CN203929631U - 一种录井用气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种录井用气体检测装置，包括：激光发射模块，用于提供检测气体时需要的激光；激光传感模块，用于使待测气体吸收激光发射模块发出的激光，并将气体吸收后的激光信号进行光电转换以转换成电信号；信号采集与处理模块，用于接收激光传感模块生成的电信号，并对接收到的电信号进行拟合处理为表征气体浓度的数字信号；显示模块，用于接收信号采集与处理模块的数字信号，将所述数字信号转换成气体的浓度，并实时显示出来。该装置将激光发射、激光控制、二次谐波检测、波长调制、数据采集与处理等多种功能融合在一起，实现组分气体的地面实时在线检测，并能根据井下气体的实际情况同时对多种组分的气体进行检测，并具有操作简单、检测精度高、适用性广等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及油气勘探开发领域，特别是涉及到一种录井用气体检测装置。
背景技术
录井是勘探开发的“眼睛”。气体检测技术是录井的关键技术，录井气体检测的目的一是直接发现油气层，二是做好有毒有害气体的监测预警，三是发现非烃类气体矿藏。
在钻井过程中，钻开地层中的流体以各种方式进入井筒，随着钻井液上返到地面。在地面条件下，这些流体以气态或液态形式呈现。对地层气的检测主要是烃类气（主要是饱和烷烃类，检测成分主要是组分）的检测，通过对烃类气体的检测，可以及时地发现和评价油、气、水层。
在开发井录井过程中，使用最多的就是气相色谱仪，其工作原理为：
利用试样中各组份在气相和固定液液相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组份就在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同，因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，然后按顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流讯号经放大后，在记录器上描绘出各组份的色谱峰。
目前应用的气相分析色谱仪，存在测量气体浓度时检测气体单一、操作复杂、选择性不高、检测精度低等问题。在烃类检测中现有技术中还常采用氢焰色谱SK-3Q04，而采用氢焰色谱SK-3Q04的问题是也只能检测单一烃类气体，且分析影响因素较多，较易出现故障且组分不能连续实时检测。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种录井用气体检测装置，该装置在录井过程中不但能实时检测到气体的浓度变化，提高了检测精度，还能同时对多种气体进行检测。
根据本实用新型的一个方面，提拱了一种录井用气体检测装置，其包括：
激光发射模块，用于提供检测气体时需要的激光；
激光传感模块，用于使待测气体吸收激光发射模块发出的激光，并将气体吸收后的激光信号进行光电转换以转换成电信号；
信号采集与处理模块，用于接收激光传感模块生成的电信号，并对接收到的电信号进行拟合处理为表征气体浓度的数字信号；
显示模块，用于接收信号采集与处理模块的数字信号，将所述数字信号转换成气体的浓度，并实时显示出来。
所述激光发射模块进一步包括：
至少一个激光器，用于发射激光波；
至少一个激光器温度控制模块，用于调节激光器的温度，防止激光器温度因过高或过低而被损坏；
至少一个的激光器电流控制模块，用于对激光的波长进行调节，使激光器发射的激光的中心波长与待测气体的吸收谱线相匹配。
所述激光发射模块中含有相同数量的激光器、激光器温度控制模块及激光器电流控制模块。
作为本实用新型的一种改进，该气体检测装置还包括：
信号发生模块和锁相放大器，该信号发生模块一端与激光器电流控制模块相耦合，产生锯齿波信号叠加在激光器驱动电流上，使激光波长扫过待测气体的吸收线，该信号发生模块的另一端与锁相放大器耦合，
该锁相放大器用于接收激光传感模块生成的电信号，并进行二次谐波检测，该锁相放大器进行二次谐波检测时的参考信号来自所述信号发生模块产生的正弦波调制信号。
作为本实用新型的另一种改进，该气体检测装置还包括光纤耦合器，该光纤耦合器一端与激光器耦合，另一端与激光传感模块耦合，用于将多束激光耦合在一起，形成一束激光波。
所述激光传感模块包括：
反射池，用于使从光纤耦合器输出的激光进入到反射池中，供待测气体吸收，该反射池还设置有进气口与排气口；
探测器，用于接收反射池输出的激光信号，并且经光电转换将激光信号转换为电信号。
所述激光传感模块还包括气体标定池，该气体标定池一端与反射池耦合，另一端与探测器耦合，用于对检测吸收信号进行标定。
作为本实用新型的再一种改进，该气体检测装置还包括：
气体净化模块，用于将油气井产生的待测气体进行干燥并过滤；
该气体净化模块包括依此连接的干燥器和过滤器。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于，通过将激光发射、激光控制、二次谐波检测、波长调制、数据采集与处理等多种功能融合在一起，实现组分气体的地面实时在线检测，并能根据井下气体的实际情况对多种组分的气体同时进行检测，并具有操作简单、检测精度高、适用性广等优点。
附图说明
图1是现有技术的气相色谱的基本流程图；
气相色谱仪的组成部分：
载气系统：包括气源、气体净化、气体流速控制和测量；
进样系统：包括进样器、汽化室（将液体样品瞬间汽化为蒸气）；
色谱柱和温柱：包括恒温控制装置（将多组分样品分离为单个）；
检测系统：包括检测器，控温装置；
记录系统：包括放大器、记录仪、或数据处理装置、工作站。
图2示出了根据本实用新型优选实施例的气体检测装置结构图。
具体实施方式
下面结合优选实施例和说明书附图对本发明做进一步描述。
图2示出了根据本实用新型优选实施例的气体检测装置,其包括：激光发射模块1、激光传感模块3、信号采集与处理模块5以及显示模块7。激光发射模块1包括依此耦合的激光器101、激光器温度控制模块102及激光器电流控制模块103。激光器101，用于发射与待测气体吸收谱线相匹配的激光波；激光器温度控制模块102用于调节激光器101的温度，防止激光器101温度因过高或过低而被损坏；激光器电流控制模块103用于对激光的波长进行调节，使激光器101发射的激光的中心波长与待测气体的吸收谱线相匹配。
当只需要检测单一气体时，激光发射模块1可以只含有一组激光器101、一组激光器温度控制模块102及一组激光器电流控制模块103；当需要检测多组气体时，可以含有多组激光器101、多组激光器温度控制模块102及多组激光器电流控制模块103。激光器101、激光器温度控制模块102及激光器电流控制模块103的数量应均与待测气体的组数相一致。例如：需同时检测3组气体时，激光发射模块1中需要设置3组激光器101、3组激光器温度控制模块102及3组激光器电流控制模块103。各激光器101耦合在一起作为激光波的发射端。
该气体检测装置还可以设置有信号发生模块2与锁相放大器6。信号发生模块2一端与激光器电流控制模块103相耦合，产生锯齿波信号叠加在激光器101的驱动电流上，使激光波长扫过待测气体的吸收线能被待测气体充分吸收，信号发生模块2的另一端与锁相放大器6耦合，该锁相放大器6用于接收激光传感模块3生成的电信号，并进行二次谐波检测，该锁相放大器6进行二次谐波检测时的参考信号来自所述信号发生模块2产生的正弦波调制信号。
在检测多组分气体时，该气体检测装置还包括光纤耦合器8，该光纤耦合器8一端与激光器101耦合，另一端与激光传感模块3耦合，当测量多组待测气体时，需将多束激光耦合在一起，形成一束激光波后进入激光传感模块3。
激光传感模块3包括：反射池301与探测器303，反射池301用于使从光纤耦合器8输出的激光进入到反射池301中（在检测单一气体时，从激光器101发射的激光波直接进入反射池301，供待测气体接触吸收），供经过气体净化模块4处理后的待测气体吸收，该反射池301还设置有进气口与排气口；探测器303，用于接收反射池301输出的激光信号，并且经光电转换将激光信号转换为电信号。该激光传感模块3还可以包括气体标定池302，该气体标定池302一端与反射池301耦合，另一端与探测器303耦合，用于对检测吸收信号进行标定。
使用本实用新型优选实施例的气体检测方法，其包括以下步骤：
步骤一：通过激光发射模块1发射与待测气体的吸收波长相匹配的激光波。
为使得检测结果误差更小，需要对发射的激光波长进行调节，可以通过设置的激光器电流控制模块103对激光波长进行调节，使激光器101发射的激光的中心波长与待测气体吸收谱线中心相匹配；还可以通过激光器温度控制模块102对激光器101的温度进行调节，防止激光器101因温度过高或过低而被损坏。
步骤二：在激光传感模块3中激光与通过气体净化模块4进行干燥、过滤后的并经进气口进入反射池301的待测气体相接触，待测气体充分吸收激光波后将吸收后的激光信号输送至探测器303；
步骤三：探测器303将接收到的激光信号经光电转换后转换为两路电信号；
一路电信号输送至锁相放大器6，与信号发生模块2产生的正弦波调制信号进行二次谐波检测，并将生成的二次谐波信号输送至信号采集与处理模块5；
另一路电信号直接输送至信号采集与处理模块5进行数据采集、处理及控制。
步骤四：信号采集与处理模块5将来自探测器303的信号经滤波后对其数据进行线性拟合作为激光光强信号；同时将锁相放大器6生成的二次谐波信号利用拟合的激光光强信号进行归一化处理以消除光强波动对浓度检测的影响，归一化后的二次谐波信号经过多次累加得到一条检测吸收谱，对检测的吸收谱进行二次乘积拟合得到待测气体的浓度。
步骤五：将数字信号转换成具体数据在显示屏上显示出来。即可获得待测气体的相对应的浓度。
在步骤一中，为了使待测气体能充分吸收激光波，还可以通过调节信号发生模块2产出锯齿波信号，并将产生的锯齿波信号叠加在激光器101驱动电流上，从而使激光波长扫过待测气体时，待测气体能充分吸收激光波。
当测量多组分气体时，多组激光器101发射的激光波到达光纤耦合器8后，光纤耦合器8将多束激光波进行耦合，并输送至反射池301。当检测单一组分气体时，激光器101激光波直接输送至反射池301。
该气体检测装置及方法通过将二次谐波检测、波长调制、数据采集与处理等多种功能融合在一起，实现组分气体的地面实时在线检测，并能根据井下气体的实际情况同时对多种组分的气体进行检测，并具有操作简单、检测精度高、适用性广等优点。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的物质。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (7)
1.一种录井用气体检测装置，其特征在于，包括：
激光发射模块，用于提供检测气体时需要的激光；
激光传感模块，用于使待测气体吸收激光发射模块发出的激光，并将气体吸收后的激光信号进行光电转换以转换成电信号；
信号采集与处理模块，用于接收激光传感模块生成的电信号，并对接收到的电信号进行拟合处理为表征气体浓度的数字信号；
显示模块，用于接收信号采集与处理模块的数字信号，将所述数字信号转换成气体的浓度，并实时显示出来；
所述激光发射模块进一步包括：
至少一个激光器，用于发射激光波；
至少一个激光器温度控制模块，用于调节激光器的温度，防止激光器温度因过高或过低而被损坏；
至少一个的激光器电流控制模块，用于对激光的波长进行调节，使激光器发射的激光的中心波长与待测气体的吸收谱线相匹配。
2.如权利要求1所述的一种录井用气体检测装置，其特征在于，所述激光发射模块中含有相同数量的激光器、激光器温度控制模块及激光器电流控制模块。
3.如权利要求1或2所述的一种录井用气体检测装置，其特征在于，该气体检测装置还包括：
信号发生模块和锁相放大器，该信号发生模块一端与激光器电流控制模块相耦合，产生锯齿波信号叠加在激光器驱动电流上，使激光波长扫过待测气体的吸收线，该信号发生模块的另一端与锁相放大器耦合，该锁相放大器用于接收激光传感模块生成的电信号，并进行二次谐波检测，该锁相放大器进行二次谐波检测时的参考信号来自所述信号发生模块产生的正弦波调制信号。
4.如权利要求1所述的一种录井用气体检测装置，其特征在于，该气体检测装置还包括光纤耦合器，该光纤耦合器一端与激光器耦合，另一端与激光传感模块耦合，用于将多束激光耦合在一起，形成一束激光波。
5.如权利要求4所述的一种录井用气体检测装置，其特征在于，所述激光传感模块包括：
反射池，用于使从光纤耦合器输出的激光进入到反射池中，供待测气体吸收，该反射池还设置有进气口与排气口；
探测器，用于接收反射池输出的激光信号，并且经光电转换将激光信号转换为电信号。
6.如权利要求5所述的一种录井用气体检测装置，其特征在于，所述激光传感模块还包括气体标定池，该气体标定池一端与反射池耦合，另一端与探测器耦合，用于对检测吸收信号进行标定。
7.如权利要求6所述的一种录井用气体检测装置，其特征在于，该气体检测装置还包括：
气体净化模块，用于将油气井产生的待测气体进行干燥并过滤；
该气体净化模块包括依此连接的干燥器和过滤器。
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