專利名稱：鉆井液激光拉曼譜烴類快速檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隨鉆檢測(cè)技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著井下隨鉆測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，在石油天然氣勘探開發(fā)過程中，無線隨鉆測(cè)量占有越來越多的井下測(cè)量市場(chǎng)，有逐步取代有線測(cè)量的趨勢(shì)。中國石化作為致力于石油天然氣勘探開發(fā)、石油化工產(chǎn)品的生產(chǎn)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(cè)技術(shù)上進(jìn)行研究，對(duì)于推動(dòng)中國石化科技創(chuàng)新和自主創(chuàng)新能力的不斷提高，確保將中國石化建設(shè)成為具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型世界級(jí)能源公司的戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。目前國內(nèi)外還沒有可供商業(yè)使用的直接和連續(xù)進(jìn)行井底烴類含量測(cè)量的儀器。對(duì)井下隨鉆氣體檢測(cè)進(jìn)行技術(shù)研究，將使地層烴類含量檢測(cè)由地面轉(zhuǎn)移到地下，可以實(shí)時(shí)獲得地層含油氣信息，判斷儲(chǔ)藏的性質(zhì)和產(chǎn)能；尤其是在定向井和水平井鉆井過程中，對(duì)井下情況的實(shí)時(shí)掌握可以幫助司鉆判斷鉆頭運(yùn)行軌跡是否朝著預(yù)定方向，得到這些信息越早、 越快，鉆井的效率也就越高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種隨鉆拉曼譜檢測(cè)系統(tǒng)。本方法利用激光拉曼光譜技術(shù)和無線電中繼傳輸技術(shù)，對(duì)鉆井泥漿返液的固、液、氣三種形態(tài)進(jìn)行化學(xué)成份的分析檢測(cè)， 并且無需任何試劑或機(jī)械接觸(附圖1)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的首先，鉆井泥漿返液首先進(jìn)入螺旋離心系統(tǒng)(附圖 2)，對(duì)環(huán)空內(nèi)的鉆井泥漿返液進(jìn)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(tǒng)的外側(cè)，同時(shí)內(nèi)側(cè)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(nèi)側(cè)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(shù)據(jù)放送到井口接收站。最后，利用工作站存儲(chǔ)并實(shí)時(shí)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(tǒng)，分析鉆井返液內(nèi)的烴類濃度，進(jìn)行地層烴類含量檢測(cè) (附圖3)。具體實(shí)施步驟步驟一，制作標(biāo)樣，把待分析組分配成純凈標(biāo)樣和與鉆井泥漿混合的標(biāo)樣，并分為模型組標(biāo)樣和測(cè)試組標(biāo)樣；步驟二，螺旋離心測(cè)試，將測(cè)試組標(biāo)樣高速注入螺旋離心機(jī)。注入速度在 300ms-l-1500ms-l.觀測(cè)離心機(jī)抗磨損能力；步驟三，將螺旋離心機(jī)與拉曼譜系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接。對(duì)接方式有兩種第一種，在螺旋離心機(jī)內(nèi)安裝拉曼譜系統(tǒng)；第二種，在螺旋離心機(jī)頂部或底部安裝拉曼譜系統(tǒng)；步驟四，采集所述模型的標(biāo)樣和測(cè)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(jī)與拉曼譜系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)接后，拉曼譜系統(tǒng)的譜線數(shù)據(jù)，建立對(duì)接組譜線集；步驟六，利用標(biāo)樣組譜線集和對(duì)接組譜線集進(jìn)行分析，對(duì)比預(yù)測(cè)濃度和測(cè)試樣的真實(shí)濃度，確定誤差范圍；步驟七，進(jìn)行下井測(cè)量，并利用信號(hào)傳遞系統(tǒng)(附圖4)，收集隨鉆拉曼譜信號(hào)；步驟八，對(duì)比隨鉆拉曼譜信號(hào)和步驟四、五、六中確定的譜線集和誤差數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)確定泥漿中的烴類濃度和預(yù)測(cè)誤差；步驟九，據(jù)步驟八數(shù)據(jù)，生成隨鉆拉曼譜錄井?dāng)?shù)據(jù)。本發(fā)明利用螺旋離心系統(tǒng)，對(duì)鉆井泥漿進(jìn)行離心預(yù)處理，同時(shí)利用激光拉曼技術(shù)激發(fā)分子產(chǎn)生拉曼譜，最后利用無線電中繼陣列，傳遞拉曼譜信號(hào)，在地面進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。 本發(fā)明所建立的方法有助于直接和連續(xù)進(jìn)行井底烴類含量測(cè)量，可以實(shí)時(shí)獲得地層含油氣信息，可以幫助司鉆判斷鉆頭運(yùn)行軌跡是否朝著預(yù)定方向。


圖1.深層隨鉆拉曼譜儀(A-承壓外殼；B-單色激光源；C-非對(duì)稱半透半反鏡； D-全反鏡；E-譜儀；F數(shù)據(jù)處理單片機(jī)；G-溶解氣顆粒；H-泥漿顆粒；I-藍(lán)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(dòng)量，進(jìn)行離心；離心后使比重較小的氣體更貼近藍(lán)寶石窗口)圖3.井下流場(chǎng)示意圖(螺旋離心槽，使泥漿旋轉(zhuǎn)，并通過拉曼譜儀的藍(lán)寶石窗口)圖4.信號(hào)傳遞系統(tǒng)(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(shí)時(shí)處理工作站)
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例適用泥漿壓力小于200MPa，流速小于1000ms_l，溫度小于200°C環(huán)境下的
隨著拉曼譜分析檢查。激光拉曼光譜系統(tǒng)采用半導(dǎo)體泵浦532nm Nd-YAG激光器，功率IOOmW ；光譜儀為 Acton公司生產(chǎn)的Spect raPro 2500i型，其光柵密度為1 200g/mm，光譜分辨率2cnTl ；探測(cè)器為PI公司back-illuminated CCD，像素?cái)?shù)1 340x400，500 600nm波長范圍內(nèi)量子效率> 90%。采用收集后向散射拉曼信號(hào)的方法搭建光路，從激光器發(fā)出激光經(jīng)過532nm 全反鏡OOmm)、半透半反鏡Oh36mm)、收集透鏡(f = 50. 8mm)及藍(lán)寶石窗口入射到艙體內(nèi)部的樣品中，后向散射信號(hào)經(jīng)藍(lán)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(jìn)入光纖并傳輸至光譜儀中，最終通過CXD探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)。螺旋離心槽采用外置螺旋形薄殼(內(nèi)徑10cm，外徑15cm，螺距5cm)。在鉆桿外側(cè)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(jī)接收拉曼譜信號(hào)，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(diào)整接收譜段和接收時(shí)間間隔。本次實(shí)例，檢查間隔為 ^50cmH950cnTl，檢查對(duì)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(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種鉆井液激光拉曼譜烴類快速檢測(cè)方法，用于隨鉆烴類的檢出，其特征在于將螺旋離心系統(tǒng)和拉曼譜分析相結(jié)合，利用無線電中繼傳輸譜線信號(hào)，實(shí)時(shí)分析鉆遇地層的烴類分布情況。步驟一，制作標(biāo)樣，把待分析組分配成純凈標(biāo)樣和與鉆井泥漿混合的標(biāo)樣，并分為模型組標(biāo)樣和測(cè)試組標(biāo)樣；步驟二，螺旋離心測(cè)試，將測(cè)試組標(biāo)樣高速注入螺旋離心機(jī)。注入速度在 SOOms-LlSOOms-1，觀測(cè)離心機(jī)抗磨損能力。步驟三，將螺旋離心機(jī)與拉曼譜系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接。對(duì)接方式有兩種第一種，在螺旋離心機(jī)內(nèi)安裝拉曼譜系統(tǒng)；第二種，在螺旋離心機(jī)頂部或底部安裝拉曼譜系統(tǒng)。步驟四，采集所述模型的標(biāo)樣和測(cè)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(jī)與拉曼譜系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)接后，拉曼譜系統(tǒng)的譜線數(shù)據(jù)，建立對(duì)接組譜線集。步驟六，利用標(biāo)樣組譜線集和對(duì)接組譜線集進(jìn)行分析，對(duì)比預(yù)測(cè)濃度和測(cè)試樣的真實(shí)濃度，確定誤差范圍。步驟七，進(jìn)行井下測(cè)量，并利用信號(hào)傳遞系統(tǒng)，收集隨鉆拉曼譜信號(hào)。 步驟八，對(duì)比隨鉆拉曼譜信號(hào)和步驟四、五、六中確定的譜線集和誤差數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)確定泥漿中的烴類濃度和預(yù)測(cè)誤差。步驟九，據(jù)步驟八數(shù)據(jù)，生成隨鉆拉曼譜錄井?dāng)?shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋離心機(jī)與拉曼譜系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)接時(shí)，步驟三所述第一種對(duì)接方式，螺旋離心機(jī)頂?shù)讻]有定子，拉曼譜系統(tǒng)通過安裝在螺旋齒之間的一個(gè)藍(lán)寶石光學(xué)窗口，測(cè)試螺旋離心機(jī)內(nèi)側(cè)輕質(zhì)組分的拉曼譜；所述第二種對(duì)接方式，拉曼譜系統(tǒng)測(cè)試經(jīng)過了離心處理后的內(nèi)存輕質(zhì)組分的拉曼譜，藍(lán)寶石光學(xué)窗口放置在螺旋離心機(jī)頂部或底部的內(nèi)側(cè)，且這種對(duì)接方式又分為兩種，第一種，在螺旋離心機(jī)的頂部和底部安裝定子，而螺旋離心機(jī)本身可知泥漿推動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，第二種，不在螺旋離心機(jī)的頂部和底部安裝定子，螺旋離心機(jī)在泥漿推動(dòng)下產(chǎn)生扭矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中步驟七所述的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，利用多個(gè)無線電接收和發(fā)射器，采用中繼傳遞方式，將譜信號(hào)傳遞到地面，其中第一個(gè)發(fā)射和接收器放置在隨鉆拉曼譜儀上。
全文摘要
本發(fā)明的目的就是提供一種隨鉆拉曼光譜檢測(cè)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(shù)和無線電中繼傳輸技術(shù)，對(duì)鉆井泥漿返液的固、液、氣三種形態(tài)進(jìn)行烴類化學(xué)成份的分析檢測(cè)，整個(gè)過程無需任何試劑或機(jī)械接觸。本發(fā)明利用螺旋離心系統(tǒng)，對(duì)鉆井泥漿進(jìn)行離心預(yù)處理，同時(shí)利用激光拉曼技術(shù)激發(fā)分子產(chǎn)生拉曼譜，并利用無線電中繼陣列，傳遞拉曼譜信號(hào)，在地面進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。本發(fā)明所建立的方法有助于直接和連續(xù)進(jìn)行井底烴類含量測(cè)量，可以實(shí)時(shí)獲得地層含油氣信息，同時(shí)可以幫助司鉆判斷鉆頭運(yùn)行軌跡是否朝著預(yù)定方向。
文檔編號(hào)G01N21/65GK102305784SQ20111012319
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者任偉偉, 唐明明, 張金亮 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)