鉆井液激光拉曼譜烴類快速檢測方法技術

本發明專利技術的目的就是提供一種隨鉆拉曼光譜檢測方法，用于隨鉆烴類的快速檢出。本方法利用激光拉曼光譜技術和無線電中繼傳輸技術，對鉆井泥漿返液的固、液、氣三種形態進行烴類化學成份的分析檢測，整個過程無需任何試劑或機械接觸。本發明專利技術利用螺旋離心系統，對鉆井泥漿進行離心預處理，同時利用激光拉曼技術激發分子產生拉曼譜，并利用無線電中繼陣列，傳遞拉曼譜信號，在地面進行實時分析。本發明專利技術所建立的方法有助于直接和連續進行井底烴類含量測量，可以實時獲得地層含油氣信息，同時可以幫助司鉆判斷鉆頭運行軌跡是否朝著預定方向。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種隨鉆檢測技術。
技術介紹
隨著井下隨鉆測量技術的不斷發展，在石油天然氣勘探開發過程中，無線隨鉆測量占有越來越多的井下測量市場，有逐步取代有線測量的趨勢。中國石化作為致力于石油天然氣勘探開發、石油化工產品的生產與銷售的上下游一體化能源化工公司，在井下隨鉆氣體檢測技術上進行研究，對于推動中國石化科技創新和自主創新能力的不斷提高，確保將中國石化建設成為具有國際競爭力的創新型世界級能源公司的戰略目標的實現具有重要意義。目前國內外還沒有可供商業使用的直接和連續進行井底烴類含量測量的儀器。對井下隨鉆氣體檢測進行技術研究，將使地層烴類含量檢測由地面轉移到地下，可以實時獲得地層含油氣信息，判斷儲藏的性質和產能；尤其是在定向井和水平井鉆井過程中，對井下情況的實時掌握可以幫助司鉆判斷鉆頭運行軌跡是否朝著預定方向，得到這些信息越早、 越快，鉆井的效率也就越高。
技術實現思路
本專利技術的目的就是提供一種隨鉆拉曼譜檢測系統。本方法利用激光拉曼光譜技術和無線電中繼傳輸技術，對鉆井泥漿返液的固、液、氣三種形態進行化學成份的分析檢測， 并且無需任何試劑或機械接觸(附圖1)。本專利技術的目的是這樣實現的首先，鉆井泥漿返液首先進入螺旋離心系統(附圖 2)，對環空內的鉆井泥漿返液進行離心處理。泥漿中較重的固體顆粒被離心至螺旋離心系統的外側，同時內側聚集密度較小的烴類氣體或者烴類水溶液。然后，利用激光照射內側溶液，分子的拉曼譜傳送至中央控制芯片，之后通過放置在鉆桿接口處的一系列無線電中繼， 將光譜數據放送到井口接收站。最后，利用工作站存儲并實時處理和顯示鉆頭附近泥漿返液的拉曼譜圖，利用拉曼譜分析系統，分析鉆井返液內的烴類濃度，進行地層烴類含量檢測 (附圖3)。具體實施步驟步驟一，制作標樣，把待分析組分配成純凈標樣和與鉆井泥漿混合的標樣，并分為模型組標樣和測試組標樣；步驟二，螺旋離心測試，將測試組標樣高速注入螺旋離心機。注入速度在 300ms-l-1500ms-l.觀測離心機抗磨損能力；步驟三，將螺旋離心機與拉曼譜系統進行對接。對接方式有兩種第一種，在螺旋離心機內安裝拉曼譜系統；第二種，在螺旋離心機頂部或底部安裝拉曼譜系統；步驟四，采集所述模型的標樣和測試組樣品的拉曼譜峰，建立譜線集和烴類濃度值集；步驟五，采集螺旋離心機與拉曼譜系統進行系統對接后，拉曼譜系統的譜線數據，建立對接組譜線集；步驟六，利用標樣組譜線集和對接組譜線集進行分析，對比預測濃度和測試樣的真實濃度，確定誤差范圍；步驟七，進行下井測量，并利用信號傳遞系統(附圖4)，收集隨鉆拉曼譜信號；步驟八，對比隨鉆拉曼譜信號和步驟四、五、六中確定的譜線集和誤差數據，實時確定泥漿中的烴類濃度和預測誤差；步驟九，據步驟八數據，生成隨鉆拉曼譜錄井數據。本專利技術利用螺旋離心系統，對鉆井泥漿進行離心預處理，同時利用激光拉曼技術激發分子產生拉曼譜，最后利用無線電中繼陣列，傳遞拉曼譜信號，在地面進行實時分析。 本專利技術所建立的方法有助于直接和連續進行井底烴類含量測量，可以實時獲得地層含油氣信息，可以幫助司鉆判斷鉆頭運行軌跡是否朝著預定方向。附圖說明圖1.深層隨鉆拉曼譜儀(A-承壓外殼；B-單色激光源；C-非對稱半透半反鏡； D-全反鏡；E-譜儀；F數據處理單片機；G-溶解氣顆粒；H-泥漿顆粒；I-藍寶石窗口，窗口處可外套半透膜)圖2.螺旋離心槽(利用鉆井返液自身的動量，進行離心；離心后使比重較小的氣體更貼近藍寶石窗口)圖3.井下流場示意圖(螺旋離心槽，使泥漿旋轉，并通過拉曼譜儀的藍寶石窗口)圖4.信號傳遞系統(A-無線電雙向中繼器，B-隨鉆拉曼譜儀，C-地面接收站， D-拉曼譜實時處理工作站)具體實施例方式本實施例適用泥漿壓力小于200MPa，流速小于1000ms_l，溫度小于200°C環境下的隨著拉曼譜分析檢查。激光拉曼光譜系統采用半導體泵浦532nm Nd-YAG激光器，功率IOOmW ；光譜儀為 Acton公司生產的Spect raPro 2500i型，其光柵密度為1 200g/mm，光譜分辨率2cnTl ；探測器為PI公司back-illuminated CCD，像素數1 340x400，500 600nm波長范圍內量子效率> 90%。采用收集后向散射拉曼信號的方法搭建光路，從激光器發出激光經過532nm 全反鏡OOmm)、半透半反鏡Oh36mm)、收集透鏡(f = 50. 8mm)及藍寶石窗口入射到艙體內部的樣品中，后向散射信號經藍寶石窗口、收集透鏡、半透半反鏡及全反射鏡，光纖耦合透鏡(f = 25mm,鍍500 700nm增透膜)進入光纖并傳輸至光譜儀中，最終通過CXD探測器的光電轉換后輸入單片機。螺旋離心槽采用外置螺旋形薄殼(內徑10cm，外徑15cm，螺距5cm)。在鉆桿外側放置無線電中繼，無線電中繼有效覆蓋范圍30m。地面接收工作站選用HPzSOO，利用并口單片機接收拉曼譜信號，最高接收速度20M/s。接收的拉曼譜精度lnm， 接收寬度lOOnm。地面工作站，可以調整接收譜段和接收時間間隔。本次實例，檢查間隔為 ^50cmH950cnTl，檢查對象為CH4，最低檢出濃度為15ppm。地面工作站每隔IOms可采集到一條拉曼譜數據。權利要求1.本專利技術涉及一種，用于隨鉆烴類的檢出，其特征在于將螺旋離心系統和拉曼譜分析相結合，利用無線電中繼傳輸譜線信號，實時分析鉆遇地層的烴類分布情況。步驟一，制作標樣，把待分析組分配成純凈標樣和與鉆井泥漿混合的標樣，并分為模型組標樣和測試組標樣；步驟二，螺旋離心測試，將測試組標樣高速注入螺旋離心機。注入速度在 SOOms-LlSOOms-1，觀測離心機抗磨損能力。步驟三，將螺旋離心機與拉曼譜系統進行對接。對接方式有兩種第一種，在螺旋離心機內安裝拉曼譜系統；第二種，在螺旋離心機頂部或底部安裝拉曼譜系統。步驟四，采集所述模型的標樣和測試組樣品的拉曼譜峰，建立譜線集和烴類濃度值集。 步驟五，采集螺旋離心機與拉曼譜系統進行系統對接后，拉曼譜系統的譜線數據，建立對接組譜線集。步驟六，利用標樣組譜線集和對接組譜線集進行分析，對比預測濃度和測試樣的真實濃度，確定誤差范圍。步驟七，進行井下測量，并利用信號傳遞系統，收集隨鉆拉曼譜信號。 步驟八，對比隨鉆拉曼譜信號和步驟四、五、六中確定的譜線集和誤差數據，實時確定泥漿中的烴類濃度和預測誤差。步驟九，據步驟八數據，生成隨鉆拉曼譜錄井數據。2.根據權利要求1所述的螺旋離心機與拉曼譜系統進行系統對接時，步驟三所述第一種對接方式，螺旋離心機頂底沒有定子，拉曼譜系統通過安裝在螺旋齒之間的一個藍寶石光學窗口，測試螺旋離心機內側輕質組分的拉曼譜；所述第二種對接方式，拉曼譜系統測試經過了離心處理后的內存輕質組分的拉曼譜，藍寶石光學窗口放置在螺旋離心機頂部或底部的內側，且這種對接方式又分為兩種，第一種，在螺旋離心機的頂部和底部安裝定子，而螺旋離心機本身可知泥漿推動下轉動，第二種，不在螺旋離心機的頂部和底部安裝定子，螺旋離心機在泥漿推動下產生扭矩。3.根據權利要求1中步驟七所述的信號傳遞系統，利用多個無線電接收和發射器，采用中繼傳遞方式，將譜信號傳遞到地面，其中第一個發射和接收器放置在隨鉆拉曼譜儀上。全文摘要本專利技術的目的就是提本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．本專利技術涉及一種鉆井液激光拉曼譜烴類快速檢測方法，用于隨鉆烴類的檢出，其特征在于將螺旋離心系統和拉曼譜分析相結合，利用無線電中繼傳輸譜線信號，實時分析鉆遇地層的烴類分布情況。步驟一，制作標樣，把待分析組分配成純凈標樣和與鉆井泥漿混合的標樣，并分為模型組標樣和測試組標樣；步驟二，螺旋離心測試，將測試組標樣高速注入螺旋離心機。注入速度在３００ｍｓ－１－１５００ｍｓ－１，觀測離心機抗磨損能力。步驟三，將螺旋離心機與拉曼譜系統進行對接。對接方式有兩種：第一種，在螺旋離心機內安裝拉曼譜系統；第二種，在螺旋離心機頂部或底部安裝拉曼譜系統。步驟四，采集所述模型的標樣和測試組樣品的拉曼譜峰，建立譜線集和烴類濃度值集。步驟五，采集螺旋離心機與拉曼譜系統進行系統對接后，拉曼譜系統的譜線數據，建立對接組譜線集。步驟六，利用標樣組譜線集和對接組譜線集進行分析，對比預測濃度和測試樣的真實濃度，確定誤差范圍。步驟七，進行井下測量，并利用信號傳遞系統，收集隨鉆拉曼譜信號。步驟八，對比隨鉆拉曼譜信號和步驟四、五、六中確定的譜線集和誤差數據，實時確定泥漿中的烴類濃度和預測誤差。步驟九，據步驟八數據，生成隨鉆拉曼譜錄井數據。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張金亮，唐明明，任偉偉，
申請(專利權)人：北京師范大學，
類型：發明
國別省市：11