石油開發(fā)油氣用分析儀器剖析與展望 石油開發(fā)油氣用分析儀器剖析與展望　1我國油氣田開發(fā)實驗儀器歷史。　　油氣（石油）田開發(fā)實驗技術(shù)包括常規(guī)巖心分析，專項巖心分析和地層流體高壓物性分析。我國油氣田開發(fā)實驗儀器從無到有，從小到大的發(fā)展過程與我國的石油工業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。從建立開發(fā)試驗的初期發(fā)展到現(xiàn)在大約經(jīng)歷了3個階段：*階段是比較簡單地提供油氣層的基本物理性質(zhì)參數(shù)及巖石中流體含量-孔隙度，滲透率，飽和度。　　隨著勘探開發(fā)工作的深入，進(jìn)入第二階段，即油藏工程師需了解巖石-流體相互作用下的一些特性和巖石的微觀結(jié)構(gòu)而發(fā)展了相對滲透率，潤濕性，毛管壓力-孔隙結(jié)構(gòu)，電阻率測試等等。流體的測量也從簡單的物理性質(zhì)的測定（密度，粘度等）發(fā)展為地層條件下流體高壓物性即PVT的測定和組份檢測。隨著油田開發(fā)的需要，油氣田開發(fā)實驗發(fā)展到第三階段：進(jìn)一步發(fā)展了保護(hù)油層的敏感性評價和提高石油采收率（熱采，化學(xué)驅(qū)，混相驅(qū)）的研究。實驗從初期的簡單靜態(tài)參數(shù)的測試，發(fā)展為巖石與流體間相互作用的多相滲流的測試與研究，再發(fā)展到流體的相態(tài)研究和復(fù)雜的多維物理模型的實驗研究及各種化學(xué)劑性質(zhì)及組分的測試和復(fù)合驅(qū)提高采收率的效果與實驗機(jī)理的研究，也使開發(fā)試驗與地質(zhì)試驗，油田化學(xué)相互滲透，相互結(jié)合。　　我國油氣田開發(fā)實驗儀器的歷史從20世紀(jì)50年代開始，大量引進(jìn)蘇聯(lián)AK-4型巖心分析儀，蘇聯(lián)水銀PVT儀。60年代開始少量引進(jìn)法國巖心分析儀器，如氣體孔隙度儀，立管式氣體滲透率儀，高壓水銀PVT儀，大表盤壓力表，高壓柱塞泵，帶小窗口PVT筒等。　　在20世紀(jì)50～60年代開發(fā)實驗儀器國產(chǎn)化方面，主要是仿蘇的巖心分析儀，放大的大巖心分析儀（孔隙度，滲透率，飽和度，洗油）及刮壁式取樣器。　　20世紀(jì)70年代末到80年代，為了解決國內(nèi)實驗儀器設(shè)備問題，石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院通過調(diào)研和選型，引進(jìn)美國CoreLab全套巖心分析儀，Ruska公司的PTV儀（水銀），Ruska高壓計量泵，Isco公司的314泵。海洋及一些油田的研究院又先后引進(jìn)了FDS恒速泵，CMS200，Beckman離心機(jī)及一些圖像分析系統(tǒng)，壓力壓差傳感器等。在這一期間，各個有實力的大油田紛紛引進(jìn)國外儀器，形成了一個引進(jìn)國外儀器的高潮。在引進(jìn)儀器的同時進(jìn)行的國外培訓(xùn)，考察，使廣大從業(yè)科技人員開闊了眼界，并從與國外同行的交流中，迅速縮小了我們與發(fā)達(dá)國家在油氣田開發(fā)實驗方面的差距。　　與此同時，在石油部科技司的大力支持下，國內(nèi)從事油氣田開發(fā)實驗儀器的廠家積極消化國外技術(shù)，掀起仿制進(jìn)口儀器的熱潮。為了更好地指導(dǎo)完成油氣田勘探，開發(fā)的實驗室儀器的國產(chǎn)化，1987年成立了中國石油學(xué)會科技裝備專業(yè)委員會。　　而到了20世紀(jì)90年代，引進(jìn)儀器開始注重自動化，環(huán)保，在這段時間引進(jìn)的比較有代表性的儀器有多功能的巖心分析儀器，CMS-300，剖面滲透率儀，加拿大DBR，Ruska無汞PVT儀，恒速壓汞儀，恒速泵，電容式壓汞儀等。　　經(jīng)過多年與國外油氣田開發(fā)實驗室的交流，特別是通過我國與美國巖心公司合資組建的中國巖心研究有限公司這個窗口，我國的油氣田開發(fā)實驗技術(shù)的水平迅速提高，日趨成熟。在開發(fā)實驗儀器制造方面，通過對進(jìn)口儀器的熟練掌握，也意識到*依賴進(jìn)口儀器存在的許多問題。如儀器進(jìn)口花費的外匯太多；易損件的更換困難；非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品使操作方法和技術(shù)路線上不適于我國情況。廣大油田開發(fā)研究人員和油層物理實驗技術(shù)人員的目光更多地轉(zhuǎn)向國產(chǎn)巖心分析儀器，也就為國產(chǎn)巖心儀器的發(fā)展和升級換代提供了一次難得的機(jī)遇。在這一時期，涉及巖心分析儀器的傳感器技術(shù)，模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，為國產(chǎn)巖心儀器的發(fā)展和升級換代提供了可靠的技術(shù)支撐。　　1990年至1993年期間，一批利用傳感器將被測參數(shù)的物理量轉(zhuǎn)換為模擬量，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，zui后由計算機(jī)來完成實驗數(shù)據(jù)的采集，存儲，處理與輸出的國產(chǎn)智能化巖心分析儀器研制成功并通過鑒定。其中常規(guī)巖心分析儀（包括氣體滲透率儀，氣體孔隙度儀，碳酸鹽含量分析儀，巖心流動實驗儀等）先后獲部級及國家科技進(jìn)步獎。在專項巖心分析方面，我們已發(fā)展到由油田開發(fā)研究人員提出工藝流程和技術(shù)要求，儀器研制人員按工藝流程和技術(shù)要求設(shè)計生產(chǎn)滿足要求的巖心分析儀器這樣一種研制開發(fā)模式。先后開發(fā)出采油化學(xué)劑評價裝置，巖心梯度流動實驗儀，相對滲透率測量儀等。　　從20世紀(jì)80年代中期到90年代，已基本實現(xiàn)油氣田開發(fā)實驗的國產(chǎn)化，制造出了常規(guī)巖心分析孔隙度，滲透率，飽和度及洗油儀，巖心照相裝置。用于專項巖心分析的相對滲透率儀，隔板法，壓汞法，離心法等油藏巖心毛管壓力的測量儀器及巖心驅(qū)替裝置，高壓計量泵等。　　2我國巖心分析儀器技術(shù)現(xiàn)狀。　　自20世紀(jì)90年代后期，我國的油氣田開發(fā)實驗儀器的現(xiàn)狀具有兩方面的特性：一方面是進(jìn)口儀器的自動化程度提高，大型化，多用途，但其儀器的實用性下降。近年來根據(jù)用戶的需求而設(shè)計的集多種功能于一身的進(jìn)口儀器中非常實用并能正常運轉(zhuǎn)的，大部分進(jìn)口儀器的使用情況都非常不理想。　　另一方面，國產(chǎn)儀器在全面實現(xiàn)國產(chǎn)化后，國內(nèi)廠家開始向高層次努力，著手研制具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)并適合國情的多功能一體化儀器，并逐漸形成了自己的特點。　　2.1形成系列。　　2.1.1巖心夾持器系列。　　巖心夾持器是巖心分析實驗的關(guān)鍵技術(shù)，在很大程度上決定巖心分析實驗的成敗與實驗數(shù)據(jù)質(zhì)量。我國巖心夾持器的發(fā)展自20世紀(jì)80年代初引入美國巖心公司的設(shè)備以后有了一個質(zhì)的飛躍。從zui早仿制前蘇聯(lián)的Fancher嵌入式巖心夾持器到仿制Hassler的巖心夾持器系列，以后又仿制了水靜力學(xué)加載的二軸向巖心夾持器和三軸應(yīng)力夾持器，環(huán)向載荷可達(dá)100MPa，軸向載荷可達(dá)50MPa；以后又根據(jù)相對滲透率測試及敏感性評價的需要發(fā)展了沿軸向加測壓孔的壓力梯度夾持器，可對同一巖心沿軸向分段測量，可同時測量不同巖心部位的壓差。又發(fā)展了帶多個電極的巖心夾持器，可同時進(jìn)行相對滲透率和電阻率的測定。另外，在標(biāo)準(zhǔn)尺寸的基礎(chǔ)上，華北油田發(fā)展了長巖心（2m），大直徑（Φ50mm，70mm，98mm）的巖心夾持器，解決了特殊巖層的巖心測試問題。　　2.1.2中間容器系列。　　根據(jù)不同的實驗要求，近年來中間容器的系列化也取得了很大的進(jìn)步。在zui常用的不銹鋼材質(zhì)方面，有上下端焊接，上端可拆，浮動隔離活塞，耐酸襯里等新型中間容器，以及有機(jī)玻璃的中間容器和皮囊式的中間容器。　　2.1.3高壓泵系列。　　該系列包括高壓（20MPa～70MPa），大容量（100ml～450ml）的高壓恒速泵（單缸，帶切換閥的雙缸泵），高壓計量泵，手動計量泵，氣動氣體增壓泵。　　2.1.4恒溫箱系列。　　包括臺式，及單聯(lián)，雙聯(lián)的落地式大恒溫箱，具有自然對流，熱風(fēng)循環(huán)，單門，雙門，全開式等特點。　　2.2自動化程度提高。　　目前，很多開發(fā)實驗儀器已經(jīng)實現(xiàn)由計算機(jī)控制操作，程序控制數(shù)據(jù)采集與處理，直到輸出數(shù)據(jù)表格，圖幅，并出成果報告。　　2.3模擬油藏環(huán)境。　　模擬油藏環(huán)境主要指覆蓋壓力，驅(qū)替壓力，油層溫度，油層油氣水，油層微生物等的油藏環(huán)境模擬。目前，國產(chǎn)巖心分析儀器的模擬油藏環(huán)境覆蓋壓力可達(dá)100MPa，模擬油層溫度可達(dá)300℃±2℃；模擬油層油氣水條件容易滿足；模擬油藏微生物條件的微生物驅(qū)替裝置國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)。20世紀(jì)90年代后期經(jīng)科研單位，院校與廠家密切結(jié)合，研制出一套可以模擬油氣生成，油氣運移與儲集，注水開發(fā)，保護(hù)油層的敏感性評價的大型模擬裝置。裝置的原油運移儲存系統(tǒng)還可以模擬研究流體與巖石相互之間的作用機(jī)理，模擬上下層位由于溫差造成的層間流體對流造成礦物的溶蝕與新礦物的生成。系統(tǒng)中還帶有一套人造巖心的制作裝置，是目前國內(nèi)也是zui大zui全面的石油生，儲，開發(fā)的高溫高壓物理模擬裝置，現(xiàn)已在石油大學(xué)（北京）部分運轉(zhuǎn)。　　2.4儀器向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。　　目前，大部分開發(fā)實驗儀器屬于非標(biāo)產(chǎn)品，儀器的通用性和互換性較差，給用戶帶來諸多不便。因而要實現(xiàn)巖心分析儀器的標(biāo)準(zhǔn)化難度較大。目前嘗試首先模塊化，然后向標(biāo)準(zhǔn)化過渡的路子。把巖心分析儀器劃分為液力驅(qū)動模塊，模擬油藏環(huán)境模塊，參數(shù)測量與控制模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集模塊，流程操作與控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊等，并已取得了共識。目前采用模塊化的相對滲透率儀及可以進(jìn)行水驅(qū)和化學(xué)驅(qū)的驅(qū)替裝置已經(jīng)面世，為我國油氣田開發(fā)實驗儀器的標(biāo)準(zhǔn)化工作開了一個好頭。　　2.5參數(shù)測量方法。　　近幾年來，國內(nèi)許多專家在巖心分析儀器的參數(shù)測量方法上進(jìn)行了很多比較深入的研究，提出了一些新的測量方法，有的已在儀器開發(fā)中得到應(yīng)用。如采用非穩(wěn)態(tài)方法測量巖心氣體滲透率的研究；基于線性擬合方法測量巖心孔隙度的研究；采用負(fù)壓法測量巖心孔隙度的研究；利用計算機(jī)層析X射線成像法（CT）確定巖心的基本物性參數(shù)的研究；這些研究都具有一定的深度和實用性。　　3油氣田開發(fā)實驗儀器的發(fā)展趨勢3.1新技術(shù)的應(yīng)用。　　開發(fā)實驗儀器是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷提高的。新技術(shù)，新工藝會更多地應(yīng)用于油氣田開發(fā)實驗儀器中。　　3.1.1網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器技術(shù)。　　未來的傳感器發(fā)展方向是網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器。　　網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器具有以下特征：一是可以根據(jù)輸入信號值進(jìn)行判斷和制定決策；二是可以通過軟件做出多種決定；三是可以與外部進(jìn)行信息交換，有輸入輸出接口或網(wǎng)絡(luò)接口；四是具有自檢測，自修正和自保護(hù)功能。這種傳感器可對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計和修正；可自動補(bǔ)償線性，非線性，溫度，噪聲，響應(yīng)時間，緩慢漂移等誤差；可自動選擇檢測量程和測量方法；可進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)的隨時存取并與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。　　3.1.2虛擬儀器技術(shù)。　　虛擬儀器就是利用現(xiàn)有的計算機(jī)，配上相應(yīng)的硬件（如數(shù)據(jù)采集卡，輸入輸出卡，GPIB卡等）和軟件形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的低價的新型儀器。虛擬儀器是PC儀器的進(jìn)一步發(fā)展。虛擬儀器的硬件解決了信號輸入輸出單元的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化問題，它的zui大特點在于所提供的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，如NI公司的Lab2VIEW.它是一種編譯型的圖形化編程語言。以前，儀器的軟件設(shè)計工作只能由開發(fā)人員根據(jù)自己對某一編程語言的熟練程度和愛好，花費大量時間和精力才能完成。有了虛擬儀器軟件開發(fā)平臺后，儀器的軟件設(shè)計變得非常簡單，甚至于儀器的使用者也可根據(jù)自己的需要對軟件進(jìn)行修改或重新設(shè)計。　　3.1.3計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。　　網(wǎng)絡(luò)為我們提供了一個廣泛，快捷和可靠的信息交換通道。實驗測試儀器可以作為接入訪問平臺進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)世界，從而實現(xiàn)設(shè)備資源和數(shù)據(jù)資源的共享。測試工作可在異地多家聯(lián)合進(jìn)行，為實驗工作者帶來一種全新的工作方式。　　3.2新儀器的發(fā)展趨勢。　　（1）全面推廣使用壓力，壓差，溫度，質(zhì)量傳感器，特別是質(zhì)量傳感器將會廣泛應(yīng)用。　　（2）高壓恒速泵系列向高壓（大于70MPa），大容積（大于400ml）發(fā)展。　　（3）自動化：需重點解決自動圍壓控制器，數(shù)字式回壓調(diào)節(jié)器，自動切換閥，出口計量分離器等。　　（4）與無汞PVT儀器配套的無汞井下取樣器。　　（5）完善全自動石油巖樣分析離心機(jī)測試技術(shù)。　　（6）三相相對滲透率測定技術(shù)。　　（7）精細(xì)研究孔隙結(jié)構(gòu)的恒速壓汞技術(shù)。　　我國的油氣田開發(fā)實驗儀器經(jīng)過近50年的發(fā)展，從無到有，從小到大已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，相信隨著我國科技水平的提高，經(jīng)過廣大油氣田開發(fā)實驗儀器研制廠家與廣大從事油氣田開發(fā)實驗的科研人員的共同努力，一定可以將我國的開發(fā)實驗儀器的研制水平提到更高的層次。