Полевой высокочувствительный экспресс-хроматограф «РУБИН» и разработанные на его базе газоаналитические комплексы

Полевой высокочувствительный экспресс-хроматограф «РУБИН» и разработанные на его базе газоаналитические комплексы

Махмутов Ш.Я., Лугуманов М.Г. (ОАО НПФ «Геофизика»)

Разработан целый ряд хроматографических, газоаналитических комплексов «ХГ-1ГМ», «АСТРА», прототипом которых является легендарный ХГ-1Г. С помощью этой аппаратуры успешно осуществляется автоматизация промыслово-геохимической службы. В геофизических предприятиях России, ближнего и дальнего зарубежья эксплуатируется уже более 30 комплексов.

Опыт, накопленный при разработке и внедрении хроматографов «ХГ-1ГМ» и семейства газоаналитических комплексов «АСТРА», позволил перейти к разработке новой хроматографической, газоаналитической аппаратуры. Появление новых материалов и технологий, использование микроэлектроники позволили усовершенствовать прибор ХГ-1Г, создав при этом надежный, простой в обслуживании, адаптированный к специфическим российским условиям эксплуатации, полевой автоматизированный компактный хроматограф «РУБИН». Разработанный прибор обладает высокой чувствительностью к углеводородным газам, высокой экспрессностью анализа, что необходимо для выделения маломощных, низкодебитных нефтегазовых пластов, и широким динамическим диапазоном измерения концентрации исследуемых газов, что важно при исследовании мощных газовых пластов в разрезах поисковых и разведочных скважин. 

Основными узлами хроматографа являются пламенно-ионизационный детектор, дозатор, клапаны, хроматографическая колонка с узлами контролируемого нагрева и охлаждения, модуль микроэлектроники. Хроматографическая колонка представляет заполненную сорбентом металлическую трубку, выполняющую роль электронагревательного элемента, обеспечивающего нагрев сорбента по заданной программе. При исследовании контролируются параметры работы хроматографа и осуществляется коррекция тока и температуры нагрева колонки по определенному алгоритму, чем обеспечивается стабильная работа при изменении температуры окружающей среды и значительных колебаниях питающей сети (что характерно для работы в полевых условиях). Количество отбираемой для анализа дозы варьируется либо программно – изменением времени продувки дозирующей трубки, либо аппаратно – путем установки трубки отбора дозы необходимого объема. 

Экран ноутбука с хроматограммой, получаемой на приборе «РУБИН».



Технические характеристики хроматографа «РУБИН»

Анализируемые углеводородные компоненты

СН4, С2Н6, С3Н8, С4Н10, С5Н12, С6Н14 и более, включая изосоединения

Тип детектора

ПИД

Чувствительность по метану, %

Не хуже 1×10-5

Верхний предел исследуемых концентраций, %

100

Продолжительность цикла анализа от С1 до С6, с

Не более 100

Газ-носитель

Воздух

Давление газа-носителя, атм

3

Время выхода на режим, мин

Не более 10

Напряжение питающей сети, В

От 110 до 290

Частота питающей сети, Гц

От 40 до 60

Этот прибор успешно опробован на скважинах Башкортостана и Татарстана. Испытания хроматографа «РУБИН» показали, что сочетание высокой чувствительности, экспресс-анализа и регистрации результатов компонентного анализа по стволу скважины позволяют не только повысить достоверность выдаваемых характеристик пластов, пересеченных скважиной, но и в ряде случаев прогнозировать за несколько метров подход к газоотдающему источнику по динамике изменения компонентного состава газа.

Для повышения геологической эффективности метода газового каротажа и рационального использования его данных в комплексе с промыслово-геофизическими данными требуется регистрация расширенного комплекса газокаротажных параметров в форме, пригодной для непосредственной корреляции с результатами промыслово-геофизических измерений. Для решения этих задач на базе хроматографа «РУБИН» разработаны газоаналитические комплексы «РУБИН-С» и «РУБИН-СТ».

Газоаналитический комплекс «РУБИН-С» представляет собой аппаратурно-программный симбиоз хроматографа «РУБИН» и анализатора суммарного газосодержания непрерывного действия на пламенно-ионизационном детекторе, выполненный в едином конструктиве. Данный прибор, помимо покомпонентного анализа, позволяет измерять в непрерывном режиме общее газосодержание бурового раствора и показывает наличие газовой аномалии против соответствующего интервала разреза скважины. «РУБИН-С» кроме режимов «Ручной», «Непрерывный», «По метке Времени», изначально присущих хроматографу «РУБИН», имеет возможность работы в режиме «По команде газосуммарника», т. е. хроматограф начинает проводить покомпонентный газовый анализ при превышении определенного уровня газового фона в автоматическом режиме без вмешательства оператора. Необходимый порог газопоказаний устанавливается программно.

Технические характеристики анализатора суммарного газосодержания газоаналитического комплекса «РУБИН-С»

Тип детектора

ПИД

Чувствительность по метану, %

Не хуже 1×10-3

Верхний предел исследуемых концентраций, %

100

Режим работы

Непрерывный

При исследовании разведочных скважин в осложненных условиях только информации о предельных углеводородах иногда недостаточно. Для уточнения прогнозной оценки характеристики насыщения пласта необходимо использовать данные о содержании в промывочной жидкости ряда неуглеводородных газов (водород, кислород, окись углерода, двуокись углерода и др.). Для решения таких задач был разработан газоаналитический комплекс «РУБИН-СТ».



Газоаналитический комплекс "РУБИН-СТ". Структурная схема  

Комплекс обеспечивает непрерывный контроль, сбор и регистрацию геохимической и технологической информации, первичную обработку и экспресс-интерпретацию получаемой информации, раннюю диагностику и предупреждение аварийных ситуаций, формирование базы данных, формирование, заполнение и представление заказчику ежесуточных сводок и рапортов. Он представляет аппаратно-программную систему, функционально включает хроматограф, суммарный газоанализатор и каскад сбора газотехнологических параметров бурения.

Хроматограф может работать в режимах:

автономно, в режиме реального времени (эпизодически и непрерывно); 

с привязкой по глубине (с помощью интегрированного узла технологических параметров); 

с привязкой по времени; 

по команде интегрированного суммарного газоанализатора. 

Каскад сбора газотехнологических параметров бурения предназначен для сбора информации с газовых и технологических датчиков, в т. ч. датчиков глубины, давления, плотности, температуры и др.

Технические характеристики каскада сбора газотехнологических параметров комплекса «РУБИН-СТ»

Количество аналоговых входов

8

Количество цифровых входов

4

Скорость сбора данных, изм/с

1

Моногазоанализаторы представляют собой одно-, двухканальные стационарные приборы, устанавливаемые непосредственно на буровой, чем обеспечивается сокращение до минимума времени реакции на изменение концентрации газовой компоненты.

Принцип действия данных приборов основан на амперометрическом измерении. Датчики имеют телеметрический выход напряжения, пропорциональный концентрации конкретного газа.

Обработка хроматографической и технологической информации производится программами "Регистрация", "Chrom", "GeoData", работающими под управлением среды "WINDOWS".

Программа регистрации технологических параметров бурения скважин "Регистрация" обеспечивает следующие возможности в реальном масштабе времени:

прием и оперативную обработку информации от датчиков газотехнологических параметров бурения, расположенных на буровой; 

визуализацию информации на мониторе в виде диаграмм и в табличном виде; 

формирование базы данных реального времени в масштабах времени, глубины и "исправленной" глубины с дальнейшим сохранением всей информации на жестком диске; 

выдачу оперативной информации на печать. 

Программа регистрации, визуализации и обработки данных работы хроматографа "Chrom" осуществляет:

расчёт содержания каждого углеводородного компонента в газовоздушной смеси, а также суммарного содержания углеводородов; 

возможность регистрации значений до 10 компонентов газовой смеси. В базовом варианте программа настроена на 6 компонентов: метан, этан, пропан, бутан, пентан и гексан; 

возможность работы программы "Chrom" совместно с программой регистрации технологических параметров процесса бурения скважин; 

автоматическая привязка данных газового анализа к глубине. 

Программа "GeoData" предназначена для ввода, просмотра, редактирования и распечатки информации, получаемой в процессе бурения скважин, и позволяет работать со следующими данными:

информация о литологии пород; 

характеристика горной породы (плотность, пористость, карбонатность); 

описание породы (в текстовом виде); 

возраст отложений (в текстовом виде); 

люминесцентно-битуминологический анализ; 

покомпонентный состав газа и суммарный газ; 

технологические параметры, регистрируемые и рассчитываемые комплексом (вес на крюке, нагрузка на долото, давление ПЖ на входе, расход раствора на входе и на выходе, скорость бурения, скорость СПО и т.д.). 

Формат данных программы – LAS-файл или файлы реального времени. Встроенные средства редактирования позволяют корректировать и исправлять все данные, с которыми может работать программа. Программа имеет настраиваемый интерфейс, удобную систему контекстного, программного меню и настраиваемую панель кнопок быстрого доступа.

Применение аппаратуры с расширенным комплексом параметров, обеспечивающей наиболее эффективную их интерпретацию в комплексе с результатами промыслово-геофизических исследований, позволяет решать целый ряд задач - выделение непосредственно в процессе бурения скважины перспективных интервалов, выделение коллекторов в разрезе скважины и др.