本發(fā)明專利技術公開了一種鉆井液分析裝置及其分析方法，所述裝置包含計算機，還包含傳感器、直流電源、信號處理電路；直流電源與傳感器連接為其提供工作電源；信號處理電路分別與傳感器、計算機連接。所述分析方法將傳感器設置在鉆井液槽中，由傳感器向被測樣品發(fā)射拉曼激發(fā)光，接收被測樣品發(fā)出的拉曼散射光，并將拉曼散射光的光信號轉換為模擬電信號發(fā)送給信號處理電路進行數(shù)模轉換為拉曼數(shù)字信號，此后信號處理電路將拉曼數(shù)字信號發(fā)送給計算機進行分析計算，利用拉曼散射光強度與被測樣品濃度的關系式計算出被測樣品中烴類物質的濃度。本發(fā)明專利技術能夠直接對鉆井液進行實時定量分析，檢測速度快，分析準確度高，并且該裝置結構簡單，性能穩(wěn)定，成本較低廉。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種鉆井液分析裝置，尤其涉及一種基于拉曼光譜分析的鉆井液分析裝置及其分析方法。
技術介紹
光子和分子碰撞過程中，除了被分子吸收以外，還會發(fā)生散射。由于碰撞方式不同，光子和分子之間會有多種散射形式(彈性碰撞和非彈性碰撞)。如果光子和分子之間在碰撞時發(fā)生了能量交換，這不僅使光子改變了其運動方向，也改變了其能量，這種散射在光譜上被稱為拉曼散射，強度大約是入射線的10_7。這是印度物理學家拉曼在1928年研究苯的光散射時發(fā)現(xiàn)的，并因此獲得了 1930年諾貝爾物理學獎。由于拉曼散射所涉及的主要是分子的振動能級和轉動能級，所以它和紅外光譜有 相同的對象范圍。而不同的是，從微觀角度看，紅外光譜來源于分子的固有偶極矩，是由分子的不對稱振動引起的；而散射光譜來源于分子的感生偶極矩，是由具有對稱分布的鍵的對稱振動引起的。這兩者具有互補性。值得注意的是，拉曼光譜的峰較紅外光譜要尖銳可分，而且拉曼光譜不受水的影響。此外，同核雙原子分子(氫氣、氮氣等)由于其偶極矩為零，所以沒有紅外光譜，但是它的伸縮振動會產生拉曼光譜。因此，拉曼光譜可以用來檢測除稀有氣體外的幾乎所有物質。如附圖I所示，其中橫坐標為拉曼位移，縱坐標為拉曼散射光的強度，從附圖I中可以看出，烴類物質如甲烷、丙烷、正己烷、正辛烷等由于具有相似的結構特征，在拉曼光譜上具有相近的拉曼位移，并且它們的拉曼散射光的強度與其濃度成正比關系。在油氣勘探過程中，對上返鉆井液中所攜帶的烴類物質的定性、定量檢測是錄井的關鍵技術，其目的是直接發(fā)現(xiàn)油氣層。目前，對鉆井液中油氣的鑒別主要是通過氣體檢測技術，將鉆井液所攜帶的地層中的含油物質(低級烷烴為主)脫氣分離后，利用快速氣相色譜分析技術對其加以檢測。氣相色譜分析存在的主要缺陷是(I)待檢測的鉆井液樣品需經過脫氣分離處理，操作步驟復雜，并且需使用空氣壓縮機、氫氣發(fā)生器等一系列輔助生產設備，成本較高；(2)脫氣分離處理設備和氣相色譜分析設備的氣路系統(tǒng)較復雜，檢測速度較慢，并且故障發(fā)生率高；(3)在對鉆井液進行脫氣分離處理的過程中，脫氣效率的不恒定以及氣樣傳輸管線的溫度均對檢測結果有直接的影響，影響氣相色譜分析穩(wěn)定性與可靠性。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術提供了，能夠直接對鉆井液進行實時定量分析，檢測速度快，分析準確度高，并且裝置結構簡單，性能穩(wěn)定，成本較低廉。本專利技術采用以下技術方案來實現(xiàn)一種鉆井液分析裝置，該所述裝置包含計算機，其特點是，所述鉆井液分析裝置還包含傳感器、直流電源、信號處理電路；所述的直流電源與傳感器連接為其提供工作電源；所述的信號處理電路分別與傳感器、計算機連接；所述的傳感器輸出模擬電信號并發(fā)送到信號處理電路，信號處理電路將模擬電信號進行模數(shù)轉換使之成為拉曼數(shù)字信號并發(fā)送給計算機，計算機對接收到的拉曼數(shù)字信號進行處理，并通過信號處理電路與傳感器雙向傳輸控制信號與數(shù)據(jù)。上述的一種鉆井液分析裝置，其特點是，所述傳感器包含殼體和設置在殼體上的藍寶石窗口，殼體內還包含激發(fā)光源、雪崩二極管檢測模塊、直角棱鏡、二向色濾光片；所述的雪崩二極管檢測模塊與激發(fā)光源并列間隔設置；所述的直角棱鏡與雪崩二極管檢測模塊對應間隔設置；所述的二向色濾光片間隔斜置在直角棱鏡與藍寶石窗口之間，并與激發(fā)光源相對應；所述的激發(fā)光源、直角棱鏡與二向色濾光片、雪崩二極管檢測模塊形成傳感器中的光路。上述的一種鉆井液分析裝置，其特點是，所述藍寶石窗口的橫截面形狀設為平面或弧面。上述的一種鉆井液分析裝置，其特點是，所述激發(fā)光源為脈沖激發(fā)光源；所述的雪崩二極管檢測模塊的工作頻率與激發(fā)光源的脈沖頻率相匹配。上述的一種鉆井液分析裝·置，其特點是，所述的殼體內還包含一恒溫控制器，所述恒溫控制器設置在激發(fā)光源和雪崩二極管檢測模塊的外圍，該恒溫控制器對其內部的激發(fā)光源和雪崩二極管檢測模塊進行恒溫控制。上述的一種鉆井液分析裝置，其特點是，所述的傳感器的殼體內還包含一組拉曼濾光片，所述的一組拉曼濾光片設置在直角棱鏡與雪崩二極管檢測模塊之間；所述的一組拉曼濾光片包含至少一片窄帶濾光片。上述的一種鉆井液分析裝置，其特點是，所述的傳感器的殼體內還包含多組光纖，各所述光纖將激發(fā)光源、二向色濾光片、直角棱鏡、拉曼濾光片、雪崩二極管檢測模塊依次連接。上述的一種鉆井液分析裝置，其特點是，所述傳感器的殼體內還包含一組或多組透鏡，各所述透鏡設置在傳感器的光路中，調節(jié)和優(yōu)化拉曼激發(fā)光和拉曼散射光傳播的光路。一種鉆井液分析方法，用于上述的一種鉆井液分析裝置，其特點是，所述分析方法包含以下步驟 步驟I，將所述的一種鉆井液分析裝置的傳感器設置在鉆井液槽中，將該鉆井液分析裝置與外部電源連接并打開相應的電源開關，直流電源向傳感器提供工作電源； 步驟2，計算機通過信號處理電路對傳感器設定參數(shù)； 步驟3，傳感器根據(jù)步驟2接收到的設定參數(shù)向鉆井液槽中的被測樣品發(fā)射拉曼激發(fā)光，并接收被測樣品被激發(fā)散射回來的拉曼散射光，將拉曼散射光的光信號轉換為模擬電信號; 步驟4，傳感器將模擬電信號輸出到信號處理電路，信號處理電路對模擬電信號進行模數(shù)轉換，使之轉變?yōu)槔鼣?shù)字信號，并將該拉曼數(shù)字信號向計算機輸出。步驟5，計算機對一種烴類物質標準樣建立數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中包含標準樣的濃度與拉曼散射光強度的數(shù)據(jù)；計算機將接收到的拉曼數(shù)字信號的大小與數(shù)據(jù)庫中標準樣的拉曼散射光強度數(shù)據(jù)進行比較分析，計算得到鉆井液被測樣品中的烴類物質濃度。上述的一種鉆井液分析方法，其特點是，所述步驟3還包括 步驟3. I，傳感器的激發(fā)光源根據(jù)步驟2接收到的設定參數(shù)向外發(fā)射拉曼激發(fā)光， 步驟3. 2，由于二向色濾光片具有選擇性的反射或透射某一頻率范圍的光的特性，發(fā)射到二向色濾光片上的拉曼激發(fā)光被反射，反射的拉曼激發(fā)光通過藍寶石窗口傳播到鉆井液槽中的被測樣品上； 步驟3. 3，被測樣品被拉曼激發(fā)光激發(fā)后向外散射拉曼散射光； 步驟3. 4，被測樣品散射出的拉曼散射光通過藍寶石窗口傳播到二向色濾光片上，由于二向色濾光片具有選擇性的反射或透射某一頻率范圍的光的特性，拉曼散射光透射過二向色濾光片，并向直角棱鏡傳播； 步驟3. 5，向直角棱鏡傳播的拉曼散射光垂直于直角棱鏡的一個直角面透射入直角棱鏡內，并傳播到直角棱鏡的斜面內側，拉曼散射光經過斜面的反射后改變傳播方向向直角棱鏡的另一個直角面?zhèn)鞑ィ⒃谠撝苯敲嫔贤干涞街苯抢忡R外； 步驟3. 6，經過直角棱鏡改變傳播方向的拉曼散射光傳播到雪崩二極管檢測模塊上，雪崩二極管檢測模塊將接收到的拉曼散射光的光信號轉換為模擬電信號。··與現(xiàn)有技術相比，本專利技術具有如下有益效果 本專利技術一種鉆井液分析裝置由于包括傳感器、直流電源、信號處理電路、計算機，設備結構簡單，成本低廉，并且便于日常工作中的保養(yǎng)和維護；本專利技術裝置由于設置有傳感器并且將傳感器設置在鉆井液槽中直接對鉆井液進行測量，節(jié)省了脫氣分離處理等一系列輔助生產設備，故障發(fā)生率比較低，性能穩(wěn)定；本專利技術由于設置有傳感器，并且在傳感器中設置有激發(fā)光源和接收并轉換拉曼散射光信號的雪崩二極管檢測模塊，利用烴類物質在拉曼光譜上有相似的拉曼位移，并且拉曼散射光的強度與被測樣品濃度成正比的特性，實現(xiàn)對鉆井液中烴類物質濃度的實時定量測量，分析速度快、準確度高，能夠滿足石油勘探和煤層氣本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鉆井液分析裝置，該所述裝置包含計算機（4），其特征在于，所述鉆井液分析裝置還包含：傳感器（1）、直流電源（2）、信號處理電路（3）；所述的直流電源（2）與傳感器（1）連接為其提供工作電源；所述的信號處理電路（3）分別與傳感器（1）、計算機（4）連接；所述的傳感器（1）輸出模擬電信號并發(fā)送到信號處理電路（3），信號處理電路（3）將模擬電信號進行模數(shù)轉換使之成為拉曼數(shù)字信號并發(fā)送給計算機（4），計算機（4）對接收到的拉曼數(shù)字信號進行處理，并通過信號處理電路（3）與傳感器（1）雙向傳輸控制信號與數(shù)據(jù)。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：趙要強，鄭周俊，陳勇，
申請(專利權)人：上海神開石油化工裝備股份有限公司，上海神開石油設備有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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