脫氣裝置設計

1. 大幅面導帶式噴墨列印機的噴頭墨路是如何脫氣的特別是宏華的導帶機和仿照宏華導帶機生產的導帶機

Pall公司和日本dic銷售的脫氣膜柱

2. 一種新型氣測錄井系統設計與開發

張 衛 陸黃生

（中國石化石油工程技術研究院，北京 100101）

摘 要 針對鑽井液氣測錄井脫氣不定量、分析成分少的問題，設計了一種新型的鑽井液油氣分析系統。系統脫氣單元採用半透膜分離原理，脫氣器可直接插入鑽井液中提取分析成分，擺脫了傳統電動脫氣方式定量化弱的局限；系統分析單元採用了MEMS微型色譜，縮小了體積，擴展了在線分析的組分范圍，可在線分析鑽井液中油氣成分。現場實驗證明新型鑽井液油氣分析系統提高了油氣檢測的定量性和評價的准確性。

關鍵詞 鑽井液 油氣 分析 半透膜 在線色譜

Development of a New Kind of Gas logging System

ZHANG Wei，LU Huangsheng

（Research Institute of Petroleum Engineering，SINOPEC，Beijing 100101，China）

Abstract In light of non－quantitative degasification and few components for analysis in current traditional gas logging，a new type of gas logging system developed.The system adopts the semi－permeable membrane separation principle to make a pertinent degasification of hydrocarbon gases.The degasser can be inserted directly into drilling fluid to extract the analysis component.The analysis component of the system adopts the method of online －GC technology.The wellsite test showed that the new system can raise the level of gas logging and improve the assessment exactness of oil and gas.

Key words drilling fluid；oil－gas；analysis；semi－permeable membrane；online chromatogram

油氣勘探鑽井過程中，地層輕烴含量直接關聯著地層油氣儲量^［1］，傳統測定方法是將鑽井液引入脫氣器中進行攪拌脫氣，分離出輕烴氣體，再將其送入在線氣相色譜進行分析，從而得到鑽井液中的輕烴含量^［2］。這種測定方法脫氣不定量、檢測不連續、信號延遲時間長，制約了氣測錄井服務質量。

本文結合國外氣測錄井行業的發展趨勢^［3～7］，提出了一種測定鑽井液中輕烴含量的新方法，在此基礎上開發了新型氣測系統。

1 系統原理

系統的結構原理如圖1所示，分為樣品脫氣環節、樣品處理環節、分析檢測環節和評價解釋環節。鑽頭在鑽開地層後，井下油氣被鑽井液從井下循環到地面，脫氣環節中的半透膜脫氣器直接插入泥漿中，通過它把鑽井液中的烴類油氣定量提取出來；提取出來的樣品進入樣品處理環節，進行脫水、乾燥、穩壓、穩流處理；之後樣品進入分析檢測環節，通過在線的分析儀器將烴類樣品成分檢測出來；隨後氣體樣品排出系統，檢測的信息進入評價解釋環節，通過工作站完成樣品標定、數據處理和油氣水的評價。

圖1 油氣檢測系統原理

新型氣測系統與常規氣測錄井系統分離—檢測—評價的功能流程基本一致，但關鍵功能的實現手段有著顯著區別。新型氣測系統對脫氣和氣體檢測兩個關鍵環節進行了重新設計，新設計的系統脫氣環節使用插入式半透膜定量脫氣替代了傳統的電動脫氣，而新的氣體檢測環節將油氣分析范圍由常規系統的C₁—C₅擴展到C₁—C₈，並包括苯和甲苯。

2 技術關鍵

2.1 半透膜脫氣器設計

樣品脫氣要充分考慮鑽井液中烴類氣體的模態變化和鑽井液的循環工藝。首先要讓鑽井液盡量少接觸空氣，其次是減少因為鑽井液的流量、溫度等因素變化造成的影響。綜合各種樣品萃取的利弊，選用半透膜方式脫氣具有很好的針對性。

半透膜是由高分子聚合物材料制備的薄膜，其具有選擇性透過功能，可針對性地分離液體中特定組分，在化工分離工程中應用廣泛。目前Schlumberger 、Halliburton等公司正應用半透膜分離技術開展研究，並取得了一定成果。適合鑽井液油氣脫出的半透膜應只允許檢測所需的烴類及苯類分子以氣體狀態通過，並完全禁止泥漿通過，以保護後續檢測單元。利用半透膜從鑽井液中直接分離組分的原理如圖2所示。

圖2 半透膜工作原理

在膜的內外兩側，由於烴類組分存在不同的滲透壓力，使鑽井液中的烴類氣體穿過半透膜，並以氣體的形式通過載氣輸送至氣相色譜儀等檢測儀器進行分析，達到分離—檢測的目的。利用半透膜作為定量分析手段，檢測結果能夠真實反映鑽遇地層流體的油氣組成比例及性質。

由於半透膜需直接接觸鑽井液進行油氣組分分離，其工作環境惡劣，並且工作溫度高，普通膜材料難以達到要求，因此半透膜選擇上既要保證油氣組分透過，又要重點考慮膜的強度和耐溫性。初步選擇PE（聚乙烯）、PTFE（聚四氟乙烯）及PDMS（硅橡膠）為膜材料，通過化學聚合反應制備了中空纖維聚合物復合膜。PE膜在實驗溫度為40℃、80℃時無檢測信號，在溫度升至100℃時熔化，耐溫性能差。PTFE膜在40℃、80℃ 、100℃、120℃有檢測信號，但檢測信號很小，說明PTFE的透過性不好。PDMS膜在溫度高於50℃時的譜圖均有信號。因此，選用PDMS膜作為鑽井液中輕烴氣體的分離膜。通過性能測試，制備的PDMS復合半透膜強度、耐溫性及透過性適合鑽井液泥漿工作條件，脫出油氣組分能夠滿足後續檢測單元需求。表1為PDMS復合膜對氣體組分的滲透系數。

表1 氣體組分的PDMS膜滲透系數

考慮到鑽井液的化學性質及惡劣的工作環境，半透膜脫氣器封裝採用了圖3所示的設計結構，脫氣器整體為全不銹鋼插頭式，長度為15cm，使用的中空纖維膜膜管外徑為0.8mm，內徑為0.5mm，中空纖維膜覆蓋部分即有效探頭長度為10cm，中空纖維膜置於探頭表面的凹槽內，凹槽起到一定的保護和固定作用。脫氣器內置溫度計凹洞介面，插入熱電阻即可在執行測量任務的同時監控溫度，幫助校正半透膜的滲透效率。

圖3 鑽井液半透膜脫氣器結構

2.2 在線油氣分析單元設計

氣體檢測單元是系統核心模塊之一。傳統的氣體檢測一般採用FID ＋色譜的檢測方式，使用氫火焰離子化檢測器需要配備氫氣和氧氣，這樣既增加了氣相色譜儀的使用成本，而且使用氫氣具有一定的危險性。儀器房一般離脫氣環節幾十米遠，樣品氣輸送存在滯後的問題且受溫度影響。因此新氣測系統設計關鍵是解決樣品快速分析問題、樣品氣輸送問題。同時，儀器也要體積較小，可以現場安裝。

本文設計繼續選用了在線氣相色譜分析原理，但是在儀器上選用了Agilent的490 Micro GC攜帶型氣相色譜儀。490 Micro GC使用的微型熱導檢測器（μTCD）比傳統的熱導檢測器靈敏度高10倍，能夠精確地分析出項目所需要參考的指標氣體，整個系統具有速度快、便攜、適應野外工作的優點。

本設計主要是規劃了在線色譜的分析流程和優化了色譜柱的性能。在線色譜的分析採用模塊化組合，設計了雙分析通道，為了克服C₅之後樣品液化的問題，在進樣口、色譜柱、檢測器都進行了保溫設計，以保證樣品分析的准確性。每個通道流程如圖4所示。

圖4 檢測通道原理

氣體檢測可同時進行兩個通道樣品分析，每個通道包括微電子氣體控制（EGC）、進樣器（Injector，包括樣品加熱裝置和樣品定量管）、氣體分離柱（Column）、微熱導檢測器（μTCD）。色譜柱選用不同填料用於不同成分的針對性分析，以提高分析實效及精度。其中分離柱一採用10m PoraPLOT Q色譜柱，用於分析CH₄；分離柱二採用8m Sil 5CB色譜柱，用於分析高碳數烴類及苯類。色譜柱類型及系統運行參數見表2。

表2 通道類型及參數

由於設備氣路比較精密，在設計中採用乾燥過濾器對樣品氣進行乾燥、過濾，過濾器採用5μm粉末冶金過濾片，另外本身色譜儀配有一個專用的可換過濾器作為最後的凈化保證。為保證樣品氣輸送的定量，保障後續檢測單元測量精度，樣品氣流量使用質量流量閥定量控制。

2.3 系統軟體設計

系統軟體設計採用模塊化設計，設計語言採用C^＃完成，軟體主要功能為實現數據的實時採集、分析和解釋評價，並將成果進行數據或圖形輸出。此系統功能模塊包括控制模塊、數據採集、顯示模塊、解釋模塊、模板建立、數據管理、成果輸出等。整體架構如圖5所示。此外，軟體可以實現與綜合錄井儀的通訊，將採集的氣體成分數據送到綜合錄井儀中，也可以將綜合錄井儀的參數提取到工作站，單獨進行油氣分析及解釋。

圖5 軟體功能架構圖

3 實驗與指標

3.1 現場實驗

2011年9月，新型氣測系統在中國石化中原油田胡XXX井和衛XXX井分別進行了現場氣測錄井測試。整套系統在胡XXX井連續進行了251h、281m進尺的錄氣測錄井工作。在衛XXX井，系統連續進行了223h、1012m進尺的氣測錄井。同時由於衛XXX井在鑽井過程中進行了混油鑽進，系統完成了在混油狀態下的氣測錄井測試。

整個測試期間，系統整體工作性能穩定，C₁—C₈的檢測周期小於90s（圖6），在鑽井液混油的狀態下，氣測異常發現率為100％。現場測試證明了系統工作的可靠性，獲得了現場第一手的數據。

圖6 現場色譜分析

3.2 系統指標

新型鑽井液油氣含量檢測系統的技術指標如表3所示。

表3 新型氣測系統技術指標

4 結束語

新型氣測錄井系統使用膜分離脫氣和多通道檢測，具有檢測范圍擴大、定量化程度高、檢測周期快速的優點。系統整體運行正常，現場實驗達到了預期設計目的。系統的開發研製對提高油氣評價的准確性，解決弱油氣儲藏發現的難題有著重要意義。

參考文獻

［1］張衛，慈興華，張光華，等.鑽井液氣體分析檢測技術研究.天然氣工業.2006，26（5）：64 ～66.

［2］嚴國平，武慶河.脫氣器的現狀及發展趨勢探討.錄井技術，1999，10（1）：10～14.

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［4］Coenen J G C.System for detecting gas in a wellbore ring drilling［P］.US：73 18343，2008.

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［6］Wolcott D K.Use of capillary－membrane sampling device to monitor oil drilling muds［P］，US：5469917，1995.

［7］黃小剛，廖國良，魏忠.FLAIR井場實時流體檢測系統［J］.錄井工程，2005，15（4）：66 ～67

3. 設計脫氣塔時，吹脫系數如何確定

脫氣塔是一個容器，吹脫系數是按國標來的，你設計的這個脫氣塔的規格參數要求多少，按國標來定義！~不是個人隨便確定的

4. 脫氣池是不是在水裡曝氣的氣浮裝置

在廢水處理過程中，水中COD被氧化成二氧化碳和水，水中融入許多二氧化碳，不利於後續的沉降處理，通過曝氣的方式將水中的二氧化碳帶出來。而氣浮池是一種去除水中固體顆粒物的方法，與沉降相反，它是通過微氣泡將水中不溶性物質帶出水面，然後通過刮渣機進行收集。雖然兩者都有利用空氣（曝氣）的作用，但目的不一樣，在設計上也有區別。

5. 哪款超聲波清洗機帶脫氣功能

vgt-2000是有脫氣功能的，脫氣功能是巍峨讓清洗更加高效而設計的

6. 脫氣釜是什麼

脫氣釜內裝多級分散器，在生產中對潤滑脂進行後處理脫氣。消除潤滑脂內所含微小的空氣泡，確保成品脂有光亮細膩的外觀和穩定的成品質量。

7. 水處理中脫氣設備有那些

您所指的水處理脫氣是指像電廠水處理中脫氧、脫碳設備。具體名稱應該是除氧器和除碳器。我不知道自己理解的對不對，所以沒有展開來介紹這些設備。

8. 過濾過程中真空脫氣塔的作用

重慶萬美濾油機為您解答！明顯了，脫氣 ！脫氣塔原理：通常空氣等氣體溶解時，將使水對金屬具有腐蝕性。其中水的腐蝕性的增加主要是因為溶解氧及二氧化碳。脫氣是使溶存氣體放散於空氣中，而又氣液間物質移動的操作。此理論是以氣體在水中的溶解度，及在某種條件下氣體的平衡濃度及氣體由水中向大氣中移動速度等為基礎。
在工廠依據脫氣得要求不同通常採用不同的方法 常用的物理方法有：加熱脫氣、真空脫氣、不活波氣體脫氣、超聲波脫氣。
原理：真空脫氣是利用氣體在液體內的溶解度與該氣體在液面的分壓成正比的原理，進行真空脫氣，液面上的壓力逐漸降低，溶解在物料中的氣體不斷的溢出，直至降低至物料的蒸汽壓時，達到平衡狀態，這時所有的氣體被脫出。達到平衡所需要的時間，取決於溶解的氣體溢出的速度和氣體排至大氣壓時的速度，尤其值得注意的是，在確定物料溫度和脫氣真空度時，防止物料出現沸騰。另外，脫氣時易造成揮發芳香物質的損失，因此，必要時可對揮發芳香物質進行回收。
萬美真空過濾機的基本原理大致就這樣：真空凈油機是根據水和油的沸點不同原理而設計的，它由真空加熱罐精濾器、冷凝器、初濾器、水箱、真空泵、排油泵以及電氣櫃組成的。真空泵將真空罐內的空氣抽出形成真空，外界油液在大氣壓的作用下，經過有入口管道進入初濾器，清除較大的顆粒，然後進入加熱罐內，經過加熱等40~75℃的油通過自動油漂閥，此閥是自動控制進入真空罐內的油量進出平衡。經過加熱後的油液通過噴翼飛快旋轉將油分離成半霧狀，油中的水份急速蒸發成水蒸氣並連續被真空泵吸入冷凝器內。進入冷凝器的水蒸氣經冷卻後再返原成水放出，在真空加熱罐內的油液，被排油泵排入精濾器通過濾油紙或濾芯將微粒雜質過濾出來，從而完成真空濾油機迅速除去油中雜質、水份、氣體的全過程，使潔凈的油從出油處排出機外

9. 絕緣油含氣量檢測中,脫氣方法有

真空脫氣裝置脫氣和試油在常溫下快速充分脫氣，並有效防止氣體回溶。

絕緣油含氣量測試儀：DL423絕緣油中含氣量的測定法（真空壓差法）；將一定量的試油輸入真空脫氣室內，在真空下，試油釋放出所溶解的氣體。根據試油的體積、脫出氣體所產生的壓差、溫度，

計算出試油的含氣量，以在標准狀態下占油體積的百分比表示。每套攜帶型智能絕緣油中總含氣量測試儀主要由主機、真空泵和附件組成，主機和真空泵能快速組裝和拆卸無需使用工具。

(9)脫氣裝置設計擴展閱讀

產品特點

1、測量范圍寬：能滿足高壓、超高壓、特高壓等各種充油電氣設備絕緣油中總含氣量的測定要求。

2、攜帶方便：一體化設計，真空泵和設備主機合為一體，真空系統全不銹鋼器件，不易破損，設備的體積小，四個萬向輪拖動方便，能適合電氣設備安裝和檢修時在現場使用。

3、速度快，工作效率高：每次正常測試僅需10分鍾，比色譜法和其它方法快，無需輔助氣體。適合在電氣設備生產廠家及電力系統試驗室進行批量絕緣油中總含氣量測試。

4、測試准確：測試結果的重復性和准確性均優於DL標准允許值。測試儀採用自動精確定量進樣，進樣量誤差極小；使用高精度絕壓測量技術，採用動態壓差測量方法，壓差測量精確；系統具有較高的真空度，真空脫氣裝置設計獨特，可使試油在常溫下快速充分脫氣，並有效防止氣體回溶；溫度測量精確。

5、操作簡單：通入試油後，自動按程序測試，每一步設備都有相應提示以及狀態，測量完成自動保存結果；智能化程度高，具有油路快速自潔及系統自檢功能。

6、用油量少：每次測試用油<40 mL(含沖洗油量)，使用一支100mL注射器採回的油樣可完成重復性測試或其他項目測試，減少了采樣、清洗注射器等各環節的工作量。

7、維護及校驗方便：能採用數顯方式實時顯示各環節的壓力值，直觀明確。測試儀工作狀況判斷直觀明確。