CN1731147A - 用光谱分析仪快速定量分析石油勘探钻井过程中气体含量方法 - Google Patents
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Abstract
一种用光谱分析仪快速定量分析石油勘探钻井过程中气体含量方法，属于石油勘探气测录井技术领域。本发明的目的是为了解决钻井大提速而录井现有的气测方法间歇取样、分析速度慢、精确度低、定量结果影响因素多等问题。待测气体经过处理后进入气体流通池，经红外光照射和检测器检测，在光谱分析工作站内计算得到样品的红外光谱及各组分的含量。本发明具有分析速度快、准确、灵敏度高、可连续取样、在线分析，且不用外接气源等优点，可以在线对多组分重叠峰进行准确定性定量分析，工作环境适应能力强，操作简单，适用于石油勘探录井过程气体分析，保证钻井过程数据点的密集性和薄油层的发现率，非常适合快速钻井的需求。本发明也广泛适用于石油化工、环境监测等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油勘探过程中的录井方法，特别是用光谱分析仪快速定量分析石油勘探钻井过程中气体含量方法。
背景技术
在石油地质勘探录井过程中，气测录井是地质录井的常规项目，用于分析泥浆中携带的气体含量，通过气测分析结果及时发现油气显示，预报工程事故等。而烃类检测一直采用的是气相色谱法。然而，气相色谱方法往往是间歇取样、分析速度慢、精确度低。气测色谱仪还需要定期标定，操作复杂，仪器标定的准确度对定量结果影响较大。
随着钻井工艺的进一步提高，PDC钻头的广泛应用，机械钻速和进尺都很快，通常钻遇储集岩层或疏松的砂岩层时，钻井最快时往往钻进1米深度只用几秒钟的时间，在这种钻井大提速的情况下，录井工作要能取全取准气测资料，不漏掉薄油层，这就需要更快速、更灵敏的检测技术来获取地下油气显示的真实资料。
光谱法是仪器分析领域的一个重要分析方法。随着计算机技术的快速发展，现代红外光谱技术具有分析扫描速度快、分辨率高、灵敏度高、信噪比高以及精确度高等特点，利用红外光谱进行有机化合物定量分析已经逐渐成为一种常规的分析手段。但是一般光谱仪对样品和工作环境要求苛刻，软件操作复杂，必须由训练有素的专业人员操作；定量方法所受的局限性大，对于吸收谱线重叠的多组分混合气体无法准确定量，目前国内外石油勘探录井现场还没有应用光谱技术实现在线多组分气体分析。
本发明的目的是为了解决钻井大提速而录井现有的气测方法间歇取样、分析速度慢、精确度低、定量结果影响因素多等问题。该方法可以在线随钻分析泥浆中携带的C1～C5、CO2、H2S等气体含量，也可以用于其它类似的吸收谱线相互重叠交叉的多组分混合气体的浓度定量分析。
发明内容
本发明是通过以下方案使上述问题得到解决的，包括以下措施和技术步骤：
真空泵(或隔膜泵)将钻井过程中脱附出的气体抽入，经过样品处理系统除尘干燥处理，引入稳流装置，稳定流量的气体进入气体流通池得到样品气，并不断排空，光源发出的红外光经干涉仪变成干涉光，干涉光照射气体流通池内的样品气，经检测器获得干涉图，所得干涉图由光谱分析工作站进行数学变换，得到样品的红外光谱。
光谱分析工作站包括控制及数据采集模块、数据预处理模块、定性定量分析模块和显示存储打印模块。
控制及数据采集模块控制光谱仪器的运行和采集光谱仪器的数据。
数据预处理模块对样品光谱数据进行预处理。在光谱分析仪上测量样品的红外吸收光谱，经过预处理，消除噪声和漂移的影响，提取光谱数据中的有效特征量，预处理方法有：小波变换重构法、数据归一扩展法以及以消除噪声和漂移的影响为主的数据预处理方法。
定性定量分析模块对混合样品中的各组分进行定性定量分析。定性定量分析模块内事先建立混合气体各组分浓度与其光谱数据的关系，确定定性定量分析模块最佳结构和参数。实际测量时将重叠严重和非线性的光谱数据进行变换、分解或回归，然后计算出各组分的气体浓度。
显示存储打印模块用于将分析结果显示、存储或打印，输出的气测录井图和综合评价报告，可用于油气水层综合解释评价。
本发明与石油勘探过程中常规气测录井方法相比，具有分析快速快(10秒内完成分析)、准确、灵敏度高、可连续取样、在线分析，且不用外接气源等优点，本发明可以在线对多组分重叠峰进行准确定性定量分析，工作环境适应能力强，操作简单，适用于石油勘探录井过程气体分析，以及石油化工、环境监测等领域。
附图说明
图1是本发明工作原理示意图；
具体实施方式
真空泵(或隔膜泵)6将钻井过程中脱附出的气体经由A口抽入，经过样品处理系统7除尘干燥处理，引入稳流装置8，稳定流量的气体由B口进入气体流通池3得到样品气，并不断由C口排空，光源1发出的红外光经干涉仪2变成干涉光，干涉光照射气体流通池3内的样品气，经检测器4获得干涉图，所得干涉图由光谱分析工作站5进行数学变换，得到样品的红外光谱。
光谱分析工作站5包括控制及数据采集模块5-1、数据预处理模块5-2、定性定量分析模块5-3和显示存储打印模块5-4。
控制及数据采集模块5-1控制光谱仪器的运行和采集光谱仪器的数据。
数据预处理模块5-2对样品光谱数据进行预处理。在光谱分析仪上测量样品的红外吸收光谱，经过预处理，消除噪声和漂移的影响，提取光谱数据中的有效特征量，预处理方法有：小波变换重构法、数据归一扩展法以及以消除噪声和漂移的影响为主的数据预处理方法。
定性定量分析模块5-3对混合样品中的各组分进行定性定量分析。定性定量分析模块5-3内事先建立混合气体各组分浓度与其光谱数据的关系，确定定性定量分析模块5-3最佳结构和参数。实际测量时将重叠严重和非线性的光谱数据进行变换、分解或回归，然后计算出各组分的气体浓度。
显示存储打印模块5-4用于将分析结果显示、存储或打印，输出的气测录井图和综合评价报告，可用于油气水层综合解释评价。
下面以实施例的方式对本发明作进一步描述，本发明不限于这个
实施例。
操作步骤：
1.选用一种标准气体，甲烷含量3.016％、乙烷含量2.530％、丙烷含量2.056％、异丁烷含量1.503％、正丁烷含量1.021％。
2.在光谱分析仪上测量样品的红外吸收光谱。扫描次数8次，共用时间6秒左右。
3.数据处理软件对光谱数据进行预处理，并通过光谱分析工作站中已建立的定性定量分析模型，对混合样品中的各组分进行定性定量分析。分析结果见表1。
表1
| 方法 | 分析次数 | 平均偏差 | 标准偏差 | 最大偏差 | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |||||
| 甲烷 | 色谱法 | 3.152 | 3.073 | 3.195 | 3.135 | 3.191 | 3.213 | 2.979 | 0.0617 | 0.0829 | 0.155 |
| 光谱法 | 3.012 | 3.025 | 2.996 | 3.035 | 3.007 | 3.003 | 3.024 | 0.0114 | 0.0138 | 0.021 | |
| 乙烷 | 色谱法 | 2.541 | 2.577 | 2.621 | 2.564 | 2.61 | 2.589 | 2.429 | 0.0438 | 0.0644 | 0.133 |
| 光谱法 | 2.544 | 2.496 | 2.589 | 2.543 | 2.507 | 2.504 | 2.558 | 0.0275 | 0.0338 | 0.055 | |
| 丙烷 | 色谱法 | 2.141 | 2.209 | 2.096 | 2.195 | 2.123 | 2.172 | 2.198 | 0.0360 | 0.0428 | 0.066 |
| 光谱法 | 1.979 | 1.987 | 2.034 | 2.000 | 1.973 | 2.023 | 2.033 | 0.0222 | 0.0258 | 0.031 | |
| 异丁烷 | 色谱法 | 1.531 | 1.596 | 1.633 | 1.586 | 1.614 | 1.55 | 1.622 | 0.0297 | 0.0378 | 0.059 |
| 光谱法 | 1.508 | 1.497 | 1.494 | 1.497 | 1.456 | 1.472 | 1.525 | 0.0164 | 0.0226 | 0.037 | |
| 正丁烷 | 色谱法 | 1.083 | 1.121 | 1.096 | 1.115 | 1.092 | 1.097 | 1.118 | 0.0127 | 0.0147 | 0.020 |
| 光谱法 | 0.969 | 0.976 | 0.946 | 0.967 | 0.961 | 0.999 | 0.983 | 0.0124 | 0.0167 | 0.027 | |
从实验数据看，本发明所提出的用光谱分析仪快速定量分析石油勘探钻井过程中气体含量方法分析结果明显优于常规气相色谱分析方法。
Claims (1)
1.一种用光谱分析仪快速定量分析石油勘探钻井过程中气体含量方法，其特征在于，该方法包括以下措施和技术步骤：
a、真空泵(6)将钻井过程中脱附出的气体经由(A)口抽入，经过样品处理系统(7)除尘干燥处理，引入稳流装置(8)，稳定流量的气体由(B)口进入气体流通池(3)得到样品气，并不断由(C)口排空，光源(1)发出的红外光经干涉仪(2)变成干涉光，干涉光照射气体流通池(3)内的样品气，经检测器(4)获得干涉图，所得干涉图由光谱分析工作站(5)进行数学变换，得到样品的红外光谱，
b、光谱分析工作站(5)包括控制及数据采集模块(5-1)、数据预处理模块(5-2)、定性定量分析模块(5-3)和显示存储打印模块(5-4)，控制及数据采集模块(5-1)控制光谱仪器的运行和采集光谱仪器的数据，数据预处理模块(5-2)对样品光谱数据进行预处理，在光谱分析仪上测量样品的红外吸收光谱，经过预处理，消除噪声和漂移的影响，提取光谱数据中的有效特征量，定性定量分析模块(5-3)对混合样品中的各组分进行定性定量分析，定性定量分析模块(5-3)内事先建立混合气体各组分浓度与其光谱数据的关系，确定定性定量分析模块(5-3)最佳结构和参数，实际测量时将重叠严重和非线性的光谱数据进行变换、分解或回归，然后计算出各组分的气体浓度，显示存储打印模块(5-4)用于将分析结果显示、存储或打印，输出的气测录井图和综合评价报告，用于油气水层综合解释评价。
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