CN111335890A - 一种井下激光拉曼随钻油气检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种井下激光拉曼随钻油气检测系统，包括安装在耐压舱内的数据处理器和拉曼仪，耐压舱固定在钻杆短节内部，数据处理器用于分析拉曼检测仪器数据并将数据向外部传输，与数据处理器电路连接的拉曼仪主机安装在耐压舱内，拉曼仪的探头与设置在钻杆短节内的检测样品池相接触。该井下激光拉曼随钻油气检测系统，通过对上行钻井液中的烃类物质进行检测，所得出的拉曼图谱与原油的拉曼图谱进行对比能够快速分析出地层中的油气资源，利用激光拉曼技术的快速、便捷、准确的特性解决了目前存在于随钻油气检测领域的装置复杂、检测时间长、对样品的条件比较苛刻和过渡依赖气液分离膜等问题。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探技术领域，特别是涉及一种井下激光拉曼随钻油气检测系统。
背景技术
随钻烃类检测技术随着油气勘探开发的发展，该技术在其中发挥着举足轻重的作用，借助随钻相关设备与专用检测工具，采集井下储层地质信息与施工情况，再对采集的井下信息进行处理、分析、解释、评价等等，判断井下地层的油气信息，在油气勘探领域是一门不可或缺的技术。
目前常用于检测技术方法主要有：①红外光谱法，红外吸收光谱是物质的分子吸收了红外辐射后，引起分子的振动-转动能级的跃迁而形成的光谱，因为出现在红外区，利用红外光谱进行定性定量分析。但是该方法的缺点是1.测量的是吸收谱2.待测物质必须透明，对于检测地层中的含油钻井液这种深色物质不能进行检测3.装置复杂；②荧光光谱法，当物质分子吸收了特征频率的光子，就由原来的基态能级跃迁至电子激发态的各个不同振动能级。激发态分子经与周围分子撞击而消耗了部分能量，直接以光的形式释放出多余的能量。通过分析岩石中的萃取物，能够快速定量检测出储层中含油体积百分数，并准确地评价出油气层的原油性质。该方法的缺点是1.响应时间长2.该物质的分子必须具有能吸收激发光的结构通常是共轭双键结构3.谱库缺乏，不容易进行对比；③核磁共振谱法，在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同(结构中不同位置)共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，该方法的缺点就是1.高稳恒磁场2.样品需求量大3.响应时间长。上述三种方法对运用到地层种的随钻检测容易产生检测时间过长、样品所需过大、不容易区分对比、检测必须在地面完成等问题。
在上述现有的技术中地层烃类检测技术很难实现随钻过程中的烃类实时检测这些不足往往会产生严重失真、较低质量的分析结果，导致分析结果不能够准确、真实地描述储层油气信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种井下激光拉曼随钻油气检测系统，通过对上行含油钻井液中的烃类物质进行检测，所得出的拉曼图谱与原油的拉曼图谱进行对比能够快速分析出地层中的油气资源，利用激光拉曼技术的快速、便捷、准确的特性解决了目前存在于随钻油气检测领域的装置复杂、检测时间长、对样品的条件比较苛刻和过渡依赖气液分离膜等问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种井下激光拉曼随钻油气检测系统，包括安装在耐压舱内的数据处理器和拉曼仪，所述耐压舱固定在钻杆短节内部，所述数据处理器用于向钻井外部的数据分析检测单元传输数据，与所述数据处理器电路连接的所述拉曼仪的拉曼仪主机安装在所述耐压舱内，所述拉曼仪的探头与设置在钻杆短节内的检测样品池中的待检测部分相接触。
优选的，所述耐压舱包括耐压舱壳体和耐压舱盖，所述耐压舱壳体和耐压舱盖密封扣合在一起，且两者扣合处还设置有密封条。
优选的，所述耐压舱壳体内设置有数据处理器安装座和拉曼仪安装座，所述数据处理器固定在所述数据处理器安装座上，所述拉曼仪主机固定在所述数据处理器安装座下方的所述拉曼仪安装座上。
优选的，所述耐压舱壳体的上下两端开设有线孔，所述数据处理器通过数据线与钻井外部的数据分析检测单元、电源以及拉曼仪主机相连接，所述拉曼仪主机通过光纤与探头连接；光纤与数据线分别穿过壳体上下两端的所述线孔。
优选的，所述耐压舱盖的内侧壁上均布有吸热片，外侧壁上均布有散热片。
优选的，所述耐压舱高600mm，长130mm，宽85mm，耐压舱壳体由整块铝合金切削而成。
优选的，所述拉曼仪的探头焦距大于1cm，探头尺寸为高150mm、长30mm、宽13mm，所述探头的检测孔长45mm，直径9.6mm。
优选的，所述拉曼仪的探头通过法兰安装在检测样品池上并用于检测样品池钻井液中的油气拉曼光谱数据。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
井下特种激光拉曼随钻油气检测系统，运用激光拉曼仪能够对其中含油的烃类物质做出快速检测，将该设备放入钻杆短节中，使检测方式由地面检测转到地下检测，能够实时、及时把井下储层的油气信息反馈到地上，为更准确预测、评价储层的物性及产能提供技术支持，真实可靠的反应了钻头处的地层情况。利用激光拉曼技术具有的快速、准确、便捷、对样品无特殊要求的特点与随钻检测结合，该发明具有国内外首创的特点。从地面转向地下的烃类检测技术是钻井、录井领域的必然趋势，实时、连续定量检测地层烃类，也是随钻检测的当务之急。井下特种激光拉曼随钻油气检测设备能够在地下进行长时间的检测，具有耐高温耐高压的特点，提高了钻井工程的安全和质量的同时，更有利于层细的划分，为薄差油层的开发提供技术支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为耐压舱组成结构示意图；
图2为耐压舱内设置的组件结构图；
图3为耐压舱外观图；
图4为探头的安装示意图；
其中，1数据处理器安装座；2拉曼仪主机安装座；3耐压舱壳体；4线孔；5耐压舱盖；6密封条；7散热片；8数据线；9电路板散热片；10数据处理器；11安装孔；12拉曼仪主机；13光纤；14拉曼仪激光探头；15下行钻井液入口；16探头安装支撑；17法兰；18上行钻井液入口；19下行钻井液出口；20上行钻井液出口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种井下激光拉曼随钻油气检测系统，通过对上行含油钻井液中的烃类物质进行检测，所得出的拉曼图谱与原油的拉曼图谱进行对比能够快速分析出地层中的油气资源，利用激光拉曼技术的快速、便捷、准确的特性解决了目前存在于随钻油气检测领域的装置复杂、检测时间长、对样品的条件比较苛刻和过渡依赖气液分离膜等问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-4所示，本发明提供一种井下激光拉曼随钻油气检测系统，拉曼仪主机12和数据处理器10安装在耐压舱内，耐压舱内有拉曼仪安装座2和数据处理器安装座1。上部为数据处理器10，处理和存储拉曼仪主机12的数据，并向外部单元传输数据；数据处理器10上设置有电路板散热片9，数据处理器10的底端通过数据线8安装到拉曼仪主机12的安装孔11中。下部为拉曼仪主机12，其通过安装座固定在耐压舱连接。耐压舱内有吸热片将内部热量吸收并由耐压舱外部散热片7将热量散发给冷却系统，整个随钻拉曼检测系统与检测样品池相连，其中拉曼仪激光探头14与检测样品池中检测部分相连。
拉曼仪激光探头14通过数据线8或光纤13与拉曼仪主机12连接，拉曼仪激光探头14采用耐高温(150℃)光纤及光学器件，确保可在高温环境下工作；且拉曼仪激光探头14焦距大于1cm，确保可穿透壁厚为1cm石英管。拉曼仪激光探头14尺寸高150mm长30mm宽13mm，其中检测孔部分长45mm，直径9.6mm。拉曼仪激光探头14通过法兰17和探头安装支撑16安装在检测样品池上。
其检测流程如下：当下行钻井液通过下行钻井液入口15进入，从下行钻井液出口19流出，带动样品池内部部件工作，上行钻井液将从上行钻井液入口18被吸入，此时固定在检测样品池上部的拉曼仪激光探头14透过样品池上的石英窗口对此时样品池内部的待测样品进行检测。检测完毕后待测样品由上行钻井液出口20流出。
本发明中，耐压舱是保护拉曼仪的重要装置，具有一定的耐压和防水功能，拉曼仪主机和数据处理器10的电路板安装在耐压舱内，并通过数据线8与拉曼仪探头、电源等相连。将热沉与散热片7装入到井下拉曼仪的耐压舱上面起到吸收舱内热能并传递给热量的作用。
本实施例中，耐压舱由耐压舱壳体3和耐压舱盖5组成，耐压舱壳体3高600mm，长130mm，宽85mm，壳体由整块铝合金切削而成，耐压舱的具体参数也可以根据实际情况进行相应调整，耐压舱内有数据处理器安装座1及拉曼仪安装座2，耐压仓盖5上装有密封条6，耐压舱壳体3的上下两端开设有线孔4，线孔4处也需要进行密封。对目前市面上的耐压舱做出了巨大的改进，缩小其体积使其满足了钻杆短节内部的空间大小，并不影响钻井，对激光拉曼检测仪起到了保护作用。
本发明的井下激光拉曼随钻油气检测设备能够在井下一个月连续检测，每次测试间隔0.5min对待测的含油钻井液进行持续检测，所检测的数据能够得到很好的保存，做到了实时检测，为更准确预测、评价储层的物性及产能提供技术支持。
在激光拉曼检测设备中，本发明利用耐压舱和对拉曼仪外观改进的设计将激光拉曼仪成功运用到随钻领域，在地层高温高压的环境下任然能正常工作。运用耐压舱内部的吸热片与外部的散热片相结合保证了激光拉曼仪的正常运行。将激光拉曼技术运用在在随钻检测领域，并将拉曼仪放入钻杆短节中到达目标地层实时监测，利用拉曼技术的快速、便捷等优点，能够对准确地测量和判知地层中的油气资源，在我国非常规页岩气的勘探中起着独到的作用。
本发明的井下激光拉曼随钻油气检测设备，通过运用拉曼技术对含油钻井液中的烃类运用激光拉曼技术及时检测。达到了将烃类检测从地面延伸到地下，克服了温度、压力的影响，能够在井下实时、快速获取地层油气信息，快速、准确判断油气层性质和产能。激光拉曼技术根据样品的物理和化学信息隐含在拉曼光谱峰值的高低、峰值的位置以及峰值的形状当中，从而获取与样品相关的物理化学信息，通过它们之间的关系进行定量和定性的分析。激光拉曼光谱具快速、准确、便捷等特点，通过拉曼光谱图对比不同位移下的特征峰能够快速准确的鉴别出不用物质，拉曼光谱的特点在定性鉴别中占有绝对优势，能够服务与整个石油行业以及石油衍生品行业。
相比别的检测方法不同的是，本发明中的激光拉曼检测具有以下特点：
(1)拉曼光谱常用于研究非极性基团与骨架的对称振动；(2)拉曼光谱一次可以同时覆盖40～4000cm-1波数的区间，可对有机物及无机物进行分析；(3)拉曼光谱可穿透1cm石英光窗而基本不影响检测结果。
目前，激光拉曼光谱技术在石油、天然气以及石油产物等方面得到了广泛的应用，基本覆盖了整个石油产业。运用激光拉曼光谱对样品进行定性以及定量的分析，利用激光拉曼的简单、无损失、快速、样品所需量少等特点对石油行业的发展有巨大的作用。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种井下激光拉曼随钻油气检测系统，其特征在于：包括安装在耐压舱内的数据处理器和拉曼仪，所述耐压舱固定在钻杆短节内部，所述数据处理器用于分析拉曼仪的数据并将数据向外部传输，与所述数据处理器电路连接的所述拉曼仪的拉曼仪主机安装在所述耐压舱内，所述拉曼仪的探头与设置在钻杆短节内的检测样品池中的待检测部分相接触。
2.根据权利要求1所述的井下激光拉曼随钻油气检测系统，其特征在于：所述耐压舱包括耐压舱壳体和耐压舱盖，所述耐压舱壳体和耐压舱盖密封扣合在一起，且两者扣合处还设置有密封条。
3.根据权利要求2所述的井下激光拉曼随钻油气检测系统，其特征在于：所述耐压舱壳体内设置有数据处理器安装座和拉曼仪安装座，所述数据处理器固定在所述数据处理器安装座上，所述拉曼仪主机固定在所述数据处理器安装座下方的所述拉曼仪安装座上。
4.根据权利要求2所述的井下激光拉曼随钻油气检测系统，其特征在于：所述耐压舱壳体的上下两端开设有线孔，所述数据处理器通过数据线与钻井外部的数据分析检测单元、电源以及拉曼仪主机相连接，所述拉曼仪主机通过光纤与探头连接；光纤与数据线分别穿过壳体上下两端的所述线孔。
5.根据权利要求2所述的井下激光拉曼随钻油气检测系统，其特征在于：所述耐压舱盖的内侧壁上均布有吸热片，外侧壁上均布有散热片。
6.根据权利要求1所述的井下激光拉曼随钻油气检测系统，其特征在于：所述耐压舱高600mm，长130mm，宽85mm，耐压舱壳体由整块铝合金切削而成。
7.根据权利要求1所述的井下激光拉曼随钻油气检测系统，其特征在于：所述拉曼仪的探头焦距大于1cm，探头尺寸为高150mm、长30mm、宽13mm，所述探头的检测孔长45mm，直径9.6mm。
8.根据权利要求1所述的井下激光拉曼随钻油气检测系统，其特征在于：所述拉曼仪的探头通过法兰安装在检测样品池上并用于检测样品池钻井液中的油气拉曼光谱数据。
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