專利名稱：用光譜分析儀快速定量分析石油勘探鉆井過程中氣體含量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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鉆井過程中氣體含量方法。
背景技術(shù)：
在石油地質(zhì)勘探錄井過程中，氣測錄井是地質(zhì)錄井的常規(guī)項目，用于分析泥漿中攜帶的氣體含量，通過氣測分析結(jié)果及時發(fā)現(xiàn)油氣顯示，預(yù)報工程事故等。而烴類檢測一直采用的是氣相色譜法。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(biāo)定，操作復(fù)雜，儀器標(biāo)定的準(zhǔn)確度對定量結(jié)果影響較大。
隨著鉆井工藝的進一步提高，PDC鉆頭的廣泛應(yīng)用，機械鉆速和進尺都很快，通常鉆遇儲集巖層或疏松的砂巖層時，鉆井最快時往往鉆進1米深度只用幾秒鐘的時間，在這種鉆井大提速的情況下，錄井工作要能取全取準(zhǔn)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(shù)來獲取地下油氣顯示的真實資料。
光譜法是儀器分析領(lǐng)域的一個重要分析方法。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代紅外光譜技術(shù)具有分析掃描速度快、分辨率高、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(jīng)逐漸成為一種常規(guī)的分析手段。但是一般光譜儀對樣品和工作環(huán)境要求苛刻，軟件操作復(fù)雜，必須由訓(xùn)練有素的專業(yè)人員操作；定量方法所受的局限性大，對于吸收譜線重疊的多組分混合氣體無法準(zhǔn)確定量，目前國內(nèi)外石油勘探錄井現(xiàn)場還沒有應(yīng)用光譜技術(shù)實現(xiàn)在線多組分氣體分析。
本發(fā)明的目的是為了解決鉆井大提速而錄井現(xiàn)有的氣測方法間歇取樣、分析速度慢、精確度低、定量結(jié)果影響因素多等問題。該方法可以在線隨鉆分析泥漿中攜帶的C1～C5、CO2、H2S等氣體含量，也可以用于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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(shù)步驟真空泵(或隔膜泵)將鉆井過程中脫附出的氣體抽入，經(jīng)過樣品處理系統(tǒng)除塵干燥處理，引入穩(wěn)流裝置，穩(wěn)定流量的氣體進入氣體流通池得到樣品氣，并不斷排空，光源發(fā)出的紅外光經(jīng)干涉儀變成干涉光，干涉光照射氣體流通池內(nèi)的樣品氣，經(jīng)檢測器獲得干涉圖，所得干涉圖由光譜分析工作站進行數(shù)學(xué)變換，得到樣品的紅外光譜。
光譜分析工作站包括控制及數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、定性定量分析模塊和顯示存儲打印模塊。
控制及數(shù)據(jù)采集模塊控制光譜儀器的運行和采集光譜儀器的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對樣品光譜數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。在光譜分析儀上測量樣品的紅外吸收光譜，經(jīng)過預(yù)處理，消除噪聲和漂移的影響，提取光譜數(shù)據(jù)中的有效特征量，預(yù)處理方法有小波變換重構(gòu)法、數(shù)據(jù)歸一擴展法以及以消除噪聲和漂移的影響為主的數(shù)據(jù)預(yù)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(nèi)事先建立混合氣體各組分濃度與其光譜數(shù)據(jù)的關(guān)系，確定定性定量分析模塊最佳結(jié)構(gòu)和參數(shù)。實際測量時將重疊嚴重和非線性的光譜數(shù)據(jù)進行變換、分解或回歸，然后計算出各組分的氣體濃度。
顯示存儲打印模塊用于將分析結(jié)果顯示、存儲或打印，輸出的氣測錄井圖和綜合評價報告，可用于油氣水層綜合解釋評價。
本發(fā)明與石油勘探過程中常規(guī)氣測錄井方法相比，具有分析快速快(10秒內(nèi)完成分析)、準(zhǔn)確、靈敏度高、可連續(xù)取樣、在線分析，且不用外接氣源等優(yōu)點，本發(fā)明可以在線對多組分重疊峰進行準(zhǔn)確定性定量分析，工作環(huán)境適應(yīng)能力強，操作簡單，適用于石油勘探錄井過程氣體分析，以及石油化工、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明工作原理示意圖；具體實施方式
真空泵(或隔膜泵)6將鉆井過程中脫附出的氣體經(jīng)由A口抽入，經(jīng)過樣品處理系統(tǒng)7除塵干燥處理，引入穩(wěn)流裝置8，穩(wěn)定流量的氣體由B口進入氣體流通池3得到樣品氣，并不斷由C口排空，光源1發(fā)出的紅外光經(jīng)干涉儀2變成干涉光，干涉光照射氣體流通池3內(nèi)的樣品氣，經(jīng)檢測器4獲得干涉圖，所得干涉圖由光譜分析工作站5進行數(shù)學(xué)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(shù)據(jù)采集模塊5-1、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊5-2、定性定量分析模塊5-3和顯示存儲打印模塊5-4。
控制及數(shù)據(jù)采集模塊5-1控制光譜儀器的運行和采集光譜儀器的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊5-2對樣品光譜數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。在光譜分析儀上測量樣品的紅外吸收光譜，經(jīng)過預(yù)處理，消除噪聲和漂移的影響，提取光譜數(shù)據(jù)中的有效特征量，預(yù)處理方法有小波變換重構(gòu)法、數(shù)據(jù)歸一擴展法以及以消除噪聲和漂移的影響為主的數(shù)據(jù)預(yù)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(nèi)事先建立混合氣體各組分濃度與其光譜數(shù)據(jù)的關(guān)系，確定定性定量分析模塊5-3最佳結(jié)構(gòu)和參數(shù)。實際測量時將重疊嚴重和非線性的光譜數(shù)據(jù)進行變換、分解或回歸，然后計算出各組分的氣體濃度。
顯示存儲打印模塊5-4用于將分析結(jié)果顯示、存儲或打印，輸出的氣測錄井圖和綜合評價報告，可用于油氣水層綜合解釋評價。
下面以實施例的方式對本發(fā)明作進一步描述，本發(fā)明不限于這個操作步驟1.選用一種標(biāo)準(zhǔn)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(shù)8次，共用時間6秒左右。
3.數(shù)據(jù)處理軟件對光譜數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并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(jié)果見表1。
表1

從實驗數(shù)據(jù)看，本發(fā)明所提出的用光譜分析儀快速定量分析石油勘探鉆井過程中氣體含量方法分析結(jié)果明顯優(yōu)于常規(guī)氣相色譜分析方法。
權(quán)利要求
1.一種用光譜分析儀快速定量分析石油勘探鉆井過程中氣體含量方法，其特征在于，該方法包括以下措施和技術(shù)步驟a、真空泵(6)將鉆井過程中脫附出的氣體經(jīng)由(A)口抽入，經(jīng)過樣品處理系統(tǒng)(7)除塵干燥處理，引入穩(wěn)流裝置(8)，穩(wěn)定流量的氣體由(B)口進入氣體流通池(3)得到樣品氣，并不斷由(C)口排空，光源(1)發(fā)出的紅外光經(jīng)干涉儀(2)變成干涉光，干涉光照射氣體流通池(3)內(nèi)的樣品氣，經(jīng)檢測器(4)獲得干涉圖，所得干涉圖由光譜分析工作站(5)進行數(shù)學(xué)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(shù)據(jù)采集模塊(5-1)、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(5-2)、定性定量分析模塊(5-3)和顯示存儲打印模塊(5-4)，控制及數(shù)據(jù)采集模塊(5-1)控制光譜儀器的運行和采集光譜儀器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(5-2)對樣品光譜數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，在光譜分析儀上測量樣品的紅外吸收光譜，經(jīng)過預(yù)處理，消除噪聲和漂移的影響，提取光譜數(shù)據(jù)中的有效特征量，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(nèi)事先建立混合氣體各組分濃度與其光譜數(shù)據(jù)的關(guān)系，確定定性定量分析模塊(5-3)最佳結(jié)構(gòu)和參數(shù)，實際測量時將重疊嚴重和非線性的光譜數(shù)據(jù)進行變換、分解或回歸，然后計算出各組分的氣體濃度，顯示存儲打印模塊(5-4)用于將分析結(jié)果顯示、存儲或打印，輸出的氣測錄井圖和綜合評價報告，用于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鉆井過程中氣體含量方法，屬于石油勘探氣測錄井技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是為了解決鉆井大提速而錄井現(xiàn)有的氣測方法間歇取樣、分析速度慢、精確度低、定量結(jié)果影響因素多等問題。待測氣體經(jīng)過處理后進入氣體流通池，經(jīng)紅外光照射和檢測器檢測，在光譜分析工作站內(nèi)計算得到樣品的紅外光譜及各組分的含量。本發(fā)明具有分析速度快、準(zhǔn)確、靈敏度高、可連續(xù)取樣、在線分析，且不用外接氣源等優(yōu)點，可以在線對多組分重疊峰進行準(zhǔn)確定性定量分析，工作環(huán)境適應(yīng)能力強，操作簡單，適用于石油勘探錄井過程氣體分析，保證鉆井過程數(shù)據(jù)點的密集性和薄油層的發(fā)現(xiàn)率，非常適合快速鉆井的需求。本發(fā)明也廣泛適用于石油化工、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)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(yōu)先權(quán)日2005年8月17日
發(fā)明者楊仁政 申請人:海城市石油化工儀器廠