一種流體組分分析儀及其探測通道布置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣資源勘探和采集領(lǐng)域，特別是涉及一種流體組分分析儀及其探測 通道布置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在進(jìn)行油氣勘探開發(fā)過程中，底層測試儀器需要測量井下流體的各種參數(shù)，例如 流體流速、流體組分等，并根據(jù)測量參數(shù)實(shí)現(xiàn)流體采樣過程的最優(yōu)化，其中，測量流體組分 即確定流體中的油氣比參數(shù)，而油氣比參數(shù)定義為流體中一段時(shí)間內(nèi)的油、水和氣體的相 對比例。目前，一般通過采樣測量油氣比參數(shù)，該種測量方式不但無法實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)測量， 而且測量周期長，測量操作繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種流體組分分析儀及其探測通道布置方 法，能夠快速實(shí)時(shí)確定流體中各組分所占比例。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種流體組分分析儀，它包括一 上位機(jī)、一控制系統(tǒng)、一光源模塊、一光學(xué)探頭和若干探測器，其中，所述光學(xué)探頭包括若干 探測通道，且所述探測通道和探測器一一對應(yīng);所述上位機(jī)供用戶輸入控制指令，并將控制 指令發(fā)送給所述控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)接收控制指令并驅(qū)動所述光源模塊發(fā)光，所述光 源模塊將所發(fā)的光經(jīng)所述光學(xué)探頭發(fā)送到待測流體表面，光在待測流體表面發(fā)生反射并經(jīng) 各探測通道發(fā)送到所述探測器，所述探測器將探測到的反射光強(qiáng)信號通過所述控制系統(tǒng)發(fā) 送到所述上位機(jī)，所述上位機(jī)將各所述探測器探測到的光強(qiáng)值與標(biāo)準(zhǔn)庫進(jìn)行對比，進(jìn)而確 定待測流體的組分及比例。
[0005] 所述控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置一調(diào)制模塊、一數(shù)字鎖相放大器和一光強(qiáng)歸一化模塊;所述 調(diào)制模塊接收所述上位機(jī)的控制指令后產(chǎn)生調(diào)制信號，并將調(diào)制信號發(fā)送到一光源驅(qū)動電 路，所述光源驅(qū)動電路接收調(diào)制信號驅(qū)動所述光源模塊發(fā)光，所述光源模塊所發(fā)的光強(qiáng)信 號通過一光強(qiáng)探測器監(jiān)測，所述光強(qiáng)探測器將其監(jiān)測到的光強(qiáng)信號發(fā)送到所述數(shù)字鎖相放 大器，所述數(shù)字鎖相放大器接收光強(qiáng)信號，同時(shí)接收各所述探測器探測到的反射光強(qiáng)信號， 所述數(shù)字鎖相放大器采用與所述調(diào)制模塊的調(diào)制信號相同的信號作為參考信號，對所述光 強(qiáng)探測器監(jiān)測到的光強(qiáng)信號和各所述探測器探測到的反射光強(qiáng)信號進(jìn)行相敏解調(diào)后發(fā)送 到所述光強(qiáng)歸一化模塊，所述光強(qiáng)歸一化模塊對各所述探測器探測到的反射光強(qiáng)信號進(jìn)行 歸一化后發(fā)送到所述上位機(jī)。
[0006] 所述光源模塊包括一光源、一光纖親合器和一多模光纖;所述光源將所發(fā)出的光 依次通過所述光纖耦合器和多模光纖發(fā)送到所述光學(xué)探頭。
[0007] 所述光學(xué)探頭包括一藍(lán)寶石棱鏡、一壓蓋、一偏振片和一光纖端頭，其中，所述藍(lán) 寶石棱鏡頂部兩端對稱剖切一入射面和一探測面;所述藍(lán)寶石棱鏡頂部中心間隔設(shè)置兩安 裝孔，所述壓蓋的形狀與所述藍(lán)寶石棱鏡頂部形狀相對應(yīng);與所述探測面相對應(yīng)的所述壓 蓋底部一端橫向間隔設(shè)置各所述探測通道，與所述安裝孔位置相對應(yīng)，所述壓蓋底部中心 設(shè)置盲孔，所述盲孔和安裝孔之間通過螺桿固定連接;與入射面相對應(yīng)的所述壓蓋底部另 一端設(shè)置一通孔，所述入射面上貼設(shè)固定所述偏振片，所述光纖端頭的一端垂直所述偏振 片，所述光纖端頭的另一端通過所述通孔連接所述多模光纖。
[0008] 各所述探測器均通過接收光纖探測反射光強(qiáng)信號，并將探測到的反射光強(qiáng)信號轉(zhuǎn) 化成電流信號后發(fā)送到一探測器放大電路，所述探測器放大電路將各電流信號轉(zhuǎn)化成電壓 信號，并對各電壓信號進(jìn)行幅度放大后發(fā)送到所述控制系統(tǒng)。
[0009] 所述上位機(jī)位于井上，所述控制系統(tǒng)、光源模塊、光學(xué)探頭和探測器位于井下，且 所述控制系統(tǒng)、光源模塊和探測器設(shè)置在一保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0010] 所述標(biāo)準(zhǔn)的制作方法，包括以下步驟：1)通過測量得到流體為純空氣時(shí)通過各探 測通道探測到的光強(qiáng)和光強(qiáng)探測器監(jiān)測到的光強(qiáng)，以光強(qiáng)探測器監(jiān)測到的光強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng) 對各探測通道探測到的光強(qiáng)進(jìn)行歸一化，得到純空氣的標(biāo)準(zhǔn)庫；2)通過測量得到流體為純 油時(shí)通過各探測通道探測到的光強(qiáng)和光強(qiáng)探測器監(jiān)測到的光強(qiáng)，以光強(qiáng)探測器監(jiān)測到的光 強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)對各探測通道探測到的光強(qiáng)進(jìn)行歸一化，得到純油的標(biāo)準(zhǔn)庫;3)通過測量得 到流體為不同比例的油和氣時(shí)通過各探測通道探測到的光強(qiáng)和光強(qiáng)探測器監(jiān)測到的光強(qiáng)， 以光強(qiáng)探測器監(jiān)測到的光強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)對各探測通道探測到的光強(qiáng)進(jìn)行歸一化，得到不同 比例的油和氣的標(biāo)準(zhǔn)庫;4)通過測量得到流體為純水時(shí)通過各探測通道探測到的光強(qiáng)和光 強(qiáng)探測器監(jiān)測到的光強(qiáng)，以光強(qiáng)探測器監(jiān)測到的光強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)對各探測通道探測到的光 強(qiáng)進(jìn)行歸一化，得到純水的標(biāo)準(zhǔn)庫;5)通過測量得到流體為不同比例的油和水時(shí)通過各探 測通道探測到的光強(qiáng)和光強(qiáng)探測器監(jiān)測到的光強(qiáng)，以光強(qiáng)探測器監(jiān)測到的光強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng) 對各探測通道探測到的光強(qiáng)進(jìn)行歸一化，得到不同比例的油和水的標(biāo)準(zhǔn)庫;6)分別通過計(jì) 算得到流體為不同比例的油和氣以及不同比例的油和水時(shí)，歸一化后的通過各探測通道探 測到的光強(qiáng)相對于流體為純油時(shí)，通過各探測通道探測到的光強(qiáng)的增量，并將所有的光強(qiáng) 的增量存入標(biāo)準(zhǔn)庫中。
[0011] -種流體組分分析儀的探測通道的布置方法包括以下步驟:1)分別確定空氣、水、 油和藍(lán)寶石棱鏡的折射率，并分別繪制待測界面為棱鏡/空氣、棱鏡/水和棱鏡/油時(shí)反射率 隨入射角變化曲線圖；2)根據(jù)所繪制的待測界面為棱鏡/空氣、棱鏡/水和棱鏡/油時(shí)反射率 隨入射角變化曲線圖分別對應(yīng)確定待測界面為棱鏡/空氣、棱鏡/水和棱鏡/油時(shí)發(fā)生全反 射的臨界角，與棱鏡/空氣到棱鏡/水發(fā)生全反射的臨界角之間以及棱鏡/水到棱鏡/油發(fā)生 全反射的臨界角之間相對應(yīng)設(shè)置光學(xué)探頭的探測通道。
[0012] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明基于流體由不同組分 的不同比例組成時(shí)，通過各探測通道探測到的反射光強(qiáng)信號不同，將探測到的反射光強(qiáng)信 號與標(biāo)準(zhǔn)庫進(jìn)行對比，進(jìn)而確定流體中的各組分及其比例，避免了取樣測量的繁瑣操作。2、 本發(fā)明通過設(shè)置調(diào)制模塊發(fā)送調(diào)制信號，并通過數(shù)字鎖相放大器進(jìn)行相敏解調(diào)，因此不但 能夠減小噪聲對探測信號的干擾，而且能夠避免獨(dú)立器件構(gòu)成的鎖相放大器造成系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 復(fù)雜和穩(wěn)定性下降。3、本發(fā)明的光學(xué)探頭由于采用藍(lán)寶石棱鏡，因此可以適用于井下高溫 高壓環(huán)境;本發(fā)明由于具體設(shè)置光學(xué)探頭的形狀，因此便于密封，進(jìn)一步適應(yīng)井下高溫高壓 環(huán)境。4、本發(fā)明由于將控制系統(tǒng)、光源模塊和探測器設(shè)置在保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)，因此可以適用于井 下高溫高壓環(huán)境，提高設(shè)備工作壽命。5、本發(fā)明根據(jù)待測界面為不同物質(zhì)時(shí)反射率隨入射 角變化曲線圖，確定各個(gè)探測通道的布置方式，因此能夠?qū)崿F(xiàn)多組分流體的組分識別。6、本 發(fā)明由于設(shè)置光纖耦合器，因此有效提高了光源能量的利用效率。7、本發(fā)明由于設(shè)置偏振 片，因此能夠有效控制光纖端頭射出光的偏振態(tài)。8、本發(fā)明由于設(shè)置光強(qiáng)探測器和光強(qiáng)歸 一化模塊，因此能夠有效消除光源抖動所以導(dǎo)致的測量誤差，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。本發(fā) 明設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，且測量結(jié)果實(shí)時(shí)性和精確性高，因此可以廣泛應(yīng)用于油田井下 流體油氣比測量、鉆井流體污染檢測等技術(shù)領(lǐng)域，在井下對流體進(jìn)行現(xiàn)場組分測量，為油田 生產(chǎn)決策提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的流體組分分析儀的原理框圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明的流體組分分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3是本發(fā)明的藍(lán)寶石棱鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明的藍(lán)寶石棱鏡的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖5是本發(fā)明的藍(lán)寶石棱鏡的左視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖6是本發(fā)明的藍(lán)寶石棱鏡的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖7是本發(fā)明的壓蓋的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖8是圖7的仰視結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021 ]圖9是本發(fā)明的壓蓋的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖10是本發(fā)明的壓蓋的右視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖11是圖10的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖12是圖10的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖13是是本發(fā)明的待測界面為棱鏡/空氣、棱鏡/水和棱鏡/油時(shí)反射率隨入射角 變化曲線圖，其中，橫坐標(biāo)表示入射角，單位是度，縱坐標(biāo)表示反射率。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0027]如圖1~2所不，本發(fā)明的流體組分分析儀包括一上位機(jī)1、一控制系統(tǒng)2、一光源模 塊3、一光學(xué)探頭4和若干探測器5，其中，光學(xué)探頭4包括若干探測通道41，探測通道41的具 體個(gè)數(shù)根據(jù)測量所需精度和速度確定，在此不受限定，且探測通道41和探測器5-一對應(yīng)， 本實(shí)施例中，探測通道41設(shè)置七個(gè)，對應(yīng)的探測器5設(shè)置七個(gè)；
[0028] 上位機(jī)丨供用戶輸入控制指令，并將控制指令發(fā)送給控制系統(tǒng)2,控制系統(tǒng)2接收控 制指令并驅(qū)動光源模塊3發(fā)光，光源模塊3將所發(fā)的光經(jīng)所