一種用於礦井檢測的快速氣相色譜儀的製作方法

2023-10-28 14:36:32 2

本發明涉及一種用於礦井檢測的快速氣相色譜儀，屬於石油鑽井工藝技術。

背景技術：

隨著石油鑽井工藝技術不斷的改進和提高，鑽進的速度越來越快，在傳統鑽進速度下，錄井色譜儀的一個分析周期（30s-120s）能保證所需的色譜分析數據，但在快速鑽進條件下，傳統的色譜分析技術顯然不能滿足當前需要，在先進的精細勘探開發過程中，薄層及超薄油氣層的開發對色譜分析提出了更高的要求。

快速色譜儀系統充分採用並有效整合了目前較先進的氣體分析，電子電路控制、微機自動數據採集、氣壓自動控制等技術的研究成果，產品從技術、結構及工藝等多個方面都有較大提升，是一款新型的智能化錄井氣相色譜儀。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題克服現有的缺陷，提供一種用於礦井檢測的快速氣相色譜儀，快速色譜儀系統將烴組分連續分析最短周期為10s，提高對地層顯示層的分辨能力，可以有效解決背景技術中的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

一種用於礦井檢測的快速氣相色譜儀，包括機箱，所述機箱一側設有顯示屏、電源開關、VMS注樣口、電源接口、網路接口、USB接口、數據通訊接口，所述機箱內腔設有分析系統與測控系統，分析系統包括空氣輸入埠、空氣穩壓閥、氫氣輸入埠、氫氣穩壓閥、氣路功能切換電磁閥、氣路壓力測量傳感器組、樣品氣穩壓閥、樣品氣輸入埠、樣品泵、自動進樣切換閥單元單元、快速分析色譜柱、保溫箱與色譜加熱單元箱、FID檢測器組成，測控系統由嵌入式計算機單元、傳感器單元、顯示單元、採集控制單元、繼電器單元、第一電子信號放大器、第二電子信號放大器、接口單元構成。

進一步而言，分析系統中設有1#烴組分FID檢測器、3#烴組分FID檢測器信號輸出埠、2#烴組分FID檢測器、2#烴組分FID檢測器信號輸出埠、3#烴組分FID檢測器、1#烴組分FID檢測器信號輸出埠、全烴FID檢測器、1#進樣切換閥單元、2#進樣切換閥單元、3#進樣切換閥單元、色譜柱加熱單元、穩壓閥組，且均設置於保溫箱中。

進一步而言，所述樣品氣輸入埠包括尾氣放空3埠、尾氣放空2埠、尾氣放空1埠。

進一步而言，快速分析色譜柱包括1#色譜柱、2#色譜柱、3#色譜柱。

本發明有益效果：色譜儀由機箱、分析系統、測控系統等構成，所有部件置於機箱內部，分析系統對色譜儀的氣源進行分配、壓力給定和流量控制，完成被分析樣品氣的抽取、淨化、穩壓、分配、分析作業，主要包括氣路輸入、輸出接口，高精度壓力定值穩壓閥，氣路功能切換電磁閥，氣路壓力測量傳感器組，樣品泵，自動進樣切換閥單元,快速分析色譜柱和恆溫色譜柱柱箱, FID檢測器等組成，並在測控系統的控制下實現氣路參數測量、顯示，氣路工作狀態切換，溫度控制等功能，色譜儀測控系統是一套精密的電子系統，主要由嵌入式計算機單元，顯示單元，控制單元、繼電器單元、電子信號放大器、電源系統、數據信號接口等幾大部分組件構成，採用4路FID檢測器，1路用於全烴檢測，3路用於烴組分檢測，將全烴檢測器和一路烴組分檢測器組成一組，另外兩個烴組分檢測器為另一組，兩組同時工作時，烴組分連續分析周期為10S，全烴檢測器和一路烴組分檢測器單獨工作時，烴組分連續分析周期小於30S，另外一組兩個烴組分檢測器單獨工作時，烴組分連續分析周期為15S。

附圖說明

附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。

圖1是本發明機箱外形結構圖。

圖2是本發明機箱內部結構圖。

圖3是本發明前面板結構圖。

圖4是本發明後面板結構圖。

圖5是本發明分析系統模塊圖。

圖6是本發明測試系統模塊圖。

圖中標號：1.機箱；2.顯示；3.電源開關；4.VMS注樣；5.保溫箱；6. 1#進樣切換閥；7. 2#進樣切換閥；8. 3#進樣切換閥；9.色譜柱加熱單元；10.穩壓閥組；11.樣品泵；12.全烴FID檢測器；13.採集控制單元；14. 3#烴組分FID檢測器；15. 2#烴組分FID檢測器；16. 3#烴組分FID檢測器；17.第一電子信號放大器；18.計算機單元；19.電源接口；20.網路接口；21.USB接口；22.數據通訊接口；23. 3#烴組分FID檢測器信號輸出埠；24. 2#烴組分FID檢測器信號輸出埠；25. 1#烴組分FID檢測器信號輸出埠；26.全烴FID檢測器信號輸出端；27.空氣穩壓閥；28. 空氣輸入埠；29. 氫氣穩壓閥；30. 氫氣輸入埠31.樣品氣穩壓閥；32.樣品氣輸入埠；33.尾氣放空3埠3；4.尾氣放空2埠；35.尾氣放空1埠；36.1#色譜柱；37.2#色譜柱；38.3#色譜柱；39.傳感器單元；41.繼電器單元；42.採集控制單元；43.嵌入式計算機；44.接口單元；45.電子信號放大器；46.顯示單元。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。

下面結合附圖對色譜儀的原理，結構進行進一步描述。

儀器分析基本原理：鑽井現場的樣品氣經過淨化處理後，通過管線被樣品泵抽吸到分析系統，進行自動定量，進樣至色譜柱，樣品氣經色譜柱分離後在檢測器燃燒，得到樣品氣的模擬信號，模擬信號進入測控系統轉換處理，得到被分析樣品的成分和含量數值，完成樣品的自動定量分析。測控系統同時對整個分析過程進行程序控制，實現氣路參數測量、顯示，氣路工作狀態切換，溫度控制等功能。

如圖1-6所示，色譜儀由機箱1，分析系統，測控系統等構成，所有部件置於機箱1內部。

如圖2所示，分析系統中的1#烴組分FID檢測器16、2#烴組分FID檢測器15、3#烴組分FID檢測器14、全烴FID檢測器12、1#進樣切換閥6、2#進樣切換閥7、3#進樣切換閥8、色譜柱加熱單元9、穩壓閥組10置於保溫箱5中，保溫箱起到加熱保溫的作用。

如圖5所示，分析系統對色譜儀的氣源進行分配、壓力給定和流量控制，樣品氣的分離檢測、被分析的樣品氣經樣品氣輸入埠32被樣品泵11抽吸進入樣品氣穩壓閥31，經過穩壓後的樣品氣被分成4路，其中1路進入全烴FID檢測器12、另外3路分別進入1#進樣切換閥6，2# 進樣切換閥7和3#進樣切換閥8，樣品氣進入進樣切換閥後被定量，在載氣的推動下分別進入1#色譜柱36，2#色譜柱37，3#色譜柱38，經色譜柱進行組分分離的樣品氣，分別進入1#烴組分FID檢測器16，2#烴組分FID檢測器15和3#烴組分FID檢測器14，多餘的樣品氣通過尾氣放空3埠33，尾氣放空2埠34，尾氣放空1端35排掉、FID檢測器是樣品氣體測量、分析的基礎組件，空氣、氫氣、載氣氣路提供其工作所需氣體，壓縮空氣經空氣輸入埠28進入空氣穩壓閥27，經過穩壓後的空氣被分成4路，分別進入全烴FID檢測器12，1#烴組分FID檢測器16，2#烴組分FID檢測器15和3#烴組分FID檢測器14，作為其燃燒的助燃氣、氫氣經氫氣輸入埠30進入空氣穩壓閥29，經過穩壓後的空氣被分成4路，1路進入全烴分FID檢測器12，作為其燃燒的燃氣，另外3路分別進入1#進樣切換閥6，2#進樣切換閥7和3#進樣切換閥8，作為載氣、樣品氣在FID檢測器中燃燒，產生的電信號分別通過1#烴組分FID檢測器信號輸出埠25，2#烴組分FID檢測器信號輸出埠24，3#烴組分FID檢測器信號輸出埠23，全烴FID檢測器信號輸出埠26，進入電子信號放大器46。

如圖6所示，色譜儀測控系統是一套精密的電子系統，主要由嵌入式計算機單元43、顯示單元46、採集控制單元42、傳感器單元39、繼電器單元41、電子信號放大器45、接口單元45等幾大部分構成、嵌入式計算機43對色譜數據進行處理，存儲，顯示單元46進行人機互動，傳感器單元39，對包括空氣，氫氣，載氣，樣品氣的壓力，保溫箱，色譜柱加熱單元等溫度轉換為電信號輸出給採集控制單元42，採集控制單元42，通過接口和嵌入式計算機43進行通訊，按程序對模擬量信號進行採集，控制繼電器單元41各觸點的關閉開啟，從而進行各電磁閥開閉控制，各單元溫度控制，FID檢測器點火控制，樣品泵開閉控制、電子信號放大器45，對FID檢測器收集到的離子流信號進行放大，AD轉換，通過接口和嵌入式計算機43通訊，數據信號接口包括網路接口20、USB口21、數據通訊接口22（和計算機通信）。

本色譜儀核心是採用4個FID檢測器，3個進樣切換閥單元，3個色譜柱和一體化4路電子信號放大器。1個FID檢測器用於全烴檢測，其餘3個用於烴組分檢測、3個進樣切換閥單元實現對3個烴組分檢測的自動定量，全烴FID檢測器12，3#烴組分FID檢測器14和1#進樣切換閥6組成組A，1#烴組分FID檢測器16，2#烴組分FID檢測器15，2#進樣切換閥7，和3#進樣切換閥8組成組B，組A和組B同時工作時，每個進樣切換閥的切換周期為30秒，3個進樣切換閥分時切換，先後相隔時間為10秒，這樣就使樣品氣的烴組分連續分析周期縮短到10S，全烴為連續分析，組A單獨工作時，1#進樣切換閥6的切換周期為30秒，烴組分連續分析周期為30S，全烴為連續分析，組B單獨工作時，2#進樣切換閥7，和3#進樣切換閥8，單獨切換周期為30秒，2個進樣切換閥分時切換，先後相隔時間為15秒，烴組分連續分析周期可縮短為15S。

以上為本發明較佳的實施方式，本發明所屬領域的技術人員還能夠對上述實施方式進行變更和修改，因此，本發明並不局限於上述的具體實施方式，凡是本領域技術人員在本發明的基礎上所作的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬於本發明的保護範圍。