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红外光谱连续轻烃录井仪工作流程示意图
从钻井出口管定量抽取钻井液，由恒温定量脱气装置将钻井液在线加热至75摄氏度，搅拌脱气后，样品气经过保温管路传输至GW-IRGA红外光谱连续轻烃分析仪。将采集到的混合气体样品光谱信息，由红外光谱非线性定量分析算法模型按照谱图特征进行逐级分解和定量分析，获得甲烷-辛烷的烷烃、环烷烃、芳香烃等15种组分浓度信息。最后，通过预先建立的解释模型和图版，解释评价随钻流体性质，为油气发现和油气水层解释评价提供支撑。
截至2月6日，由长城钻探录井公司牵头组建的“中国石油天然气集团有限公司录井技术研发中心”（简称录井技术研发中心）自主研发的GW-IRGA红外光谱连续轻烃录井仪成功应用67口井，大幅提升了复杂条件下油气显示发现与储层流体性质综合评价能力，创造了业内气体检测技术分析周期最短、检测组分最多的双重纪录，标志着录井技术研发中心在核心技术利器研制与应用方面探索出了一条自主创新路。
·应需而生 填补行业空白
当前，气测录井技术采用色谱分析原理，30秒周期内连续分析钻井液中7种烃类组分及含量，能够及时发现油气层，并为储层综合评价提供第一手资料。但是，随着钻井新工艺的涌现，机械钻速不断提高，薄层、裂缝型等隐蔽性油气藏的发现愈发困难。同时，油气勘探开发逐步深入，储层油水关系也变得更加复杂。钻井工艺的进步与储层的日趋复杂化，对气测录井技术在油气显示发现与储层流体性质评价等方面提出了新的要求与挑战。如何突破现有技术瓶颈，打造新一代随钻气体分析装备，成为录井技术研发中心的重要攻关目标。
“气测录井技术要在分析周期与检测范围方面实现升级换代，才能满足油气勘探开发日益增长的需求。”长城钻探公司高级专家王强说。面对一系列技术难题，录井技术研发中心坚持创新驱动发展战略，秉承敢为人先、追求卓越的进取精神，自主研制了新型双重过滤结构恒流脱气装置，首次提出了连续轻烃全流程恒温控制方法，突破了组分特征吸收谱定量提取技术。历经5年潜心研究，研制出业内首台15秒分析周期的GW-IRGA红外光谱连续轻烃录井仪。其打破了国外油服公司长期的技术垄断，引领了气体检测技术革新，填补了行业空白。
·攻坚克难 打造技术利器
万事开头难。GW-IRGA红外光谱连续轻烃录井仪研发伊始，由于光谱油气检测技术在国内外均属于前沿保密技术，国内没有任何成熟经验可以借鉴，再加上国际上对这项技术的长期封锁，科研人员只能从零开始、摸着石头过河。“我们通过开展检测理论与工艺研究，大胆创新，将傅里叶变换红外光谱技术引入气体在线检测中。”王强说，科研团队从提高分析速度和拓展油气组分检测范围两个方面明确了总体研究路线，为项目成功打下坚实基础。
长城钻探一级工程师关玉新介绍，突破技术瓶颈的关键在于对烃类气体混合物吸收光谱的解析和定量。针对甲烷-正辛烷种类繁多的同分异构烃类气体组分在红外光谱中谱线交叉重叠严重、不易分离的技术难题，科研团队在多谱图联合基线校正、光谱定性定量分析区间选取、异常光谱信息识别修正、混合光谱分解、红外光谱非线性定量计算五个方面开展技术攻关，研发了基于标定曲线的混合气体定量分析方法，首次提出净谱提取和非线性光谱重建技术，解决了烃类气体吸收光谱交叉干扰和吸光度非线性两大世界性难题，成功实现重叠峰分解和准确定量。
在经过上万次烃类气体组分分析计算与反复验证后，GW-IRGA红外光谱连续轻烃录井仪成功问世，实现15秒周期内连续分析钻井液中甲烷-正辛烷的正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、芳香烃等15种主要烃类气体组分及含量，并且能够同步检测一氧化碳、二氧化碳等非烃成分，真正做到了分析速度和检测范围双提升。与国内外业内同类产品相比，其技术指标遥遥领先，开创了录井烃类气体实时检测装备的代际领先局面，形成了10余项专利技术，把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在了自己手中。
·硕果盈枝 解决实际问题
“用户的需求就是我们研发的动力。我们研发的技术能够为甲方切实解决实际问题，非常有成就感。”关玉新说。然而，GW-IRGA红外光谱连续轻烃录井仪从试验到应用的过程并不是一帆风顺。现场试验之初，仪器水土不服的特点愈发明显。科研团队通过采用智能温度控制及电子压力控制的背压稳定技术，消除了温度和环境压力对红外检测的影响，拓宽了应用范围，确保了红外光谱测量结果的准确性和稳定性，打通了成果转化的“最后一公里”。GW-IRGA红外光谱连续轻烃录井技术凭借分析周期短、数据密度高、检测组分多等特点，在及时发现油气层的同时，充分发挥储层含水性准确辨识的独特优势，实现了复杂油水关系下储层流体性质的精确评价，先后在辽河、冀东、长庆、塔里木等油区成功应用，油气层解释准确率达85%以上，储层含水性识别准确率达92%以上，在随钻方案调整及完井试油层段选取方面发挥了重要作用；通过优化试油方案节约投资成本500余万元，为低渗透、低品位、隐蔽性等油气藏的发现与评价提供了技术利器。
与传统气测录井仪相比，GW-IRGA红外光谱连续轻烃录井仪不需要配套氢气发生器和空气压缩机等附属设备，采用RTU模块结合无线通信物联网技术，开发了多任务、多线程并行控制系统，实现气体分析指令双向同步采集和控制，能够通过计算机、手机等终端对井场仪器工作状态进行感知和操控，实现了录井气体检测远程控制与分析。
录井技术研发中心将在GW-IRGA红外光谱连续轻烃录井仪基础上，开展随钻井下录井油气检测装备研制攻关，将“地质家的眼睛”由地面分析向井下检测延伸，继续在录井关键核心技术研究中争当排头兵、领头雁。