用光譜分析儀快速定量分析石油勘探鑽井過程中氣體含量方法
2023-06-13 08:36:31
專利名稱：用光譜分析儀快速定量分析石油勘探鑽井過程中氣體含量方法
技術領域：
本發明涉及一種石油勘探過程中的錄井方法，特別是用光譜分析儀快速定量分析石油勘探鑽井過程中氣體含量方法。
背景技術：
在石油地質勘探錄井過程中，氣測錄井是地質錄井的常規項目，用於分析泥漿中攜帶的氣體含量，通過氣測分析結果及時發現油氣顯示，預報工程事故等。而烴類檢測一直採用的是氣相色譜法。然而，氣相色譜方法往往是間歇取樣、分析速度慢、精確度低。氣測色譜儀還需要定期標定，操作複雜，儀器標定的準確度對定量結果影響較大。
隨著鑽井工藝的進一步提高，PDC鑽頭的廣泛應用，機械鑽速和進尺都很快，通常鑽遇儲集巖層或疏鬆的砂巖層時，鑽井最快時往往鑽進1米深度只用幾秒鐘的時間，在這種鑽井大提速的情況下，錄井工作要能取全取準氣測資料，不漏掉薄油層，這就需要更快速、更靈敏的檢測技術來獲取地下油氣顯示的真實資料。
光譜法是儀器分析領域的一個重要分析方法。隨著計算機技術的快速發展，現代紅外光譜技術具有分析掃描速度快、解析度高、靈敏度高、信噪比高以及精確度高等特點，利用紅外光譜進行有機化合物定量分析已經逐漸成為一種常規的分析手段。但是一般光譜儀對樣品和工作環境要求苛刻，軟體操作複雜，必須由訓練有素的專業人員操作；定量方法所受的局限性大，對於吸收譜線重疊的多組分混合氣體無法準確定量，目前國內外石油勘探錄井現場還沒有應用光譜技術實現在線多組分氣體分析。
本發明的目的是為了解決鑽井大提速而錄井現有的氣測方法間歇取樣、分析速度慢、精確度低、定量結果影響因素多等問題。該方法可以在線隨鑽分析泥漿中攜帶的C1～C5、CO2、H2S等氣體含量，也可以用於其它類似的吸收譜線相互重疊交叉的多組分混合氣體的濃度定量分析。
發明內容
本發明是通過以下方案使上述問題得到解決的，包括以下措施和技術步驟真空泵(或隔膜泵)將鑽井過程中脫附出的氣體抽入，經過樣品處理系統除塵乾燥處理，引入穩流裝置，穩定流量的氣體進入氣體流通池得到樣品氣，並不斷排空，光源發出的紅外光經幹涉儀變成幹涉光，幹涉光照射氣體流通池內的樣品氣，經檢測器獲得幹涉圖，所得幹涉圖由光譜分析工作站進行數學變換，得到樣品的紅外光譜。
光譜分析工作站包括控制及數據採集模塊、數據預處理模塊、定性定量分析模塊和顯示存儲列印模塊。
控制及數據採集模塊控制光譜儀器的運行和採集光譜儀器的數據。
數據預處理模塊對樣品光譜數據進行預處理。在光譜分析儀上測量樣品的紅外吸收光譜，經過預處理，消除噪聲和漂移的影響，提取光譜數據中的有效特徵量，預處理方法有小波變換重構法、數據歸一擴展法以及以消除噪聲和漂移的影響為主的數據預處理方法。
定性定量分析模塊對混合樣品中的各組分進行定性定量分析。定性定量分析模塊內事先建立混合氣體各組分濃度與其光譜數據的關係，確定定性定量分析模塊最佳結構和參數。實際測量時將重疊嚴重和非線性的光譜數據進行變換、分解或回歸，然後計算出各組分的氣體濃度。
顯示存儲列印模塊用於將分析結果顯示、存儲或列印，輸出的氣測錄井圖和綜合評價報告，可用於油氣水層綜合解釋評價。
本發明與石油勘探過程中常規氣測錄井方法相比，具有分析快速快(10秒內完成分析)、準確、靈敏度高、可連續取樣、在線分析，且不用外接氣源等優點，本發明可以在線對多組分重疊峰進行準確定性定量分析，工作環境適應能力強，操作簡單，適用於石油勘探錄井過程氣體分析，以及石油化工、環境監測等領域。
圖1是本發明工作原理示意圖；具體實施方式
真空泵(或隔膜泵)6將鑽井過程中脫附出的氣體經由A口抽入，經過樣品處理系統7除塵乾燥處理，引入穩流裝置8，穩定流量的氣體由B口進入氣體流通池3得到樣品氣，並不斷由C口排空，光源1發出的紅外光經幹涉儀2變成幹涉光，幹涉光照射氣體流通池3內的樣品氣，經檢測器4獲得幹涉圖，所得幹涉圖由光譜分析工作站5進行數學變換，得到樣品的紅外光譜。
光譜分析工作站5包括控制及數據採集模塊5-1、數據預處理模塊5-2、定性定量分析模塊5-3和顯示存儲列印模塊5-4。
控制及數據採集模塊5-1控制光譜儀器的運行和採集光譜儀器的數據。
數據預處理模塊5-2對樣品光譜數據進行預處理。在光譜分析儀上測量樣品的紅外吸收光譜，經過預處理，消除噪聲和漂移的影響，提取光譜數據中的有效特徵量，預處理方法有小波變換重構法、數據歸一擴展法以及以消除噪聲和漂移的影響為主的數據預處理方法。
定性定量分析模塊5-3對混合樣品中的各組分進行定性定量分析。定性定量分析模塊5-3內事先建立混合氣體各組分濃度與其光譜數據的關係，確定定性定量分析模塊5-3最佳結構和參數。實際測量時將重疊嚴重和非線性的光譜數據進行變換、分解或回歸，然後計算出各組分的氣體濃度。
顯示存儲列印模塊5-4用於將分析結果顯示、存儲或列印，輸出的氣測錄井圖和綜合評價報告，可用於油氣水層綜合解釋評價。
下面以實施例的方式對本發明作進一步描述，本發明不限於這個操作步驟1.選用一種標準氣體，甲烷含量3.016％、乙烷含量2.530％、丙烷含量2.056％、異丁烷含量1.503％、正丁烷含量1.021％。
2.在光譜分析儀上測量樣品的紅外吸收光譜。掃描次數8次，共用時間6秒左右。
3.數據處理軟體對光譜數據進行預處理，並通過光譜分析工作站中已建立的定性定量分析模型，對混合樣品中的各組分進行定性定量分析。分析結果見表1。
表1
從實驗數據看，本發明所提出的用光譜分析儀快速定量分析石油勘探鑽井過程中氣體含量方法分析結果明顯優於常規氣相色譜分析方法。
權利要求
1.一種用光譜分析儀快速定量分析石油勘探鑽井過程中氣體含量方法，其特徵在於，該方法包括以下措施和技術步驟a、真空泵(6)將鑽井過程中脫附出的氣體經由(A)口抽入，經過樣品處理系統(7)除塵乾燥處理，引入穩流裝置(8)，穩定流量的氣體由(B)口進入氣體流通池(3)得到樣品氣，並不斷由(C)口排空，光源(1)發出的紅外光經幹涉儀(2)變成幹涉光，幹涉光照射氣體流通池(3)內的樣品氣，經檢測器(4)獲得幹涉圖，所得幹涉圖由光譜分析工作站(5)進行數學變換，得到樣品的紅外光譜，b、光譜分析工作站(5)包括控制及數據採集模塊(5-1)、數據預處理模塊(5-2)、定性定量分析模塊(5-3)和顯示存儲列印模塊(5-4)，控制及數據採集模塊(5-1)控制光譜儀器的運行和採集光譜儀器的數據，數據預處理模塊(5-2)對樣品光譜數據進行預處理，在光譜分析儀上測量樣品的紅外吸收光譜，經過預處理，消除噪聲和漂移的影響，提取光譜數據中的有效特徵量，定性定量分析模塊(5-3)對混合樣品中的各組分進行定性定量分析，定性定量分析模塊(5-3)內事先建立混合氣體各組分濃度與其光譜數據的關係，確定定性定量分析模塊(5-3)最佳結構和參數，實際測量時將重疊嚴重和非線性的光譜數據進行變換、分解或回歸，然後計算出各組分的氣體濃度，顯示存儲列印模塊(5-4)用於將分析結果顯示、存儲或列印，輸出的氣測錄井圖和綜合評價報告，用於油氣水層綜合解釋評價。
全文摘要
一種用光譜分析儀快速定量分析石油勘探鑽井過程中氣體含量方法，屬於石油勘探氣測錄井技術領域。本發明的目的是為了解決鑽井大提速而錄井現有的氣測方法間歇取樣、分析速度慢、精確度低、定量結果影響因素多等問題。待測氣體經過處理後進入氣體流通池，經紅外光照射和檢測器檢測，在光譜分析工作站內計算得到樣品的紅外光譜及各組分的含量。本發明具有分析速度快、準確、靈敏度高、可連續取樣、在線分析，且不用外接氣源等優點，可以在線對多組分重疊峰進行準確定性定量分析，工作環境適應能力強，操作簡單，適用於石油勘探錄井過程氣體分析，保證鑽井過程數據點的密集性和薄油層的發現率，非常適合快速鑽井的需求。本發明也廣泛適用於石油化工、環境監測等領域。
文檔編號G01N21/41GK1731147SQ200510047069
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月17日 優先權日2005年8月17日
發明者楊仁政 申請人:海城市石油化工儀器廠