测井领域建立传感技术实验室的必要性及其研究内容

1、测井领域建立传感技术实验室的必要性及其研究内容2007年第21卷第2期石油仪器PETR0IJEUMINSTRUMENTS?5?专论与综述?测井领域建立传感技术实验室的必要性及其研究内容童茂松(大庆石油管理局测井公司研发中心黑龙江大庆)摘要:文章综述了目前传感技术实验室的现状,从测井面临的问题出发,首次提出在测井领域必须建立传感技术实验室.提出了传感技术实验室的研究内容,展望了传感技术实验室的应用前景.关键词:测井;传感技术;实验室中图法分类号:TP212文献标识码:A文章编号:1004.9134(2007)020005030引言21世纪是人类全面进入信息电子化的时代,随着人类探知领域和空间的拓

2、展,人们需要获得的电子信息种类日益增加,这就要求信息传递的速度加快和信息的处理能力增强,因而要求与此相对应的信息技术中三大核心技术:信息采集技术(传感技术),信息传递技术(通讯技术),信息处理技术(计算机技术)必须跟上人类信息化发展的需要.传感器作为人类探知自然界信息的触角,它可将人类需要探知的非电量信息转化成可测量的电量信息,为人类认识和控制相应的对象提供条件和依据.作为现代信息技术核心之一的传感器技术,将是21世纪人们在高技术发展方面争夺的一个制高点.在国外,各发达国家都将传感技术视为现代高技术发展的关键.从20世纪80年代起日本就将传感技术列为应优先发展的十大技术之首,美国等西方国家也将

3、此技术列为国家科技和国防技术发展的重点内容.我国自上世纪80年代末以来也将传感器技术列入国家高新技术发展的重点1.测井技术已有70年的历史,它随着世界科技的发展而发展,并往往体现着当代高新技术的水平.测井传感器的研制是测井技术发展的关键之一,因为测井信息的获取必须依靠传感器,如果传感器的质量不可靠,那么测井也就不能正确地反映油井的情况,无法为用户提供有用的信息.另外,创新是企业发展的不竭动力,只有创新,企业才能实现可持续发展.中国加入WTO以后.知识产权就变得非常重要.对于测井行业,我们需要具有自己特色的测井仪器,而传感器的创新正是实现这一目标的有力手段.这种创新不仅是传统测井方法和测井仪器的

4、革新,更为重要的是测井技术的原创性创新.对于目前的测井仪器存在的这样或者那样的问题和缺陷,很少从传感技术角度加以考虑.如果我们从改善传感器性能人手,可以克服其中的一些困难.本文在综述传感技术实验现状的基础上,首次提出建立测井领域的传感技术实验室,从设计,材料以及机理方面开展测井领域的声,电,核,力,热,光和电化学传感器的研究,可以对测井仪器的更新改造以及完善提高,科技创新,开发新技术提供必要的支持.1传感技术实验室国内外发展概况目前国外的测井服务公司大部分并未设置相应的传感技术实验室.但是传感技术一直是他们的重点研究对象,以改进测井仪器的性能,提升公司竞争力.斯伦贝谢公司是世界上着名的油气勘探

5、开发技术服务公司之一.技术研究与发展工作由研究与发展机构负责,研究方式采取自立研究机构,与公共科研机构合作以及与客户联合的方式.斯伦贝谢公司通过兼并和组建方式拥有三家研究机构,从事新技术与产品的开发和研究工作,包括:SchlumbergerCambridge研究中心(SCR),SchlumbergerDoll研究中心(SDC)和Stavange研究卫星城(SRS).涉及传感技术领域的专课题项目:大庆油田博士后科研攻关课题和大庆石油管理局重大科研项目资助第一作者简介:童茂松,男,1971年生,高级工程师,2001年在吉林大学电子科学与技术学院获得理学博士学位,2004年从该校博士后流动站和大庆油

6、田博士后科研工作站出站,方向为传感器研究,测井方法研究与测井仪器研发.邮编:163412石油仪器PETROLEUMINSTRUMENTS2007年o4月题有如下三个方面【.(1)油藏划分与评价斯伦贝谢公司在油藏划分与评价方面拥有多项领先技术,其中永久性传感器等新型技术大大改善了传统电缆测井技术,具体课题涉及新型传感器和信号源系统.(2)油藏优化油藏优化研究的重点集中在油藏的监测,计算和作业三个方面,其中监测主要是指采用新型智能化完井设备将微型机械(MEMS)送入井下,形成油藏监测与控制应用系统,对油藏流体和储集岩特征动态变化数据进行测量.这种MEMS将成为下一代井下传感器和流动控制装置的组成部

7、分.(3)提高油井产能这项研究由SCR和SDR联合多所大学承担,重点研究提高单井产量和扩大多井产能的方法,包括模拟与控制,多相流监测,流体分析和完井控制与监测等内容,其中涉及传感器的研究是开发更加准确的多相流测试技术,丰富斯伦贝谢公司生产测井工具的能力.永久性井下流量计是SCR开发,试验的重点设备之.一O其他的大公司,如阿特拉斯和哈里伯顿也采取这些模式进行研发.同样,传感技术也是研究的重点.国内很多大专院校和科研院所等也设立了传感技术实验室,如吉林大学电子信息与科学学院的传感器实验室,东南大学传感器实验室,中科院合肥光机所的传感器研究室,中科院北京电子所的传感器研究室等.但是这些实验室的目的并

8、非针对测井,而且研究目标并不明确;有的实验室仅仅是为学生提供认识传感器的一种平台,对于实际中存在的问题并不热心.当然,国内外的传感技术公司也设置了传感器研发中心,但是同样并未针对测井行业,并不了解测井行业所面临的实际问题,也就是不理解测井用传感器的性能指标,因此他们也不会了解传感技术对于测井的重要性.国内测井行业对于传感技术在测井仪器中的重要作用还没有足够地重视.只有大庆油田测试服务分公司设立了这种实验室,为进行基础试验,科学试验和井下仪器的检验,测量,参数的刻度及解释方法的研究等提供了技术支持,保证了生产测井仪器测量参数和解释结果的准确可靠.2传感器实验室的研究内容2.1解决目前测井用传感器

9、存在的问题大量的文献和现场试验结果表明,有很大一部分测井质量问题来源于传感器,因此必须采用实验和理论计算等方法,探索传感器对目前测井方法及仪器的影响程度,解决目前测井用传感器存在的问题,力求从测井传感器角度来提高测井质量.目前电法测井中的传感器(包括金属电极和电化学电极)存在极化,腐蚀和污染问题.为了解决这些问题,必须从电极材料,电极结构以及涂层技术方面来考虑这些问题.结合实验技术,并且充分利用现代化的计算机技术,对电极进行数值模拟与计算,充分优化电极的结构尺寸与材料组分等参数.目前声波测井的传感器(探头)存在的问题如下:稳定性差,耐温能力弱,中心频率不稳定,一致性不好,耐压能力差,带宽窄以及

10、体积功率之间的矛盾等.解决的途径就是从材料,工作原理角度综合考虑,同时利用生产厂家的工艺技术,研究低频,宽带和大功率的接收和发射探头,克服其存在的问题.在生产测井领域,传感器的作用就更为明显,存在的问题也更多.例如轮流量计存在着启动排量高,具有转动零件,测量受粘度影响,安装和维修质量受人为因素影响等缺点;电磁波持水率计的测量范围有限;电容法持水率计存在原油粘污,测量范围有限等缺点.2.2研究新型的传感器.提出新的测井方法近几年来在石油开发领域,世界上一些大的石油公司通过应用新技术,既降低了原油成本,又提高了石油产量.其中油田测试新技术的应用发挥了重要作用,如Exxon,Shell等公司,在他们

11、开发的油田中,新测井系列占了很大比例,而传感器则是测井新技术的关键所在,他们认为新技术的应用最终会带来效益的提高,同时他们根据实际需要也出钱资助技术服务公司开展技术攻关.先进测井方法和敏感技术是产出剖面测井技术发展的关键,新方法和新型传感器的应用将可能导致多相流测量技术的重大进展.基于力(声),电,光,磁,核,热学等各种物理效应的新的测量方法将得到广泛的研究.光纤,电磁波以及电导等持水率测量方法也得到了研究,还有人提出了超声波,相关流量测量方法,尽管这些技术不可能解决所有的测量问题,但是在一些特殊场合将发挥一定的优势.例如,套管电化学测井技术利用传感器探测套管的腐蚀情况;光纤测井技术利用先进的

12、光纤传感器技术进行井下温度,压力等测量,具有体积小,精度高,不改变井下温度分布等优点,是将来测井的发展方向之一.通过研究新型光纤传感器,可以开发更好的光纤测井技术.我们还应该发展多种传感器的组合技术,到目前为止,还没有任何一种传感器能够在所有条件下覆盖所有的流量和含水率范围,因此,研究各种传感2007年第2l卷第2期童茂松:测井领域建立传感技术实验室的必要性及其研究内容器的组合就非常重要.例如,结合电容和电导传感器,就可以覆盖0100%的含水率范围.2.3探索井下监测传感器的应用油田动态监测在油田开发全过程中有着极其重要的作用,它通过监测资料的采集和处理,掌握地下油水分布和运动特征,研究开发部

13、署对策,是进一步认识油藏,进行油藏评价,油藏描述,油藏动态分析的重要手段,在求取地层参数,措施井的选井选层以及评价井下措施效果等方面具有非常强大的说服力,是了解和认识地下油水在乎面上,纵向上的运动变化规律,以及能量保持,利用的重要依据.通过综合应用动态监测资料,可以解决油田开发中许多认识不清的问题,为油田开发指明方向【,3】.可靠性和准确性对于井下监测是至关重要的.传统的电子传感器无法适应井下恶劣的环境,而光纤传感器精度高,轻巧易行,而且能承受井下极端条件.光纤传感包括全光纤传感器和传光型光纤传感器.目前光纤传感技术可用于井下可回收式和永久性安装系统的油气藏监测,还可以进行地震探测,下游过程检

14、测,平台/构架/管线监测及其他勘探开发行业中的探测要求.光纤传感技术在以下六个方面大有可为:(1)光纤压力传感器可以进行压力监测,能够判断超标的注水压力,预防套损;(2)光纤多相流传感器能够给出全井的多相流在空间上的分布;(3)光纤声波传感器具备井下声波的分布式探测能力;(4)光纤核传感器能够提高核测井能力;(5)光纤分布式温度传感器提供井温剖面的变化,评价水泥同套管和地层的胶结质量;(6)光纤传感器能够监控井筒中的建造过程,监测钻井时加在钻杆上的应力和应变,监控钻井过程中和完钻之后和地层的状况.因此,基于光纤传感器的井下监测系统的研制是未来测井发展的重要方向.2.4仪器投产前的传感器性能测试

15、在仪器投产前,我们必须对仪器所涉及的传感器的性能进行测试,以便确定传感器的适用范围和条件,从而对仪器使用过程中出现的问题进行分析,确定问题是否来源于传感器.传感技术实验室可以承担测井仪器,科研样机的实验标定,确保生产仪器的合法性.2.5油田地面监测传感器研究油田的一个采油场由多口油井,计量间,管汇阀组,转油站,联合站,原油外输系统,油罐以及油田的其它分散设施组成,整个采油场的各种设施的工作状态及采出油品的数据(主要有温度,压力,流量等)直接关系到油田生产的稳定及原油质量.目前大多由人工每日定时检查设备运行情况并测量,统计采油数据.由于油井数量多且分布范围由几十至上百平方公里,这种方式必然使工人

16、劳动强度加重,并且影响了设备监控与采油数据的实时性,甚至准确性.所以油场的自动化,信息化就显得极为突出,因而地面监测传感器在油田存在着巨大的市场.目前使用的传感器主要有机械式和电子式,随着科技的发展,网络和信息技术迅速推动现代工业向前发展,因此电子式传感器是未来发展的主流方向.但是这些电子式传感器也存在着诸多的问题,突出表现在传感器的稳定性,可靠性,重复性和使用寿命都不能满足实际的需要.因此需要进行集中的研究,主要针对油田的需要和传感器存在的问题,对传感器进行重新设计与生产.3结论与展望本文对传感器在测井领域的重要作用进行了详细的分析,研究了传感技术实验室的主要研究内容,可以得出如下结论与展望.(1)传感器是制约测井仪器发展的重要因素之一.(2)从技术创新和知识产权的角度看,应该建立传感技术实验室,加强测井用传感器技术的研究力度.(3)传感技术实验室的重点在于解决目前测井用传感器存在的问题,研究新型的传感器,提出新的测井方法,同时研究井下和地面监测传感器的应用.另外,实验室还可以对仪器投产前的传感器性能进行测试.(4)实验室的建立应该遵循从无到