石油开发油气用分析仪器剖析与展望

石油开发油气用分析仪器剖析与展望 石油开发油气用分析仪器剖析与展望　1我国油气田开发实验仪器历史。　　油气（石油）田开发实验技术包括常规岩心分析，专项岩心分析和地层流体高压物性分析。我国油气田开发实验仪器从无到有，从小到大的发展过程与我国的石油工业的发展息息相关。从建立开发试验的初期发展到现在大约经历了3个阶段：*阶段是比较简单地提供油气层的基本物理性质参数及岩石中流体含量-孔隙度，渗透率，饱和度。　　随着勘探开发工作的深入，进入第二阶段，即油藏工程师需了解岩石-流体相互作用下的一些特性和岩石的微观结构而发展了相对渗透率，润湿性，毛管压力-孔隙结构，电阻率测试等等。流体的测量也从简单的物理性质的测定（密度，粘度等）发展为地层条件下流体高压物性即PVT的测定和组份检测。随着油田开发的需要，油气田开发实验发展到第三阶段：进一步发展了保护油层的敏感性评价和提高石油采收率（热采，化学驱，混相驱）的研究。实验从初期的简单静态参数的测试，发展为岩石与流体间相互作用的多相渗流的测试与研究，再发展到流体的相态研究和复杂的多维物理模型的实验研究及各种化学剂性质及组分的测试和复合驱提高采收率的效果与实验机理的研究，也使开发试验与地质试验，油田化学相互渗透，相互结合。　　我国油气田开发实验仪器的历史从20世纪50年代开始，大量引进苏联AK-4型岩心分析仪，苏联水银PVT仪。60年代开始少量引进法国岩心分析仪器，如气体孔隙度仪，立管式气体渗透率仪，高压水银PVT仪，大表盘压力表，高压柱塞泵，带小窗口PVT筒等。　　在20世纪50～60年代开发实验仪器国产化方面，主要是仿苏的岩心分析仪，放大的大岩心分析仪（孔隙度，渗透率，饱和度，洗油）及刮壁式取样器。　　20世纪70年代末到80年代，为了解决国内实验仪器设备问题，石油勘探开发科学研究院通过调研和选型，引进美国CoreLab全套岩心分析仪，Ruska公司的PTV仪（水银），Ruska高压计量泵，Isco公司的314泵。海洋及一些油田的研究院又先后引进了FDS恒速泵，CMS200，Beckman离心机及一些图像分析系统，压力压差传感器等。在这一期间，各个有实力的大油田纷纷引进国外仪器，形成了一个引进国外仪器的高潮。在引进仪器的同时进行的国外培训，考察，使广大从业科技人员开阔了眼界，并从与国外同行的交流中，迅速缩小了我们与发达国家在油气田开发实验方面的差距。　　与此同时，在石油部科技司的大力支持下，国内从事油气田开发实验仪器的厂家积极消化国外技术，掀起仿制进口仪器的热潮。为了更好地指导完成油气田勘探，开发的实验室仪器的国产化，1987年成立了中国石油学会科技装备专业委员会。　　而到了20世纪90年代，引进仪器开始注重自动化，环保，在这段时间引进的比较有代表性的仪器有多功能的岩心分析仪器，CMS-300，剖面渗透率仪，加拿大DBR，Ruska无汞PVT仪，恒速压汞仪，恒速泵，电容式压汞仪等。　　经过多年与国外油气田开发实验室的交流，特别是通过我国与美国岩心公司合资组建的中国岩心研究有限公司这个窗口，我国的油气田开发实验技术的水平迅速提高，日趋成熟。在开发实验仪器制造方面，通过对进口仪器的熟练掌握，也意识到*依赖进口仪器存在的许多问题。如仪器进口花费的外汇太多；易损件的更换困难；非标准产品使操作方法和技术路线上不适于我国情况。广大油田开发研究人员和油层物理实验技术人员的目光更多地转向国产岩心分析仪器，也就为国产岩心仪器的发展和升级换代提供了一次难得的机遇。在这一时期，涉及岩心分析仪器的传感器技术，模数转换技术和计算机技术的进步，为国产岩心仪器的发展和升级换代提供了可靠的技术支撑。　　1990年至1993年期间，一批利用传感器将被测参数的物理量转换为模拟量，再通过模数转换将模拟量转换成数字量，zui后由计算机来完成实验数据的采集，存储，处理与输出的国产智能化岩心分析仪器研制成功并通过鉴定。其中常规岩心分析仪（包括气体渗透率仪，气体孔隙度仪，碳酸盐含量分析仪，岩心流动实验仪等）先后获部级及国家科技进步奖。在专项岩心分析方面，我们已发展到由油田开发研究人员提出工艺流程和技术要求，仪器研制人员按工艺流程和技术要求设计生产满足要求的岩心分析仪器这样一种研制开发模式。先后开发出采油化学剂评价装置，岩心梯度流动实验仪，相对渗透率测量仪等。　　从20世纪80年代中期到90年代，已基本实现油气田开发实验的国产化，制造出了常规岩心分析孔隙度，渗透率，饱和度及洗油仪，岩心照相装置。用于专项岩心分析的相对渗透率仪，隔板法，压汞法，离心法等油藏岩心毛管压力的测量仪器及岩心驱替装置，高压计量泵等。　　2我国岩心分析仪器技术现状。　　自20世纪90年代后期，我国的油气田开发实验仪器的现状具有两方面的特性：一方面是进口仪器的自动化程度提高，大型化，多用途，但其仪器的实用性下降。近年来根据用户的需求而设计的集多种功能于一身的进口仪器中非常实用并能正常运转的，大部分进口仪器的使用情况都非常不理想。　　另一方面，国产仪器在全面实现国产化后，国内厂家开始向高层次努力，着手研制具有独立自主知识产权并适合国情的多功能一体化仪器，并逐渐形成了自己的特点。　　2.1形成系列。　　2.1.1岩心夹持器系列。　　岩心夹持器是岩心分析实验的关键技术，在很大程度上决定岩心分析实验的成败与实验数据质量。我国岩心夹持器的发展自20世纪80年代初引入美国岩心公司的设备以后有了一个质的飞跃。从zui早仿制前苏联的Fancher嵌入式岩心夹持器到仿制Hassler的岩心夹持器系列，以后又仿制了水静力学加载的二轴向岩心夹持器和三轴应力夹持器，环向载荷可达100MPa，轴向载荷可达50MPa；以后又根据相对渗透率测试及敏感性评价的需要发展了沿轴向加测压孔的压力梯度夹持器，可对同一岩心沿轴向分段测量，可同时测量不同岩心部位的压差。又发展了带多个电极的岩心夹持器，可同时进行相对渗透率和电阻率的测定。另外，在标准尺寸的基础上，华北油田发展了长岩心（2m），大直径（Φ50mm，70mm，98mm）的岩心夹持器，解决了特殊岩层的岩心测试问题。　　2.1.2中间容器系列。　　根据不同的实验要求，近年来中间容器的系列化也取得了很大的进步。在zui常用的不锈钢材质方面，有上下端焊接，上端可拆，浮动隔离活塞，耐酸衬里等新型中间容器，以及有机玻璃的中间容器和皮囊式的中间容器。　　2.1.3高压泵系列。　　该系列包括高压（20MPa～70MPa），大容量（100ml～450ml）的高压恒速泵（单缸，带切换阀的双缸泵），高压计量泵，手动计量泵，气动气体增压泵。　　2.1.4恒温箱系列。　　包括台式，及单联，双联的落地式大恒温箱，具有自然对流，热风循环，单门，双门，全开式等特点。　　2.2自动化程度提高。　　目前，很多开发实验仪器已经实现由计算机控制操作，程序控制数据采集与处理，直到输出数据表格，图幅，并出成果报告。　　2.3模拟油藏环境。　　模拟油藏环境主要指覆盖压力，驱替压力，油层温度，油层油气水，油层微生物等的油藏环境模拟。目前，国产岩心分析仪器的模拟油藏环境覆盖压力可达100MPa，模拟油层温度可达300℃±2℃；模拟油层油气水条件容易满足；模拟油藏微生物条件的微生物驱替装置国内已有厂家生产。20世纪90年代后期经科研单位，院校与厂家密切结合，研制出一套可以模拟油气生成，油气运移与储集，注水开发，保护油层的敏感性评价的大型模拟装置。装置的原油运移储存系统还可以模拟研究流体与岩石相互之间的作用机理，模拟上下层位由于温差造成的层间流体对流造成矿物的溶蚀与新矿物的生成。系统中还带有一套人造岩心的制作装置，是目前国内也是zui大zui全面的石油生，储，开发的高温高压物理模拟装置，现已在石油大学（北京）部分运转。　　2.4仪器向标准化发展。　　目前，大部分开发实验仪器属于非标产品，仪器的通用性和互换性较差，给用户带来诸多不便。因而要实现岩心分析仪器的标准化难度较大。目前尝试首先模块化，然后向标准化过渡的路子。把岩心分析仪器划分为液力驱动模块，模拟油藏环境模块，参数测量与控制模块，模数转换与数据采集模块，流程操作与控制模块，数据处理模块等，并已取得了共识。目前采用模块化的相对渗透率仪及可以进行水驱和化学驱的驱替装置已经面世，为我国油气田开发实验仪器的标准化工作开了一个好头。　　2.5参数测量方法。　　近几年来，国内许多专家在岩心分析仪器的参数测量方法上进行了很多比较深入的研究，提出了一些新的测量方法，有的已在仪器开发中得到应用。如采用非稳态方法测量岩心气体渗透率的研究；基于线性拟合方法测量岩心孔隙度的研究；采用负压法测量岩心孔隙度的研究；利用计算机层析X射线成像法（CT）确定岩心的基本物性参数的研究；这些研究都具有一定的深度和实用性。　　3油气田开发实验仪器的发展趋势3.1新技术的应用。　　开发实验仪器是随着科学技术的发展而不断提高的。新技术，新工艺会更多地应用于油气田开发实验仪器中。　　3.1.1网络化智能传感器技术。　　未来的传感器发展方向是网络化智能传感器。　　网络化智能传感器具有以下特征：一是可以根据输入信号值进行判断和制定决策；二是可以通过软件做出多种决定；三是可以与外部进行信息交换，有输入输出接口或网络接口；四是具有自检测，自修正和自保护功能。这种传感器可对检测数据进行分析，统计和修正；可自动补偿线性，非线性，温度，噪声，响应时间，缓慢漂移等误差；可自动选择检测量程和测量方法；可进行检测数据的随时存取并与计算机网络进行信息交换。　　3.1.2虚拟仪器技术。　　虚拟仪器就是利用现有的计算机，配上相应的硬件（如数据采集卡，输入输出卡，GPIB卡等）和软件形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的低价的新型仪器。虚拟仪器是PC仪器的进一步发展。虚拟仪器的硬件解决了信号输入输出单元的规范和标准化问题，它的zui大特点在于所提供的虚拟仪器软件开发平台，如NI公司的Lab2VIEW.它是一种编译型的图形化编程语言。以前，仪器的软件设计工作只能由开发人员根据自己对某一编程语言的熟练程度和爱好，花费大量时间和精力才能完成。有了虚拟仪器软件开发平台后，仪器的软件设计变得非常简单，甚至于仪器的使用者也可根据自己的需要对软件进行修改或重新设计。　　3.1.3计算机网络技术。　　网络为我们提供了一个广泛，快捷和可靠的信息交换通道。实验测试仪器可以作为接入访问平台进入网络世界，从而实现设备资源和数据资源的共享。测试工作可在异地多家联合进行，为实验工作者带来一种全新的工作方式。　　3.2新仪器的发展趋势。　　（1）全面推广使用压力，压差，温度，质量传感器，特别是质量传感器将会广泛应用。　　（2）高压恒速泵系列向高压（大于70MPa），大容积（大于400ml）发展。　　（3）自动化：需重点解决自动围压控制器，数字式回压调节器，自动切换阀，出口计量分离器等。　　（4）与无汞PVT仪器配套的无汞井下取样器。　　（5）完善全自动石油岩样分析离心机测试技术。　　（6）三相相对渗透率测定技术。　　（7）精细研究孔隙结构的恒速压汞技术。　　我国的油气田开发实验仪器经过近50年的发展，从无到有，从小到大已经取得了很大的进步，相信随着我国科技水平的提高，经过广大油气田开发实验仪器研制厂家与广大从事油气田开发实验的科研人员的共同努力，一定可以将我国的开发实验仪器的研制水平提到更高的层次。