода большинство других методов промыслово-геофизических исследований осуществляется в специально запланированные перерывы в бурении скважин. Таким образом, метод газового кароташ создает условия для оптимизации цроцеоса бурения скважин, вскрытия продуктивных пластов и заканчивания скважин. Другим преимуществом метода газового каротажа является выделение продуктивных пластов непосредственно по газо- и нефтепроявлениям, а не по косвенным параметрам (удельноцу сопротивлению, плотности и т .д . ) , используемым в других методах промыслово-ге©физических исследований скважин.Одним из наиболее важных методических приемов, используемых при газовом каротаже скважин, является проведение компонентного газового анализа бурового раствора, выходящего из скважины. Реализация этого анализа позволяет при определении характеристики пласта вскрытого скважиной выделить в разрезе скважины нефтегазосодержащие пласты и разделить их на газосодержащие (газоносные и водоносные с растворенным газом), нефтегазосодержащие (нефтегазоносные и водоносные - 4 с растворенным газом и остаточной нефтью) и нефтесодержащие (нефтеносные и водоносные с остаточной нефтью) пласты. В отдельных случаях, при благоприятных геолого-технических условиях по данным компо- ' нентного газового анализа (далее газового анализа) удается разделить нефтеносные и водоносные пласты.Наибольшая эффективность от применения газового анализа может быть достигнута только при проведении исследований по всему стволу скважины и получении информации о динамике изменения содержания каждого компонента в функции истинных г?аубин скважины ГЗЗ,35,40/ .До последнего времени газовый анализ при газовом каротаже скважин имел серьезные ограничения. В связи с отсутствием необходимой аппаратуры он в значительном числе случаев проводился по эпизодической методике, сводящейся к отбору проб бурового раствсра на отдельных точках разреза скважины, глубокой термовакуумной дегазации этих проб и газовому анализу на хроматографе полученной при дегазации газовой смеси [49] . Это приводило к отсутствию необходимой информации на ряде интервалов скважины. Чрезвычайная трудоемкость эпизодической методики, создаваемая ручным отбором проб бурового раствора и проведением длительных (12 «- 20 мин.для одной пробы) исследований этих проб, цринципиаяьно исключает возможность цроведения газового анализа по всему стволу скважины [40,41| .Для повышения эффективности газового анализа при проведении газового каротажа скважин необходимо было создание аппаратур!, обеспечивающей высокочувствительный с необходимой детальностью газовый - 5 анализ по стволу скважины.Создание хроматографа, который обеспечил бы проведение указанного анализа, потребовало решения ряда вопросов: а) исследования путей обеспечения необходимой чувствительности газового анализа с учетом имеющих место ограничений, связанных с эксплуатацией хроматографа в полевых условиях; б) исследования путей обеспечения необходимой детальности определения содержания углеводородных газов в пластах, вскрываемых скважиной (т .е . обеспечение т.н. "экспресс-анализа"); в) исследования путей регистрации кривых содержания углеводородов в пластах по стволу скважины в функции ее глубины и связанных с ними требований к аппаратуре для проведения газового анализа по стволу скважины; г) формулирования на базе проведенных исследований технических требований к создаваемому зфоматозтрафу; д) разработки хроматографа, отвечающего сфораогдироваяным техническим требованиям; е) внедрения разработанного хроматографа в практику проведения исследований скважин методом газового каротажа и создания методики обработки получаемых результатов измерений для целей интерпретации данных газового анализа при газовом каротаже скважин.Решению поставленных вопросов и посвящается настоящая диссертационная работа. В ней излагаются результаты многолетней работы, проведенной непосредственно авторсж во ВНИША.нефтегаз и при его участии в лаборатории геохимической аппаратуры ВНИИгеофизика, в опытно-методической партии треста "Татнефтегеофизика", а также в опытно-методических партиях и группах Прикаспийской ПШ НВ ТГУ, треста "Саратовнефтегеофизика" и треста "Краснодарнефтегеофизика".Основные теоретические исследования выполнены непосредственно автором. - 6 в разработке хроматермографа типа ХГ-1Г и его промышленном внедрении принимали участив сотрудники ВНИИКАнефтегаз: инженер Карпова М.В., вед.конструктор Дубровина Г.Б,, конструктор I кат, Андреева Т.О., и.о.инженера Толстобров В.П., и.о.инженера Ильина В.И. Большую помощь автору в реализации результатов его работы и в создании хроматермографа типа ХГ-1Г оказали начальник отдела лабораторных хроматографов ВНИШйнефтегаз Дацкевич А.А. и зам.начальника отдела Мошинская М.Б. Во внедрении хроматермографа типа ХГ-ГГ в прсмышленных условиях принимали активное участие сотрудники опытно-методической партии треста "Татнефтегеофизива" под руководством Кузьмина В.М., а также сотрудники аппаратурной труппы геохиьшческой экспедиции треста "Саратовнефтегеофизика" под руководством гл.геофизика Толчинского А.И. Работа над диссертацией проводилась автором под руководством научного руководителя - зав.лабораторией геохимической аппаратуры ВНИИгеофизика доктора технических наук Померанца Л.И. Автор выражает искреннюю признательность всем товарищам, принимавшим участие в создании и внедрении газокаротажного хроматермозтрафа типа ХГ-1Г и оказавшим ему помощь в работе над диссертацией, - 7

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Симонгауз, С. Э.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1. Исследованы пути проведения высокочувствительного компонентного "экспресс-анализа" по стволу скважины и показано, что джя решения этой задачи хроматограф должен обладать следующими техническими характеристиками: а) определять в процессе проводки исследуемой скважины в эвакуируемом из нее буровом растворе содержание: метана, этана, пропана, бутана, пентана и гексана; б) пороговая чувствительность прибора по метану должна быть на уровне I.I0"3 % об. и возрастать с увеличением числа углеродных атомов в определяемом компоненте, достигая для гексана I.IO-^ % об,; при этом должно обеспечиваться подавление помех от присутствия в исследуемом буровом растворе неинформативных компонентов не менее

120 дб.; в) результаты измерений должны регистрироваться в виде кривых, характеризующих динамику изменения содержания информативных компонентов по стволу скважины в функции е глубины; г) анализ на содержание информативных компонентов в буровом растворе должен осуществляться в автоматическом режиме с временем одного цикла анализа не более 2-2,5 мин.; д) в качестве источников газоснабжения хроматографа могут использоваться только автономные источники, входящие в комплект поставки прибора; е) в приборе должна обеспечиваться сходимость результатов измерений (времена удерживания и выделения и высоты пиков), относительл ное среднее квадратичное отклонение не более 2,5$.

2. Показано, что ни один из известных лабораторных н промышленных отечественных и зарубежных хроматографов не обладает указанными техническими характеристиками и для решения задачи проведения высокочувствительного компонентного "экспресс-анализа" по стволу скважины требуется разработка специального газокаротажнаго хроматографа.

3. Исследованы пути решения задачи создания газокаротажного хроматографа и показано, что наиболее эффективным решением является разработка хроматографа для анализа газовоздушной смеси, работающего в комплексе с желобным дегазатором непрерывного действия. ф

4. Исследованы системы детектирования и "экспресс-анализа" и показано, что для создания газокаротажного хроматографа требуется применение пламенно-ионизационного детектора, газоадсорбционной хроматермографии с высокой скоростью (до 300° С/мин) нагрева микрона садочных колонок, использование схемы с полуобратной продувкой составной хроматографической колонки.

5. Разработана методика инженерного расчета основных элементов газокаротажного хроматографа, включающая определение характера температурного градиента накладываемого на хроматографическую колонку, определение оптимального расхода газа-носителя, определение оптимальной длины хроматографической колонки, определение времени и места включения обратной продувки для удаления из прибора неинформативных компонентов в течение цикла анализа. Исследованы характеристики пламенно-ионизационного детектора в условиях питания прибора от автономных источников газоснабжения (воздушного компрессора и генератора водорода) и определен оптимальный режим работы этого детектора в указанных условиях.

6. На базе указанных исследований разработан газокаротажный хроматермограф типа ХГ-1Г, не имеющий аналогов в СССР и за рубежом. Основные технические решения хроматермографа защищены авторскими свидетельствами на изобретение, а хроматермограф запатентован в Англии. С 19?1г начат серийный выпуск хроматермографов типа ХГ-ГГ на заводе "Моснефтекип".

7. Разработана методика оперативной обработки и интерпретации результатов измерений с хроматермографом ХГ-ГГ и палетки для определения абсолютных и относительных концентраций предельных углеводородных газов в буровом растворе и нового флюидного коэффициента К^, являющегося индикатором вскрытия продуктивного пласта.

8. Широкое промышленное опробование газокаротажного хроматермографа типа ХГ-И показало, что при его применении существенно возрастает геологическая эффективность метода газового каротажа за счет надежного определения компонентной характеристики пласта при неблагоприятных геолого-технических условиях, обеспечивающего качественное разделение газоотдающих источников на газосодержащие, нефтегазо-содержащие и нефтесодержащие пласты.

9. Разработаны технические решения для повышения экспрессности компонентного анализа, создающие предпосылки для решения задачи высокочувствительного компонентного анализа по стволу скважины в районах с высокими скоростями бурения (до 120 м/ч).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. "Компонентный газовый анализ в процессе бурения скважин на нефть и газ и регистрация его результатов в функции глубины скважины" • (совместно с Л.И.Померанцем и В.М.Кузьминым). "Автоматизированные системы управления в нефтяной и газовой промышленности"; М., "Недра". 1973.

2. "Методическое наставление по проведению газового каротажа с помощью автоматической газокаротажной станции типа АГКС-4". (совместно с Л.И.Померанцем, В.М.Кузьминым, Ю.С.Комаровым, К.Н.Соколовой и Э.И.Рутманом), ротапринт. ВНЙИГеофизика, 1973.

3. "Новый датчик компонентного состава газов для систем исследования скважин, бурящихся на нефть и газ" (совместно с А.А.Дацке-вичем, М.Б.Мошинской и Л.И.Померанцем), "Автоматизированные системы управления в нефтяной и газовой промышленности", М., "Недра",1973.

4. "Дозирующее устройство для газового хроматографа*1. Авторское свидетельство на изобретение № I804I0 (совместно с А.А.Дацкевичем, М.Б.Мошинской, Л.М.Есельсоном, Л.И.Померанцем, М.В.Карповой, Т.Н. Черкасским). Ж."Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки", № 7. 1966.

5. "Устройство для регулирования температуры хроматографиче-ских колонок при программировании нагрева". Авторское свидетельство на изобретение № 286751 (совместно с А.А.Дацкевичем, М.Б.Мошинской, В.П.Толстобровым, З.М.Шапиро, Л.И.Померанцем, Г.Н.Вороной). S."Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки", & 34. 1970.

6. "Способ газохроматографического анализа смесей веществ". Авторское свидетельство на изобретение № 371508 (совместно с А.А. Дацкевичем, М.Б.Мошинской, В.П.Толстобровым, Л.И.Померанцем и В.Н. Бутюгиным). Ж. "Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки", № 12. 1973.

7. "Хроматограф для анализа газов и жидкостей". Патент Англии Л 1309840. Опубликован 14.3.1973 (совместно с А.А.Дацкевичем, М.Б. Мошинской, В.П.Толстобровым, З.М.Шапиро, Л.И.Померанцем и Г.Н.Ворон ой)."

8. "Хроматограф для газовогоашлиза вязких растворов*1 . Доклад на Ш Всесоюзной конференции по газовой хроматографии (совместно с А.А.Дацкевичем, М.Б.Мошинской и М.В.Карповой). Тезисы докладов, М., АН СССР, 1964*

Список литературы диссертационного исследования Симонгауз, С. Э., 1973 год

1. Айерс Б.О., Лойд Р.И., Дефорд Д.Д. Основы скоростной газовой хроматографии на наоадочных колонках. Аналитическая химия (США) том 33, стр.986, 1961.

2. Вигдергауз М.С., Гольберт К.А. Нефтехимия Л 2, стр.825. 1962.

3. Владимиров Б.В. Прибор для извлечения проб газа из глинистого раствора и воды. Сб.Полевая и прошеловая геохимия, выд.Зх Гос-топтехиздат. 1954.

4. Газовый хроматограф "ЛХМ-8Щ". Проспект. Завод "Моснефтекип". Ш 1972;

5. Газовый хроматограф "№499". Проспект. Завод "Моснефтекип". М, 1972.

6. Газовые хроматографы серии "Цвет-ЮО"; Проспект. Дзержинский филиал ОКБА. Дзержинск. 1970.

7. Газовый хроматограф "Геохимик". Проспект.ДЗержинский филиал ОКБА. Дзержинск. 1963.

8. Голберт К.А., Вигдергауз М.С. Курс газовой хроматографии, йзд-во "Химия". М. 1967.

9. Гиддингс И.С. Высота теоретической тарелки в неоднородных хрома-тографических колонках. Аналитическая химия (США), том 35, стр. 353. 1963.

10. Гиддинс й.С. Теория газовой хроматографии с программированием температуры. "Ф и М научные исследования" (США) том 3, № 2. 1962.

11. Гиддинс И.С. Теория теоретических тарелок в газовой хроматографии с программированием температуры. Аналитическая химия (США) том 34, стр.722. 1962.

12. Гиддинс И.С. Теория минимума времени в газовой хроматографии; Аналитическая химия (США) том 34, стр.314. 1962!

13. Дести Д., Голдап А., Газовая хроматография. Труды Ш международной конференции по газовой хроматографии в Эдинбурге. Изд-во "Мир" М. 1964, стр.220.

14. Дацкевич А.А., Жуховицкий А.А., Мошинская М.Б., Ривкин 0.Я., Туркельтауб Н.М., Шварцман В.П. Прибор для экспресс-анализа многокомпонентных газовых смесей. Авторское свидетельство на изобретение № II2089. ЖЗвллетень изобретений, № 3, 1958.

15. Зажкин Н.Г. Роль неуглеводородных газов в геохимических исследованиях. Сб.Нефтепромысловая геохимия (вопросы газового каротажа). ВНИИЯГГ. 1965.

16. Калмановский В.И. К вопросу о пороге чувствительности системы ионизационио-пламенного детектирования. Труды ВНИГНИ, вып.II4, стр.180. Изд-во "Недра". М. 1970.

17. Кейлеманс А. Хроматография газов. Изд-во И.Л. М. 1959.

18. Киреев В.А. Краткий курс физической химии. Госхимиздат. M.I963.

19. Кобылкин Н.Д., Маврнчева Р.Н. Отчет по теме № 7/68. Опытно-методические работы по опробованию новых методик газокаротажных исследований в условиях Волго-Донского региона. Волго-Донское Try. 1968.

20. Кузьмин В.М., Цыганков Б.Ф., Кавардакова Л.А., Грунис Е.Б., Юсупов М.Э. Отчет по теме № 34/69. Усовершенствование методики и техники газового каротажа на территории Татарии. Трест "Тат-нефтегеофизика". 1970.

21. Кузьмин В.М., Цыганов Б.®;, Ковардакова Л.А., Грунис Е.Б., Морозова Г.Л. Отчет по теме № 34/70. Усовершенствование методики и техники газового каротажа на территории Татарии. Трест "Тат-нефтегеофизика". 1971.

22. Кузьмин В.М., Цыганов Б.Ф., Ковардакова Л.А., Грунис Е.Б., Морозова Г.Л. Отчет по теме й 29/71. Усовершенствование методики и техники газового каротажа на территории Татарии. Трест "Татнефтегофизика". 1972.

23. Левит A.M. О роли газов неуглеводородного характера в газовом каротаже. Сб.Разведочная и промысловая геофизика, вып.19. Гостоптехиздат. 1957.

24. Левит A.M. Сравнительная оценка газокаротажных дегазаторов. Сб.Нефтепромысловая геохимия (вопросы газового каротажа). ВНИИЯГГ. 1965.

25. Маслов В.И., Чекалин Л.М.Долчинский А.И., Лысенко И.И., Езерский Ю.Г., Алферова Г.В., Герасимов М.Г., Гольцев Ю.П, Отчет о работах центральной геохимической партии № 27/68 треста "Нижневолгонефтегеофизика". Саратов. 1970.

26. Померанц Л.И. Автоматическая газокаротажная станция АГКС-55/59. Сб.Приборы и средства автоматизации. ЦИНТИЭЛЕКТРОПРОМ. I960.

27. Померанц Л.И. Комплекс и способы автоматической регистрации газокаротажных параметров. Сб.Нефтепромысловая геохимия (вопросы газового каротажа). ВНИИЯ1Т. 1965.

28. Померанц Л.И., Кузьмин В.М., Симонгауз С.Э., Комаров Ю.С., Соколова К.Н., Рутман Э.И. Методическое наставление по проведению газового каротажа с помощью автоматической газокаротажной станций типа АГКС-4. ВНИИГеофизика. 1973.

29. Померанц Л.И. Основные направления развития техники газокаротажных исследований. Сб.Газовый каротаж скважин. ВНИИГеофизика. 1968.

30. Померанц Л.И., Симонгауз С.Э. Газокаротажный хроматермограф типа ХГ-ГГ Сб."Прикладная геофизика", вып.72. М. "Недра".1973;

31. Померанц I.И., Эпштейн Г.й. Автоматическая газокаротажиая станция. Сб.Разведочная и промысловая геофизика, вып.39. Гос-топтехиздат. 1961.

32. Померанц Л.И., Эпштейн Г.И. Автоматическая газокаротажиая станция АГКС-55/59. Сб.Промысловая геофизическая аппаратура и оборудование. ГОСИНТИ. 1962.

33. Померанц Л.И., Эпштейн Г.И., Левшу нов П.А. Автоматические газокаротажные станции. Изд-во "Недра". 1969.

34. Померанц Л.И., Яценко Г.Г., Маврычева Р.Н., Соколова К.Н. Методическое пособие по количественной интерпретации данных газового каротажа, зарегистрированных станцией типа АГКС-65. ВНИИГеофиаика. 1968.

35. Симонгауз С*Э., Мошинская М.Б. Отчет по теме "Хроматограф для портативной переносной газокаротажной станции АГКС/П "БНИИКА-нефтегаз. 1963.

36. Соколов В.А., Юровский Ю.М. Теория и практика газового каротажа. Гостоптехиздат. 1961.

37. Харрис В., Хэбгуд Г. Газовая хроматография с программированием температуры. Изд-во "Мир" М. 1968.

38. Хроматограф для геохимических исследований типа ХП-3. Проспект. ВНИЙКАнефтегазМ. 19657

39. Чекалин Л.М. Газовый каротаж и геологическая интерпретация его результатов. Изд-во "Недра", 1965.

40. Чекалеш I.M., Толчинский А.И, Отчет о работах опытно-методической партии № 27/66 треста "Нижневолгонефтегеофизика"* Саратов. 1968.

41. Чекалин Л.М., Толчинский А.И. Методическое пособие по проведению газового каротажа и интерпретации его результатов. 1£ест "Нижволгонефтегеофизика". Саратов. 1970.

42. Шай Г. Теоретические основы хроматографии газов. Изд-во ИД. М. 1963;

43. Юровский Ю.М. Разрешающие способности газового каротажа. Изд-во "Недра". 1964.

44. Choate L.R. Mud inalisis loggind.1. Bap&i&USA 1963.53# Carlo Brba. Scientific instruments division das 29e. Autorirrione Tribunalle. Milano 1971.54#! Data on logging from drill returns. Bulletin 30. formation logging Service 0°. USA 1963.

45. Geological well Logging Geoservice. France. Paris. 1969.

46. Nelsen F.M.,Eggertsen F.T.,Nolst I.I. Determination of volatill Hydrocarbons in Agucone Enilsions and lateocas by Gas Chromatography Analytical Chem. 1961. 9.

47. Siviunerton G.W., Iennenbom V.I. Determination of

48. Williams D.D. An Instrument for on stream stripping and Gas chromatographic. Determination of Dissulved Gas in Ieguids. Analytical Cham. May. 1962. 6.- Г70