CN113202462A - 一种基于质谱法的超高速气测录井仪及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于质谱法的超高速气测录井仪。本发明包括：泥浆脱气器，所述泥浆脱气器包括泥浆进出口；进样系统，包括气体管路、抽气泵，所述气体管路一端与泥浆脱气器相连，通过抽气泵将泥浆脱气器收集的气体通过气体管路传输；检测系统，所述检测系统与所述气体管路的另一端相连，所述检测系统对收集的气体的成分进行定量检测，包括：紫外光电离源、线性离子阱、离子检测器、真空系统；所述真空系统包括真空密封腔，所述紫外光电离源、线性离子阱、离子检测器均处于真空密封腔内；数据处理系统，包括数据采集模块、质量分析模块。本发明可对泥浆上返气进行快速检测，具有实时快速、定量准确、灵敏度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及气测录井技术领域，尤其是指一种基于质谱法的超高速气测录井仪。
背景技术
气测录井中对泥浆上返气中的气体成分进行定量测量是评价油气储层的重要方法。现有技术均需要利用气相色谱对上返气进行分离再检测。由于有机气体含碳数越高在色谱柱上保留时间越长，通过现有色谱技术对含有八个碳的辛烷的泥浆上返气进行全组分分析需要2分钟左右。因此，现有气测录井技术不能实现在线实时的气体检测，也不能达到高速钻井技术对地层分辨率的要求。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中气测录井技术不能实现在线实时的气体检测，也不能达到高速钻井技术对地层分辨率的要求。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于质谱法的超高速气测录井仪，包括：泥浆脱气器，所述泥浆脱气器包括泥浆进出口，通过搅拌泥浆，使泥浆中的气体脱出并收集；进样系统，包括气体管路、抽气泵，所述气体管路一端与泥浆脱气器相连，通过抽气泵将泥浆脱气器收集的气体通过气体管路传输；检测系统，所述检测系统与所述气体管路的另一端相连，所述检测系统对收集的气体的成分进行定量检测，包括：紫外光电离源、线性离子阱、离子检测器、真空系统；所述真空系统包括真空密封腔，所述紫外光电离源、线性离子阱、离子检测器均处于真空密封腔内；所述紫外光电离源的紫外光照入线型离子阱内，所述线性离子阱用于引入收集的气体，通过紫外光的照射使得气体分子离子化，通过离子检测器接收线性离子阱内筛选后的离子；数据处理系统，包括数据采集模块、质量分析模块，所述数据采集模块用于对离子检测器的信号强度信息进行采集，通过质量分析模块计算出气体成分的分子质量及浓度。
在本发明的一个实施例中，所述紫外光电离源为发射光子能量11.7eV的真空紫外灯。
在本发明的一个实施例中，所述气体管路包裹有加热带，用于对气体管路气体温度保持在80-100℃。
在本发明的一个实施例中，所述线性离子阱包括两两等间距且平行的四根杆状电极和设于线性离子阱两端的端盖，在相对的两根杆状电极上施加相同的交变电场，在另一对杆状电极上施加相位相反的交变电场。
在本发明的一个实施例中，所述线性离子阱杆状电极上设有离子检测狭缝，所述离子检测器固定在狭缝外侧。
在本发明的一个实施例中，所述离子检测器包括：法拉第杯、电子倍增器。
在本发明的一个实施例中，所述真空系统还包括分子泵、前级泵、真空规，所述真空密封腔体连接分子泵，所述分子泵连接至前级泵，所述真空规与真空密封腔体连接。
在本发明的一个实施例中，所述数据处理系统还包括控制模块，所述控制模块用于控制包括抽气泵抽气速度、分子泵开关的通断、线性离子阱的电压。
本发明还提供上述的基于质谱法的超高速气测录井仪的使用方法，包括：
通过真空规确认真空密封腔体内的真空度是否正常；
通过泥浆脱气器搅拌泥浆，使泥浆中的气体脱出并收集；
将收集的气体引入线性离子阱内，通过紫外光电离源的紫外光照射使得气体分子离子化，离子从离子检测狭缝飞出后撞击到离子检测器上，产生电信号；
数据采集模块用于对离子检测器的电信号强度信息进行采集，通过质量分析模块计算出气体成分的分子质量及浓度。
在本发明的一个实施例中，离子检测器根据电信号强度的大小选择法拉第杯或电子倍增器。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的一种基于质谱法的超高速气测录井仪，可对泥浆上返气进行快速检测，具有实时快速、定量准确、灵敏度高等优点。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本实施例提供一种基于质谱法的超高速气测录井仪，包括：泥浆脱气器，泥浆脱气器是一种泥浆脱气收集装置，所述泥浆脱气器包括泥浆进出口，通过搅拌泥浆，使泥浆中的气体脱出并收集；进样系统，包括气体管路、抽气泵，抽气泵为上返气提供传输的动力，所述气体管路一端与泥浆脱气器相连，通过抽气泵将泥浆脱气器收集的气体通过气体管路传输；检测系统，所述检测系统与所述气体管路的另一端相连，所述检测系统对收集的气体的成分进行定量检测，包括：紫外光电离源、线性离子阱、离子检测器、真空系统；所述真空系统包括真空密封腔，所述紫外光电离源、线性离子阱、离子检测器均处于真空密封腔内；所述紫外光电离源的紫外光照入线型离子阱内，所述线性离子阱用于引入收集的气体，通过紫外光的照射使得气体分子离子化，通过离子检测器接收线性离子阱内筛选后的离子；数据处理系统，包括数据采集模块、质量分析模块，所述数据采集模块用于对离子检测器的信号强度信息进行采集，通过质量分析模块计算出气体成分的分子质量及浓度。
具体地，所述紫外光电离源为可向外发射紫外光的光源，优选真空紫外灯，优选发射光子能量11.7eV的真空紫外灯，例如氩灯。高能量的紫外线可以使泥浆上返气中含碳数高于甲烷的气体电离，进而送入检测系统进行检测。
具体地，所述气体管路包裹有加热带，用于对气体管路内的气体温度保持在80-100℃。
具体地，所述线性离子阱包括两两等间距且平行的四根杆状电极和设于线性离子阱两端的端盖，在相对的两根杆状电极上施加相同的交变电场，在另一对杆状电极上施加相位相反的交变电场。
具体地，所述线性离子阱杆状电极上设有离子检测狭缝，所述离子检测器固定在狭缝外侧。通过对交变电场的幅值进行从低到高的扫描，线性离子阱可对其中的离子进行选择性弹出，弹出的离子从杆状电极上的狭缝内飞出。
具体地，所述离子检测器包括：法拉第杯、电子倍增器。法拉第杯是一种金属制设计成杯状，用来测量带电粒子入射强度的一种真空侦测器，通过测得的电流大小，可以计算出入射电子或离子的数量。电子倍增器是一种基于二次电子发射原理的电子倍增器件，具有增益高、功耗低、响应快的特点，离子从狭缝飞出后撞击到离子检测器上，产生电信号，电信号的强度与离子浓度正相关。在电信号强度很强时，使用法拉第杯；而电信号强度微弱时，使用电子倍增器。离子撞击在法拉第杯和电子倍增器上产生的电信号通过电路进行信号放大，再由数据采集卡采集测量信号大小。
具体地，所述真空系统还包括分子泵、前级泵、真空规，所述真空密封腔体连接分子泵，所述分子泵连接至前级泵，所述真空规与真空密封腔体连接。分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵，分子泵的排气口与前级泵相连，从而将腔内气压保持在0.1Pa以下，真空度由与腔体联通的真空规测量。较高的真空度可以使腔体中背景分子数量大大减少，从而提高待测离子的平均自由程。
具体地，所述数据处理系统还包括控制模块，所述控制模块用于控制包括抽气泵抽气速度从而控制气体管路内的气体流速、分子泵开关的通断、线性离子阱的电压。
数据处理系统中设有电路板等硬件系统和电脑软件系统，上述控制模块控制的仪器各部分的状态信息可实时显示在软件操作界面上，方便操作者了解仪器各部分状态。也可根据样品检测和仪器维护需要，软件提供仪器控制面板，可修改并控制仪器气体流速、线性离子阱中所有电极电压等参数，以及控制真空泵开关通断，并实时反馈修改后气体流速、真空泵开关、真空度、质谱仪中所有电极电压等信息。数据采集模块对离子检测器的信号强度信息进行保存和处理，根据质量分析模块计算出各气体成分的分子质量及浓度，根据校准曲线计算气体浓度并绘制气体浓度实时监测曲线。
本实施例还提供一种所述的基于质谱法的超高速气测录井仪的使用方法，包括：
通过真空规确认真空密封腔体内的真空度是否正常；
通过泥浆脱气器搅拌泥浆，使泥浆中的气体脱出并收集；
将收集的气体引入线性离子阱内，通过紫外光电离源的紫外光照射使得气体分子离子化，离子从离子检测狭缝飞出后撞击到离子检测器上，产生电信号；
数据采集模块用于对离子检测器的电信号强度信息进行采集，通过质量分析模块计算出气体成分的分子质量及浓度。
具体地，离子检测器根据电信号强度的大小选择法拉第杯或电子倍增器。
现有色谱技术对含有八个碳的辛烷的泥浆上返气进行全组分分析需要2分钟左右，不能实现在线实时的气体检测，也不能达到高速钻井技术对地层分辨率的要求。本发明对含有八个碳的辛烷的泥浆上返气进行全组分分析最短仅需0.5秒的时间，远快于现有色谱技术，且本发明的质量分辨率可达1Da(Da为原子质量单位)。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于质谱法的超高速气测录井仪，其特征在于，包括：
泥浆脱气器，所述泥浆脱气器包括泥浆进出口，通过搅拌泥浆，使泥浆中的气体脱出并收集；
进样系统，包括气体管路、抽气泵，所述气体管路一端与泥浆脱气器相连，通过抽气泵将泥浆脱气器收集的气体通过气体管路传输；
检测系统，所述检测系统与所述气体管路的另一端相连，所述检测系统对收集的气体的成分进行定量检测，包括：紫外光电离源、线性离子阱、离子检测器、真空系统；所述真空系统包括真空密封腔，所述紫外光电离源、线性离子阱、离子检测器均处于真空密封腔内；所述紫外光电离源的紫外光照入线型离子阱内，所述线性离子阱用于引入收集的气体，通过紫外光的照射使得气体分子离子化，通过离子检测器接收线性离子阱内筛选后的离子；
数据处理系统，包括数据采集模块、质量分析模块，所述数据采集模块用于对离子检测器的信号强度信息进行采集，通过质量分析模块计算出气体成分的分子质量及浓度。
2.根据权利要求1所述的一种基于质谱法的超高速气测录井仪，其特征在于，所述紫外光电离源为发射光子能量11.7eV的真空紫外灯。
3.根据权利要求1所述的一种基于质谱法的超高速气测录井仪，其特征在于，所述气体管路包裹有加热带，用于对气体管路气体温度保持在80-100℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于质谱法的超高速气测录井仪，其特征在于，所述线性离子阱包括两两等间距且平行的四根杆状电极和设于线性离子阱两端的端盖，在相对的两根杆状电极上施加相同的交变电场，在另一对杆状电极上施加相位相反的交变电场。
5.根据权利要求4所述的一种基于质谱法的超高速气测录井仪，其特征在于，所述线性离子阱杆状电极上设有离子检测狭缝，所述离子检测器固定在狭缝外侧。
6.根据权利要求1所述的一种基于质谱法的超高速气测录井仪，其特征在于，所述离子检测器包括：法拉第杯、电子倍增器。
7.根据权利要求1所述的一种基于质谱法的超高速气测录井仪，其特征在于，所述真空系统还包括分子泵、前级泵、真空规，所述真空密封腔体连接分子泵，所述分子泵连接至前级泵，所述真空规与真空密封腔体连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于质谱法的超高速气测录井仪，其特征在于，所述数据处理系统还包括控制模块，所述控制模块用于控制包括抽气泵抽气速度、分子泵开关的通断、线性离子阱的电压。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的基于质谱法的超高速气测录井仪的使用方法，其特征在于，包括：
通过真空规确认真空密封腔体内的真空度是否正常；
通过泥浆脱气器搅拌泥浆，使泥浆中的气体脱出并收集；
将收集的气体引入线性离子阱内，通过紫外光电离源的紫外光照射使得气体分子离子化，离子从离子检测狭缝飞出后撞击到离子检测器上，产生电信号；
数据采集模块用于对离子检测器的电信号强度信息进行采集，通过质量分析模块计算出气体成分的分子质量及浓度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，离子检测器根据电信号强度的大小选择法拉第杯或电子倍增器。
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| Title |
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| 刘忠敏等: "《现代分析仪器分析方法通则及计量检定规程》", 北京：科学技术文献出版社 , pages: 242 * |
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|---|---|---|---|
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