一種錄井用氣體檢測裝置製造方法
2023-06-05 02:51:31
一種錄井用氣體檢測裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種錄井用氣體檢測裝置，包括：雷射發射模塊，用於提供檢測氣體時需要的雷射；雷射傳感模塊，用於使待測氣體吸收雷射發射模塊發出的雷射，並將氣體吸收後的雷射信號進行光電轉換以轉換成電信號；信號採集與處理模塊，用於接收雷射傳感模塊生成的電信號，並對接收到的電信號進行擬合處理為表徵氣體濃度的數位訊號；顯示模塊，用於接收信號採集與處理模塊的數位訊號，將所述數位訊號轉換成氣體的濃度，並實時顯示出來。該裝置將雷射發射、雷射控制、二次諧波檢測、波長調製、數據採集與處理等多種功能融合在一起，實現組分氣體的地面實時在線檢測，並能根據井下氣體的實際情況同時對多種組分的氣體進行檢測，並具有操作簡單、檢測精度高、適用性廣等優點。
【專利說明】一種錄井用氣體檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及油氣勘探開發領域，特別是涉及到一種錄井用氣體檢測裝置。
【背景技術】
[0002]錄井是勘探開發的「眼睛」。氣體檢測技術是錄井的關鍵技術，錄井氣體檢測的目的一是直接發現油氣層，二是做好有毒有害氣體的監測預警，三是發現非烴類氣體礦藏。
[0003]在鑽井過程中，鑽開地層中的流體以各種方式進入井筒，隨著鑽井液上返到地面。在地麵條件下，這些流體以氣態或液態形式呈現。對地層氣的檢測主要是烴類氣(主要是飽和烷烴類，檢測成分主要是組分)的檢測，通過對烴類氣體的檢測，可以及時地發現和評價油、氣、水層。
[0004]在開發井錄井過程中，使用最多的就是氣相色譜儀，其工作原理為:
[0005]利用試樣中各組份在氣相和固定液液相間的分配係數不同，當汽化後的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組份就在其中的兩相間進行反覆多次分配，由於固定相對各組份的吸附或溶解能力不同，因此各組份在色譜柱中的運行速度就不同，經過一定的柱長後，便彼此分離，然後按順序離開色譜柱進入檢測器，產生的離子流訊號經放大後，在記錄器上描繪出各組份的色譜峰。
[0006]目前應用的氣相分析色譜儀，存在測量氣體濃度時檢測氣體單一、操作複雜、選擇性不高、檢測精度低等問題。在烴類檢測中現有技術中還常採用氫焰色譜SK-3Q04，而採用氫焰色譜SK-3Q04的問題是也只能檢測單一烴類氣體，且分析影響因素較多，較易出現故障且組分不能連續實時檢測。
【發明內容】
[0007]針對現有技術中所存在的上述技術問題，本實用新型提供了一種錄井用氣體檢測裝置，該裝置在錄井過程中不但能實時檢測到氣體的濃度變化，提高了檢測精度，還能同時對多種氣體進行檢測。
[0008]根據本實用新型的一個方面，提拱了一種錄井用氣體檢測裝置，其包括:
[0009]雷射發射模塊，用於提供檢測氣體時需要的雷射；
[0010]雷射傳感模塊，用於使待測氣體吸收雷射發射模塊發出的雷射，並將氣體吸收後的雷射信號進行光電轉換以轉換成電信號；
[0011]信號採集與處理模塊，用於接收雷射傳感模塊生成的電信號，並對接收到的電信號進行擬合處理為表徵氣體濃度的數位訊號；
[0012]顯示模塊，用於接收信號採集與處理模塊的數位訊號，將所述數位訊號轉換成氣體的濃度，並實時顯示出來。
[0013]所述雷射發射模塊進一步包括:
[0014]至少一個雷射器，用於發射雷射波；
[0015]至少一個雷射器溫度控制模塊，用於調節雷射器的溫度，防止雷射器溫度因過高或過低而被損壞；
[0016]至少一個的雷射器電流控制模塊，用於對雷射的波長進行調節，使雷射器發射的雷射的中心波長與待測氣體的吸收譜線相匹配。
[0017]所述雷射發射模塊中含有相同數量的雷射器、雷射器溫度控制模塊及雷射器電流控制模塊。
[0018]作為本實用新型的一種改進，該氣體檢測裝置還包括:
[0019]信號發生模塊和鎖相放大器，該信號發生模塊一端與雷射器電流控制模塊相耦合，產生鋸齒波信號疊加在雷射器驅動電流上，使雷射波長掃過待測氣體的吸收線，該信號發生模塊的另一端與鎖相放大器耦合，
[0020]該鎖相放大器用於接收雷射傳感模塊生成的電信號，並進行二次諧波檢測，該鎖相放大器進行二次諧波檢測時的參考信號來自所述信號發生模塊產生的正弦波調製信號。
[0021]作為本實用新型的另一種改進，該氣體檢測裝置還包括光纖耦合器，該光纖耦合器一端與雷射器耦合，另一端與雷射傳感模塊耦合，用於將多束雷射耦合在一起，形成一束雷射波。
[0022]所述雷射傳感模塊包括:
[0023]反射池，用於使從光纖耦合器輸出的雷射進入到反射池中，供待測氣體吸收，該反射池還設置有進氣口與排氣口 ；
[0024]探測器，用於接收反射池輸出的雷射信號，並且經光電轉換將雷射信號轉換為電信號。
[0025]所述雷射傳感模塊還包括氣體標定池，該氣體標定池一端與反射池耦合，另一端與探測器耦合，用於對檢測吸收信號進行標定。
[0026]作為本實用新型的再一種改進，該氣體檢測裝置還包括:
[0027]氣體淨化模塊，用於將油氣井產生的待測氣體進行乾燥並過濾；
[0028]該氣體淨化模塊包括依此連接的乾燥器和過濾器。
[0029]與現有技術相比，本實用新型的優點在於，通過將雷射發射、雷射控制、二次諧波檢測、波長調製、數據採集與處理等多種功能融合在一起，實現組分氣體的地面實時在線檢測，並能根據井下氣體的實際情況對多種組分的氣體同時進行檢測，並具有操作簡單、檢測精度高、適用性廣等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是現有技術的氣相色譜的基本流程圖；
[0031]氣相色譜儀的組成部分:
[0032]載氣系統:包括氣源、氣體淨化、氣體流速控制和測量；
[0033]進樣系統:包括進樣器、汽化室(將液體樣品瞬間汽化為蒸氣);
[0034]色譜柱和溫柱:包括恆溫控制裝置(將多組分樣品分離為單個);
[0035]檢測系統:包括檢測器，控溫裝置；
[0036]記錄系統:包括放大器、記錄儀、或數據處理裝置、工作站。
[0037]圖2示出了根據本實用新型優選實施例的氣體檢測裝置結構圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合優選實施例和說明書附圖對本發明做進一步描述。
[0039]圖2示出了根據本實用新型優選實施例的氣體檢測裝置，其包括:雷射發射模塊
1、雷射傳感模塊3、信號採集與處理模塊5以及顯示模塊7。雷射發射模塊I包括依此耦合的雷射器101、雷射器溫度控制模塊102及雷射器電流控制模塊103。雷射器101,用於發射與待測氣體吸收譜線相匹配的雷射波；雷射器溫度控制模塊102用於調節雷射器101的溫度，防止雷射器101溫度因過高或過低而被損壞；雷射器電流控制模塊103用於對雷射的波長進行調節，使雷射器101發射的雷射的中心波長與待測氣體的吸收譜線相匹配。
[0040]當只需要檢測單一氣體時，雷射發射模塊I可以只含有一組雷射器101、一組雷射器溫度控制模塊102及一組雷射器電流控制模塊103 ;當需要檢測多組氣體時，可以含有多組雷射器101、多組雷射器溫度控制模塊102及多組雷射器電流控制模塊103。雷射器101、雷射器溫度控制模塊102及雷射器電流控制模塊103的數量應均與待測氣體的組數相一致。例如:需同時檢測3組氣體時，雷射發射模塊I中需要設置3組雷射器101、3組雷射器溫度控制模塊102及3組雷射器電流控制模塊103。各雷射器101耦合在一起作為雷射波的發射端。
[0041]該氣體檢測裝置還可以設置有信號發生模塊2與鎖相放大器6。信號發生模塊2一端與雷射器電流控制模塊103相稱合,產生鋸齒波信號疊加在雷射器101的驅動電流上，使雷射波長掃過待測氣體的吸收線能被待測氣體充分吸收，信號發生模塊2的另一端與鎖相放大器6耦合，該鎖相放大器6用於接收雷射傳感模塊3生成的電信號，並進行二次諧波檢測，該鎖相放大器6進行二次諧波檢測時的參考信號來自所述信號發生模塊2產生的正弦波調製信號。
[0042]在檢測多組分氣體時，該氣體檢測裝置還包括光纖耦合器8，該光纖耦合器8 一端與雷射器101耦合，另一端與雷射傳感模塊3耦合，當測量多組待測氣體時，需將多束雷射率禹合在一起，形成一束雷射波後進入雷射傳感模塊3。
[0043]雷射傳感模塊3包括:反射池301與探測器303，反射池301用於使從光纖耦合器8輸出的雷射進入到反射池301中(在檢測單一氣體時，從雷射器101發射的雷射波直接進入反射池301，供待測氣體接觸吸收)，供經過氣體淨化模塊4處理後的待測氣體吸收，該反射池301還設置有進氣口與排氣口 ；探測器303，用於接收反射池301輸出的雷射信號，並且經光電轉換將雷射信號轉換為電信號。該雷射傳感模塊3還可以包括氣體標定池302，該氣體標定池302 —端與反射池301耦合，另一端與探測器303耦合，用於對檢測吸收信號進行標定。
[0044]使用本實用新型優選實施例的氣體檢測方法，其包括以下步驟:
[0045]步驟一:通過雷射發射模塊I發射與待測氣體的吸收波長相匹配的雷射波。
[0046]為使得檢測結果誤差更小，需要對發射的雷射波長進行調節，可以通過設置的雷射器電流控制模塊103對雷射波長進行調節，使雷射器101發射的雷射的中心波長與待測氣體吸收譜線中心相匹配；還可以通過雷射器溫度控制模塊102對雷射器101的溫度進行調節，防止雷射器101因溫度過高或過低而被損壞。
[0047]步驟二:在雷射傳感模塊3中雷射與通過氣體淨化模塊4進行乾燥、過濾後的並經進氣口進入反射池301的待測氣體相接觸，待測氣體充分吸收雷射波後將吸收後的雷射信號輸送至探測器303 ；
[0048]步驟三:探測器303將接收到的雷射信號經光電轉換後轉換為兩路電信號；
[0049]一路電信號輸送至鎖相放大器6，與信號發生模塊2產生的正弦波調製信號進行二次諧波檢測，並將生成的二次諧波信號輸送至信號採集與處理模塊5 ；
[0050]另一路電信號直接輸送至信號採集與處理模塊5進行數據採集、處理及控制。
[0051]步驟四:信號採集與處理模塊5將來自探測器303的信號經濾波後對其數據進行線性擬合作為雷射光強信號；同時將鎖相放大器6生成的二次諧波信號利用擬合的雷射光強信號進行歸一化處理以消除光強波動對濃度檢測的影響，歸一化後的二次諧波信號經過多次累加得到一條檢測吸收譜，對檢測的吸收譜進行二次乘積擬合得到待測氣體的濃度。
[0052]步驟五:將數位訊號轉換成具體數據在顯示屏上顯示出來。即可獲得待測氣體的相對應的濃度。
[0053]在步驟一中，為了使待測氣體能充分吸收雷射波，還可以通過調節信號發生模塊2產出鋸齒波信號，並將產生的鋸齒波信號疊加在雷射器101驅動電流上，從而使雷射波長掃過待測氣體時，待測氣體能充分吸收雷射波。
[0054]當測量多組分氣體時，多組雷射器101發射的雷射波到達光纖耦合器8後，光纖耦合器8將多束雷射波進行耦合，並輸送至反射池301。當檢測單一組分氣體時，雷射器101雷射波直接輸送至反射池301。
[0055]該氣體檢測裝置及方法通過將二次諧波檢測、波長調製、數據採集與處理等多種功能融合在一起，實現組分氣體的地面實時在線檢測，並能根據井下氣體的實際情況同時對多種組分的氣體進行檢測，並具有操作簡單、檢測精度高、適用性廣等優點。
[0056]雖然已經參考優選實施例對本發明進行描述，但在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的物質。本發明並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。
【權利要求】
1.一種錄井用氣體檢測裝置，其特徵在於，包括: 雷射發射模塊，用於提供檢測氣體時需要的雷射； 雷射傳感模塊，用於使待測氣體吸收雷射發射模塊發出的雷射，並將氣體吸收後的雷射信號進行光電轉換以轉換成電信號； 信號採集與處理模塊，用於接收雷射傳感模塊生成的電信號，並對接收到的電信號進行擬合處理為表徵氣體濃度的數位訊號； 顯示模塊，用於接收信號採集與處理模塊的數位訊號，將所述數位訊號轉換成氣體的濃度，並實時顯示出來； 所述雷射發射模塊進一步包括: 至少一個雷射器，用於發射雷射波； 至少一個雷射器溫度控制模塊，用於調節雷射器的溫度，防止雷射器溫度因過高或過低而被損壞； 至少一個的雷射器電流控制模塊，用於對雷射的波長進行調節，使雷射器發射的雷射的中心波長與待測氣體的吸收譜線相匹配。
2.如權利要求1所述的一種錄井用氣體檢測裝置，其特徵在於，所述雷射發射模塊中含有相同數量的雷射器、雷射器溫度控制模塊及雷射器電流控制模塊。
3.如權利要求1或2所述的一種錄井用氣體檢測裝置，其特徵在於，該氣體檢測裝置還包括: 信號發生模塊和鎖相放大器，該信號發生模塊一端與雷射器電流控制模塊相耦合，產生鋸齒波信號疊加在雷射器驅動電流上，使雷射波長掃過待測氣體的吸收線，該信號發生模塊的另一端與鎖相放大器耦合，該鎖相放大器用於接收雷射傳感模塊生成的電信號，並進行二次諧波檢測，該鎖相放大器進行二次諧波檢測時的參考信號來自所述信號發生模塊產生的正弦波調製信號。
4.如權利要求1所述的一種錄井用氣體檢測裝置，其特徵在於，該氣體檢測裝置還包括光纖耦合器，該光纖耦合器一端與雷射器耦合，另一端與雷射傳感模塊耦合，用於將多束雷射稱合在一起，形成一束雷射波。
5.如權利要求4所述的一種錄井用氣體檢測裝置，其特徵在於，所述雷射傳感模塊包括: 反射池，用於使從光纖耦合器輸出的雷射進入到反射池中，供待測氣體吸收，該反射池還設置有進氣口與排氣口； 探測器，用於接收反射池輸出的雷射信號，並且經光電轉換將雷射信號轉換為電信號。
6.如權利要求5所述的一種錄井用氣體檢測裝置，其特徵在於，所述雷射傳感模塊還包括氣體標定池，該氣體標定池一端與反射池耦合，另一端與探測器耦合，用於對檢測吸收信號進行標定。
7.如權利要求6所述的一種錄井用氣體檢測裝置，其特徵在於，該氣體檢測裝置還包括: 氣體淨化模塊，用於將油氣井產生的待測氣體進行乾燥並過濾； 該氣體淨化模塊包括依此連接的乾燥器和過濾器。
【文檔編號】G01N21/39GK203929631SQ201420256348
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】萬亞旗, 劉其春, 姚金志, 魏兵, 周建立, 王偉東, 周發舉, 吳剛, 王立波, 龔洪海 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司地質錄井公司