石油仪器技术绪论资料

石油仪器仪表主讲：廖明燕E-Mail：[e-mail]中国石油大学（华东）2011年09月石油仪器仪表主讲：廖明燕E-Mail：[e-mail]中国石油大学（华东）2011年09月第1章概述1.1石油仪器定义1.2石油仪器分类1.3石油仪器发展1.4石油仪器特征1.5课程组织内容复习思考题中国石油大学（华东）工业训练中心1.1石油仪器的定义中国石油大学（华东）工业训练中心1.仪器仪表仪器仪表（Instrumentation）指用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成份、物性参数等的器具和设备。广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能。仪器仪表技术的发展经历了机械（电磁）指针式、模拟式、数字式、智能仪器、虚拟仪器这样几个发展阶段。目前的仪器仪表以智能仪器为主流，虚拟仪器是目前的研究热点，预计网络仪器将成为未来仪器仪表的发展方向。1.1石油仪器的定义中国石油大学（华东）工业训练中心仪器仪表是高新技术的前沿技术，是信息获取的主要技术手段，是信息技术的关键和基础，是信息产业的源头和重要组成部分。在现代化的国民经济活动中，仪器仪表涉及到人类活动的各个方面。如科学研究用的试验仪器装备、教学仪器装备、医疗诊治仪器、环境监测仪器、工业过程检测仪器、电子测量仪器等。事实上，在现代化工业生产中，如果没有各种测量与控制仪器仪表的正常运行，发电厂、炼油厂、化工厂、钢铁厂、飞机和汽车制造厂等都不能维持稳定的生产，更不会创造出巨额的产值和效益。仪器仪表的整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一。2.石油仪器石油仪器指在石油天然气勘探、开发、储运和加工的各个生产环节及科学研究活动中使用的具有石油专门化特征的检验、实验与测试装备。石油仪器的发展与电子技术、传感器技术、计算机技术、信息技术和自动化技术的进步相伴而行。中国石油大学（华东）工业训练中心1.1石油仪器的定义中国石油大学（华东）工业训练中心1.2石油仪器分类①地震勘探仪器②石油测井仪器③钻采设备与工程监测仪器生产现场测量与检测仪器石油仪器基础与应用研究仪器油层物理实验仪器①岩心筛选与制备设备②岩心常规分析仪器③专项岩心分析仪器④综合联测仪器基础与应用研究仪器主要指油层物理实验仪器，特别指岩心分析仪器。岩心分析仪器及设备可分为岩心筛选与制备设备、岩心常规分析仪器、专项岩心分析仪器、综合联测仪器等四大类。此外还有地层流体的PTV分析仪器。中国石油大学（华东）工业训练中心1.2石油仪器分类1.2石油仪器分类根据仪器在石油天然气生产环节的使用，可把生产现场测量与检测仪器进一步划分为勘探仪器、测井仪器和钻采仪器等。勘探仪器指为了研究各种矿物的密度、磁性、电特性、弹性、放射性等物理性质的差异，基于各种物理方法设计的仪器，用来探测天然的或人工的地球物理场的变化，通过分析、研究所获得的物探资料，推断、解释地质构造和矿产分布情况。中国石油大学（华东）工业训练中心1.2石油仪器分类中国石油大学（华东）工业训练中心测井仪器指用于定量测定井下钻穿地层的电、声、光、核、热、力等物理信息，用以判断地层的岩性及流体的性质，确定油、气、水层的位置，定量解释油、气层的厚度，含水饱和度和储层的物性等参数，了解井下状况的成套设备。测井仪器包括下井仪器、测井电缆和地面仪器。1.2石油仪器分类钻井仪器仪表指钻井过程中用于获得地面钻井设备工作参数和井下工况参数的各种仪器。采油仪器仪表是生产井动态监测及评价完井效率的重要设备．采油仪器仪表主要是指试井仪器仪表，抽油机示功仪、液面检测仪、原油含水分析仪等。试井仪器仪表又分为：高压试井仪器仪表和低压试井仪器仪表。中国石油大学（华东）工业训练中心1.3石油仪器技术特征中国石油大学（华东）工业训练中心由于行业的特殊性，石油仪器的技术特征，包括以下几个方面：1．超宽测量范围超宽测量范围指仪器的测试范围非常宽，一般测试仪器很难满足这一要求。如流动性实验中的流量测量，要求测量范围0.01ml/min～100ml/min，精度达到0.1%；调剖堵水实验中，压力测量范围为10Pa～60MPa。2．极端测试条件极端测试条件指实验条件非常苛刻。如油气成因模拟实验要求的模拟实验温度达到1000℃，模拟工作压力100MPa。1.3石油仪器技术特征中国石油大学（华东）工业训练中心3．工作环境恶劣石油工业生产上使用的仪器，通常在露天、地下或水下工作，工作空间受到限制，工作环境很差。如下井仪器，要求在高温（≥175℃），高压（≥40MPa），（高湿（≥95%），耐腐蚀环境下工作。4．工作周期长很多石油仪器都要求能长期连续工作。如支撑剂导流能力实验，其实验测试周期长达4周以上，其间仪器若发生故障，将导致实验失败。5．超大信息容量信息量大，信息频带宽，动态范围大是石油仪器的又一特点。如地震勘探仪器，信息带宽0～500Hz,动态范围大于120dB，通道数超过10000道，在几秒的时间内要获得若干个T的数据。1．地震勘探仪器的发展历程从20世纪30年代第一代地震勘探仪器诞生开始，地震勘探仪器已经历了几十年的发展，表1-1可以说明地震勘探仪器的发展历程。中国石油大学（华东）工业训练中心1.4石油仪器的发展1.4.1发展历程1.4石油仪器的发展1.4.1发展历程中国石油大学（华东）工业训练中心表1-1地震勘探仪器的发展历程1.4石油仪器的发展1.4.1发展历程2．测井仪器技术的发展①半自动测井，应用多线简单地测量地层的电阻和自然电位。②数字测井，在此阶段广泛应用了电子技术和计算机技术。③以计算机为核心的数控测井设备，是国外20世纪70年代开发的新一代测井设备，其显著特点是高精度的质量监控、大容量的数据传输及计算机处理技术的应用。④测井技术向集成化、快速化方向发展迅速，进入高可靠、高集成和高精度测井时代。中国石油大学（华东）工业训练中心1.4石油仪器的发展1.4.1发展历程3．国内测井仪器技术的发展①半自动测井，应用多线简单地测量地层的电阻和自然电位。②数字测井，在此阶段广泛应用了电子技术和计算机技术。③以计算机为核心的数控测井设备，是国外20世纪70年代开发的新一代测井设备，其显著特点是高精度的质量监控、大容量的数据传输及计算机处理技术的应用。④测井技术向集成化、快速化方向发展迅速，进入高可靠、高集成和高精度测井时代。⑤1996年，历经十年，开发研制出适合我国国情的新一代电缆传输数控测井系统。中国石油大学（华东）工业训练中心1.4石油仪器的发展1.4.1发展历程为了发展我国的测井技术，使测井设备跨上一个新台阶，提高测井时效，缩短与世界先进水平的差距，自1986年始至1996年，历经十年，开发研制出适合我国国情的新一代电缆传输数控测井系统。这一数控测井系统以计算机为核心，利用遥信、遥测、遥调、遥控技术，探测、采集和处理井下175℃、40MPa环境中的地球物理参数。自2000年开始又以520系列测井仪器为基础，成功地组织开发出530高可靠常规测井系列，极大提高了常规测井系列的测量性能和现场作业的可靠性，缩短了中国测井界的常规测井技术与国际水平的差距。中国石油大学（华东）工业训练中心3．油层物理实验仪器发展油层物理实验是利用各种试验手段对储层岩石进行渗流物理化学的研究与测试，提供储层岩石和地层流体的静态与动态参数，指导油气田的合理开发。早期发展的油层物理实验技术仪器都是手工操作，人工计量，表盘指针读数，只能进行单项测定。上个世纪六、七十年代，随着电子工业的迅猛发展，各种电子器件、传感器相继问世，促进了测试仪器的自动化、计算机化，测量精度不断提高，模拟条件不断深化，仪器向高温、高压、模块化、多功能的方向发展。中国石油大学（华东）工业训练中心1.4石油仪器的发展1.4.1发展历程我国油层物理实验技术与仪器发展的三个阶段。1）80年代前的技术培育阶段从新中国诞生到70年代末，由于历史和社会的种种原因以及技术发展的局限性，还没有完全掌握油层物理实验技术，形成成熟的油藏开发技术和方法。就油层物理实验的岩心分析仪器，特别是常规岩心分析仪器而言，这类仪器仅仅是一些研究院有少量进口。随着我国油气田勘探开发规模的加大，从事油层物理实验技术的研究工作者对油层物理实验理论的研究深入化，逐步掌握了油层物理实验技术。他们开始自己搭建油层物理实验方面的实验流程，以满足油藏开发实验的需要。在这期间虽然没有形成我国自己的岩心分析仪器生产技术，但是通过对油层物理实验理论的研究和油层物理实验技术的积累，我国自己的岩心分析仪器独立研制与生产已初见端倪。中国石油大学（华东）工业训练中心1.4石油仪器的发展1.4.1发展历程2）80年代的技术消化与吸收阶段70年代末80年代中期，我国先后派出了许多研究人员出国学习考察，大量的进口仪器设备，使得我国油层物理实验技术得到了快速发展。到了80年代后期，我国油层物理实验技术水平与国外的差距缩小。国内的一些研究单位有计划的投入人力和资金，开始研制岩心分析仪器，取得了大量的研究成果。自主开发的常规岩心分析仪器系列曾获国家科技成果进步奖。国内的几个生产厂家开始独立成套的生产常规岩心分析仪器，满足油田开发研究的需要。专项岩心分析仪器的研制也在积极的进行。中国石油大学（华东）工业训练中心1.4石油仪器的发展1.4.1发展历程3）90年代以来的自我发展阶段到了90年代，我国油层物理实验技术基本成熟。从实验仪器方面，通过对进口仪器的熟练掌握，也认识到进口仪器存在的一些问题。如仪器进口花费的外汇太多，易损件的更换困难；因为是非标产品，在操作方法和技术路线上有不适于我国的具体情况之处。广大的油田开发研究人员和油层物理实验技术人员转向积极使用国产岩心分析仪器，这为国产岩心仪器的发展和升级换代提供了一次难得的机会。也就在这一时期，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。中国石油大学（华东）工业训练中心1.4石油仪器的发展1.4.1发展历程90至93年的期间，一批国产智能化岩心分析仪器研制成功并通过鉴定。我国自行设计、研制、生产岩心分析仪器，为油层物理实验提供技术手段，满足油气资源开发需要已成为现实。4．钻采仪表钻采仪表的发展一直比较缓慢，目前，大多数的钻井队仍然靠指重表、转数表和压力表监测钻机工作状态。上个世纪70年代就有钻井多参数测量仪问世，目前这类仪器已经能够实现钻井参数的自动实时显示和记录，但并没有普遍推广使用。中国石油大学（华东）工业训练中心1.4石油仪器的发展1.4.1发展历程1.4石油仪器发展1.4.2发展趋势中国石油大学（华东）工业训练中心现代高新技术发展与基础科学实验研究，均依赖仪器仪表来完成。先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就的重要体现形式。能不能创造出高水平的新型科学仪器与设备，体现了一个民族、一个国家的创新能力。正是由于人们已经认识到科学仪器的重要作用和地位，美、日、欧共体等发达国家均把科学仪器列为国家重点支持的关键技术。1.4石油仪器发展1.4.2发展趋势中国石油大学（华东）工业训练中心我国的科学仪器产业与发达国家相比，技术差距越来越大，主要产品市场都被外商占领，形势极为严峻。为扭转这种落后的被动局面，在多位院士先后两次向国家提出的建议下，国家已下决心大力发展我国的仪器仪表工业。在国家重大科技攻关项目中，几乎一半是研究专用测量与控制技术手段和仪器设备的制作。科技部在国家十五科技攻关立项时，将科学仪器的研制与开发列为重大科技攻关项目。随着社会的快速发展，对先进的科学仪器的需求与日俱增，这些为大力发展现代科学仪器创造了十分有利的条件。1.4石油仪器发展趋势1.4.2发展趋势中国石油大学（华东）工业训练中心1．油层物理实验仪器①满足油层物理实验对高温、高压、低渗、全直径、多相介质等实验参数的要求；②建立国际先进的大岩心实验方法和测量系统，形成大岩心实验方法、测量工艺及质量控制标准；③建立岩石物理数值模拟软件平台和适合中国储层地质特点的的岩石物理实