综合录井仪色谱单元常见故障及原因分析

综合录井仪色谱单元常见故障及原因分析

田磊

大庆钻探地质录井一公司资料采集第一大队

摘要：综合录井仪是录井现场重要的设备，在钻井工程监测及气测显示发现中发挥重要作用。色谱分析单元是综合录井仪的主要组成部分，其结构复杂、灵敏度高，由于录井现场条件恶劣，导致其故障率偏高。文中系统分析了综合录井仪色谱单元常见故障及原因，对于录井现场仪器工作人员具有一定借鉴意义。

关键词：综合录井仪；色谱；故障；原因

前言

在油气勘探过程中，地质录井发挥重要作用，是监测油气显示的眼睛和获取第一手油气显示资料的手段。综合录井仪是录井现场最重要的设备，不仅能够监测钻井工况，还能实时监测气测显示。综合录井仪结构复杂、功能强大，其中，色谱分析单元是综合录井仪的核心部件，承担着烃类气体检测的重要任务，其工作的稳定性、灵敏度直接影响现场录井油气监测。由于色谱分析单元对工作环境要求较高，录井现场工作条件恶劣、设备老化、仪器托运过程中振动等都会导致色谱工作异常，系统分析色谱单元常见故障及原因，对于保障仪器正常工作意义重大。

1综合录井仪色谱分析单元工作原理

对于综合录井仪的色谱分析系统，无论是传统的长分析周期色谱还是目前较为流行的快速色谱，其基本工作原理相同。主要是利用气相色谱检测技术对钻井过程中上返钻井液所溶解的气体成分，尤其是烷烃成分进行分析。色谱分析系统通常由分离模块、气体模块、检测模块和温度控制模块组成，核心部件主要有色谱柱、氢火焰鉴定器(FID)和微电流放大电路等。

分离模块主要是色谱柱，利用色谱柱内填充物对样品气中各烷烃组分吸附强度的差异实现录井过程中样品气的组分分离。气体模块用于实现载气、动力气、燃气、样品气的压力及流量控制。动力气通过控制转阀或拉杆阀的动作，实现样品气的流向转换，完成色谱系统分析/反吹;载气用来运送样品气按照流程运行;燃气用来燃烧氢气实现烷烃碳元素离子化，由FID检测烷烃含量信息。

2常见故障及原因分析

生产过程中色谱分析系统出现的故障多种多样，但有些故障发生的原因是受人为因素的影响，比如色谱柱样品气管线抽进钻井液，空气压缩机或者氢气发生器的气管线漏气造成FID灭火等，只要现场仪器操作人员提高责任心，就有可能避免这类故障的出现。还有些故障是色谱分析系统本身性能问题。

2.1色谱分析的谱图基线波动

色谱分析系统的谱图基线通常基线非常平直，一旦出现基线不稳定或者有毛刺的故障现象，将有可能直接影响烃组分录井数据的可靠性。造成该故障出现的原因主要

有以下几点：

（1）样品气流量不稳定。谱系统工作过程中，如果样品气的流量不稳定，FID检测的信号也就不稳定，从而造成色谱基线漂移。

（2）FID积碳。时间工作，特别是经过钻井液混入原油的录井作业，FID内部容易形成积碳现象。发生这种情况时，沉积于FID喷嘴附近的碳质物质在火焰作用下容易给收集极带来干扰信号，从而造成基线出现毛刺现象。

（3）微电流放大器元器件性能不稳。录井过程中，FID检测到的烷烃组分信号极为微弱(微安级)，为了便于计算机系统对气体检测信号的采集与处理，需要对FID检测的信号进行放大，微电流放大器可将FID的信号放大到万倍以上。因此，对组成微电流放大器的电子元器件性能要求极为严格，如果某一元器件的性能不稳定，就会导致色谱基线漂移或者出现毛刺现象。

2.2色谱点火故障

色谱分析系统故障中，FID点火故障比较普遍。为了确保色谱分析系统正常工作，FID的氢火焰必须正常燃烧，如果没有火焰，色谱分析系统就没有气体检测信号。在实际工作中，点火故障可以分为点不着火和火焰容易熄灭两种情况。

（1）点不着火。FID点火的基本原理是利用直流电源对点火丝进行加热，当温度达到氢气的燃点时，在助燃空气环境下氢气进行燃烧，形成火焰。造成点火失败的主要原因包括点火电源电压达不到设计要求，氢气、助燃空气的流量不正常，或者点火丝与FID气体喷嘴之间的距离过大，造成难以达到氢气燃点温度。

（2）熄火。如果FID点火正常，火焰出现自动熄灭故障时，说明点火系统电路部分正常，问题出在气路部分为了保证FID的火焰正常，需要燃气氢气与助燃空气的流量均保持正常，氢气流量过小的情况下火焰会出现熄灭现象，同样，在氢气流量正常的情况下，助燃空气流量突然变大，也会将火焰吹灭。

2.3烃组分不出峰

色谱分析单元会出现烃组份不出峰的现象，这时要检查通道、鉴定器工况，如果阀切换但伴拖滞现象，可能切换阀膜片具裂纹、动力气不足；部分为膜片安装不合适，检查切换阀有无堵、漏气或不到位现象。针对以上故障，可以采用信号注入法检查通道据实处理膜片和动力气清洗切换阀及各气孔，更换“O”圈等办法进行修复。

2.4组份谱图变形

正常情况下，在一个分析周期内，不同组分的烷烃谱图相互独立，并呈现接近正态分布形态，在色谱分析系统软件控制下，色谱分析系统采集到各个组分信息，输出组分数据。实际录井过程中，由于受到多种因素的影响，可能会出现色谱谱图变形、错位等故障现象，如不及时解决该故障，气体检测结果就会受到严重影响。

（1）谱图错位。对于色谱分析系统而言，不同烷烃组分的谱图分别出现在一定的时间区间内，录井软件按照时间区间分别计算甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异

戊烷、正戊烷的录井数据。如果某一组分的谱图不在固定时间区间出现，出现提前或滞后等错位现象，会造成录井数据不准。根据色谱分析系统的基本原理可知，谱图出峰时间与载气流量之间具有直接关系，流量偏大，谱峰出现时间提前，流量过小，谱峰滞后。发生谱图错位故障现象时，要分析检查载气流量，并调整到正常值。

（2）组分谱图过于接近或组分谱图不全。不同烷烃组分出峰时间的早晚受色谱柱分离性能影响。如果过于接近，说明各组分之间分离不彻底;如果一个分析周期内组分谱图不全，说明色谱柱分离时间过长。色谱柱的分离效果与温度有密切关系:温度高，分析时间短，分离效果差;温度低，分析周期长，分离效果好

2.5色谱分析系统无输出信号

在录井过程中，各种气体流量、压力以及色谱柱温度参数均正常，FID火焰正常，但是却没有输出信号，使得录井工作不能正常进行。造成该故障的原因主要有以下几种：

(1)样品气未进入FID。由于样品气管线老化等原因，与FID连接的样品气管线破裂，导致样品气不能真正进入FID，自然没有输出信号。

(2)FID的极化电源故障。极化电源为FID提供150~400V的极化电压，形成电场，使得样品气中的烷烃碳原子在氢火焰和电场作用下离子化，收集极检测烷烃含量信息，输出色谱信号。极化电源缺失，就不能形成电场，即使是样品气经过了燃烧，收集极也不能收集相关信号。

(3)离子信号线不通。离子信号线发生断路时，FID收集极收集的样品气烷烃含量信息也不能输送到微电流放大器，色谱分析系统最终无输出信号。

3结束语

综合录井仪是录井现场最重要的设备，最为其核心的色谱分析单元其结构比较复杂，检测信号也比较微弱，电路部分灵敏度较高，环境要求极为严格，因此系统出现故障的可能性较高。录井现场仪器管理人员要熟悉工作原理，总结色谱分析单元常见故障，以便发现问题能及时排除，保障设备稳定工作。

参考文献

[1]任江波.综合录井仪器故障率高的原因及维护对策[J].中国石油和化工标准与质量，2013，12:216.