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石油開(kāi)發(fā)油氣用分析儀器剖析與展望 石油開(kāi)發(fā)油氣用分析儀器剖析與展望　1我國(guó)油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器歷史。　　油氣（石油）田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)技術(shù)包括常規(guī)巖心分析，專項(xiàng)巖心分析和地層流體高壓物性分析。我國(guó)油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器從無(wú)到有，從小到大的發(fā)展過(guò)程與我國(guó)的石油工業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。從建立開(kāi)發(fā)試驗(yàn)的初期發(fā)展到現(xiàn)在大約經(jīng)歷了3個(gè)階段：*階段是比較簡(jiǎn)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?！　‰S著勘探開(kāi)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(duì)滲透率，潤(rùn)濕性，毛管壓力-孔隙結(jié)構(gòu)，電阻率測(cè)試等等。流體的測(cè)量也從簡(jiǎn)單的物理性質(zhì)的測(cè)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(cè)定和組份檢測(cè)。隨著油田開(kāi)發(fā)的需要，油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià)和提高石油采收率（熱采，化學(xué)驅(qū)，混相驅(qū)）的研究。實(shí)驗(yàn)從初期的簡(jiǎn)單靜態(tài)參數(shù)的測(cè)試，發(fā)展為巖石與流體間相互作用的多相滲流的測(cè)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(shí)驗(yàn)研究及各種化學(xué)劑性質(zhì)及組分的測(cè)試和復(fù)合驅(qū)提高采收率的效果與實(shí)驗(yàn)機(jī)理的研究，也使開(kāi)發(fā)試驗(yàn)與地質(zhì)試驗(yàn)，油田化學(xué)相互滲透，相互結(jié)合?！　∥覈?guó)油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器的歷史從20世紀(jì)50年代開(kāi)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(kāi)始少量引進(jìn)法國(guó)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(pán)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(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器國(guó)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?！　?0世紀(jì)70年代末到80年代，為了解決國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備問(wèn)題，石油勘探開(kāi)發(fā)科學(xué)研究院通過(guò)調(diào)研和選型，引進(jìn)美國(guó)CoreLab全套巖心分析儀，Ruska公司的PTV儀（水銀），Ruska高壓計(jì)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(gè)有實(shí)力的大油田紛紛引進(jìn)國(guó)外儀器，形成了一個(gè)引進(jìn)國(guó)外儀器的高潮。在引進(jìn)儀器的同時(shí)進(jìn)行的國(guó)外培訓(xùn)，考察，使廣大從業(yè)科技人員開(kāi)闊了眼界，并從與國(guó)外同行的交流中，迅速縮小了我們與發(fā)達(dá)國(guó)家在油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)方面的差距?！　∨c此同時(shí)，在石油部科技司的大力支持下，國(guó)內(nèi)從事油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器的廠家積極消化國(guó)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(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)室儀器的國(guó)產(chǎn)化，1987年成立了中國(guó)石油學(xué)會(huì)科技裝備專業(yè)委員會(huì)?！　《搅?0世紀(jì)90年代，引進(jìn)儀器開(kāi)始注重自動(dòng)化，環(huán)保，在這段時(shí)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(wú)汞PVT儀，恒速壓汞儀，恒速泵，電容式壓汞儀等。　　經(jīng)過(guò)多年與國(guó)外油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室的交流，特別是通過(guò)我國(guó)與美國(guó)巖心公司合資組建的中國(guó)巖心研究有限公司這個(gè)窗口，我國(guó)的油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的水平迅速提高，日趨成熟。在開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器制造方面，通過(guò)對(duì)進(jìn)口儀器的熟練掌握，也意識(shí)到*依賴進(jìn)口儀器存在的許多問(wèn)題。如儀器進(jìn)口花費(fèi)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(guó)情況。廣大油田開(kāi)發(fā)研究人員和油層物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的目光更多地轉(zhuǎn)向國(guó)產(chǎn)巖心分析儀器，也就為國(guó)產(chǎn)巖心儀器的發(fā)展和升級(jí)換代提供了一次難得的機(jī)遇。在這一時(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，為國(guó)產(chǎn)巖心儀器的發(fā)展和升級(jí)換代提供了可靠的技術(shù)支撐?！　?990年至1993年期間，一批利用傳感器將被測(cè)參數(shù)的物理量轉(zhuǎn)換為模擬量，再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，zui后由計(jì)算機(jī)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，存儲(chǔ)，處理與輸出的國(guó)產(chǎn)智能化巖心分析儀器研制成功并通過(guò)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(dòng)實(shí)驗(yàn)儀等）先后獲部級(jí)及國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)。在專項(xiàng)巖心分析方面，我們已發(fā)展到由油田開(kāi)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(jì)生產(chǎn)滿足要求的巖心分析儀器這樣一種研制開(kāi)發(fā)模式。先后開(kāi)發(fā)出采油化學(xué)劑評(píng)價(jià)裝置，巖心梯度流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀，相對(duì)滲透率測(cè)量?jī)x等?！　?0世紀(jì)80年代中期到90年代，已基本實(shí)現(xiàn)油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)的國(guó)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(xiàng)巖心分析的相對(duì)滲透率儀，隔板法，壓汞法，離心法等油藏巖心毛管壓力的測(cè)量?jī)x器及巖心驅(qū)替裝置，高壓計(jì)量泵等?！　?我國(guó)巖心分析儀器技術(shù)現(xiàn)狀。　　自20世紀(jì)90年代后期，我國(guó)的油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)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(dòng)化程度提高，大型化，多用途，但其儀器的實(shí)用性下降。近年來(lái)根據(jù)用戶的需求而設(shè)計(jì)的集多種功能于一身的進(jìn)口儀器中非常實(shí)用并能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的，大部分進(jìn)口儀器的使用情況都非常不理想?！　×硪环矫?，國(guó)產(chǎn)儀器在全面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化后，國(guó)內(nèi)廠家開(kāi)始向高層次努力，著手研制具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并適合國(guó)情的多功能一體化儀器，并逐漸形成了自己的特點(diǎn)?！　?.1形成系列。　　2.1.1巖心夾持器系列?！　r心夾持器是巖心分析實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)，在很大程度上決定巖心分析實(shí)驗(yàn)的成敗與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量。我國(guó)巖心夾持器的發(fā)展自20世紀(jì)80年代初引入美國(guó)巖心公司的設(shè)備以后有了一個(gè)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(duì)滲透率測(cè)試及敏感性評(píng)價(jià)的需要發(fā)展了沿軸向加測(cè)壓孔的壓力梯度夾持器，可對(duì)同一巖心沿軸向分段測(cè)量，可同時(shí)測(cè)量不同巖心部位的壓差。又發(fā)展了帶多個(gè)電極的巖心夾持器，可同時(shí)進(jìn)行相對(duì)滲透率和電阻率的測(cè)定。另外，在標(biāo)準(zhǔn)尺寸的基礎(chǔ)上，華北油田發(fā)展了長(zhǎng)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(cè)試問(wèn)題?！　?.1.2中間容器系列。　　根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求，近年來(lái)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(dòng)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?！　?.1.3高壓泵系列?！　≡撓盗邪ǜ邏海?0MPa～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(jì)量泵，手動(dòng)計(jì)量泵，氣動(dòng)氣體增壓泵?！　?.1.4恒溫箱系列。　　包括臺(tái)式，及單聯(lián)，雙聯(lián)的落地式大恒溫箱，具有自然對(duì)流，熱風(fēng)循環(huán)，單門(mén)，雙門(mén)，全開(kāi)式等特點(diǎn)?！　?.2自動(dòng)化程度提高。　　目前，很多開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)由計(jì)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(bào)告。　　2.3模擬油藏環(huán)境?！　∧M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(guó)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(guó)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(yùn)移與儲(chǔ)集，注水開(kāi)發(fā)，保護(hù)油層的敏感性評(píng)價(jià)的大型模擬裝置。裝置的原油運(yùn)移儲(chǔ)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(duì)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(guó)內(nèi)也是zui大zui全面的石油生，儲(chǔ)，開(kāi)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(yùn)轉(zhuǎn)。　　2.4儀器向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展?！　∧壳?，大部分開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)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(lái)諸多不便。因而要實(shí)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(guò)渡的路子。把巖心分析儀器劃分為液力驅(qū)動(dòng)模塊，模擬油藏環(huán)境模塊，參數(shù)測(cè)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(shí)。目前采用模塊化的相對(duì)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(guó)油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器的標(biāo)準(zhǔn)化工作開(kāi)了一個(gè)好頭?！　?.5參數(shù)測(cè)量方法?！　〗鼛啄陙?lái)，國(guó)內(nèi)許多專家在巖心分析儀器的參數(shù)測(cè)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(cè)量方法，有的已在儀器開(kāi)發(fā)中得到應(yīng)用。如采用非穩(wěn)態(tài)方法測(cè)量巖心氣體滲透率的研究；基于線性擬合方法測(cè)量巖心孔隙度的研究；采用負(fù)壓法測(cè)量巖心孔隙度的研究；利用計(jì)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(shí)用性?！　?油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器的發(fā)展趨勢(shì)3.1新技術(shù)的應(yīng)用。　　開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)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(huì)更多地應(yīng)用于油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器中?！　?.1.1網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器技術(shù)?！　∥磥?lái)的傳感器發(fā)展方向是網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器?！　【W(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(hào)值進(jìn)行判斷和制定決策；二是可以通過(guò)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(cè)，自修正和自保護(hù)功能。這種傳感器可對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)和修正；可自動(dòng)補(bǔ)償線性，非線性，溫度，噪聲，響應(yīng)時(shí)間，緩慢漂移等誤差；可自動(dòng)選擇檢測(cè)量程和測(cè)量方法；可進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的隨時(shí)存取并與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換?！　?.1.2虛擬儀器技術(shù)?！　√摂M儀器就是利用現(xiàn)有的計(jì)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(méi)有的特殊功能的低價(jià)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(hào)輸入輸出單元的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，它的zui大特點(diǎn)在于所提供的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，如NI公司的Lab2VIEW.它是一種編譯型的圖形化編程語(yǔ)言。以前，儀器的軟件設(shè)計(jì)工作只能由開(kāi)發(fā)人員根據(jù)自己對(duì)某一編程語(yǔ)言的熟練程度和愛(ài)好，花費(fèi)大量時(shí)間和精力才能完成。有了虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)后，儀器的軟件設(shè)計(jì)變得非常簡(jiǎn)單，甚至于儀器的使用者也可根據(jù)自己的需要對(duì)軟件進(jìn)行修改或重新設(shè)計(jì)?！　?.1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。　　網(wǎng)絡(luò)為我們提供了一個(gè)廣泛，快捷和可靠的信息交換通道。實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器可以作為接入訪問(wèn)平臺(tái)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)世界，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源和數(shù)據(jù)資源的共享。測(cè)試工作可在異地多家聯(lián)合進(jìn)行，為實(shí)驗(yàn)工作者帶來(lái)一種全新的工作方式?！　?.2新儀器的發(fā)展趨勢(shì)。　?。?）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(huì)廣泛應(yīng)用。　?。?）高壓恒速泵系列向高壓（大于70MPa），大容積（大于400ml）發(fā)展?！　。?）自動(dòng)化：需重點(diǎn)解決自動(dòng)圍壓控制器，數(shù)字式回壓調(diào)節(jié)器，自動(dòng)切換閥，出口計(jì)量分離器等?！　。?）與無(wú)汞PVT儀器配套的無(wú)汞井下取樣器?！　。?）完善全自動(dòng)石油巖樣分析離心機(jī)測(cè)試技術(shù)?！　。?）三相相對(duì)滲透率測(cè)定技術(shù)?！　。?）精細(xì)研究孔隙結(jié)構(gòu)的恒速壓汞技術(shù)?！　∥覈?guó)的油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，從無(wú)到有，從小到大已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，相信隨著我國(guó)科技水平的提高，經(jīng)過(guò)廣大油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器研制廠家與廣大從事油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)的科研人員的共同努力，一定可以將我國(guó)的開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器的研制水平提到更高的層次?！　?/span>