專利名稱：鉆井便攜紅外錄井儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到利用光學(xué)手段，即利用紅外光來測試或分析從鉆井泥漿中在線脫出的樣品氣，屬于鉆井氣測錄井技術(shù)領(lǐng)域，具體而言是一種鉆井便攜紅外錄井儀。
背景技術(shù)：
石油地質(zhì)鉆井在線氣測錄井技術(shù)，就是在鉆井過程中，對從井眼中循環(huán)泥漿脫出的樣品氣進行實時檢測分析，若有烴類氣體成分，則意味著有油氣顯示。目前只有少量的石油勘探井應(yīng)用了綜合錄井儀，以此獲得真實準(zhǔn)確的探井地質(zhì)資料。國內(nèi)外綜合錄井儀的工作機理和核心技術(shù)基本上都是氫火焰離子化氣體分析(FID)。其優(yōu)點是檢測精度高，受雜質(zhì)干擾少；其缺點是輔助設(shè)備多，要用H2和O2作為燃燒氣和載氣，結(jié)構(gòu)和技術(shù)復(fù)雜，造價昂貴。大量的石油開發(fā)生產(chǎn)井正亟待擁有簡易實用、經(jīng)濟普及型的氣測錄井儀器。經(jīng)檢索，有三篇相關(guān)專利文獻“錄井氣測儀”(97204881)、“石油鉆井氣測錄井裝置”(02286909)、“便攜式全烴鉆時錄井儀”(200320122099)。其工作機理和核心技術(shù)，有的仍然沿用了FID，有的采用了氣敏元件或熱傳導(dǎo)傳感器，有的結(jié)構(gòu)仍然比較復(fù)雜，造價較高。它們雖然各有千秋，也各有不足之處，都不令人滿意。其技術(shù)特征都與本發(fā)明有顯著的不同。

發(fā)明內(nèi)容鑒于已有技術(shù)存在上述缺點和不足之處，本發(fā)明的目的就在于開拓創(chuàng)新、另辟蹊徑，研制一種與眾不同的鉆井便攜紅外錄井儀，為大批量的石油開發(fā)生產(chǎn)井提供簡易、實用而又造價低廉的氣測錄井儀器。
上述目的是由下述技術(shù)方案實現(xiàn)的鉆井便攜紅外錄井儀，包括樣品氣路、樣品氣檢測腔室和信號數(shù)據(jù)采集與處理三部分。其特征是，樣品氣路包括脫氣器、樣氣泵和穩(wěn)壓閥，并依次連接。樣品氣檢測腔室包括輕烴檢測腔室和重?zé)N檢測腔室，由此兩個烴檢測腔室的進、出氣口依次連接，然后由重?zé)N檢測腔室的出氣口放空。信號數(shù)據(jù)采集與處理部分包括信號數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)顯示單元和采集計算機。信號數(shù)據(jù)采集單元包括輕烴紅外探測器、重?zé)N紅外探測器、絞車傳感器、泵沖傳感器、懸重傳感器和密度傳感器。數(shù)據(jù)處理單元包括輕烴檢測模塊、重?zé)N檢測模塊、絞車調(diào)理模塊、脈沖計數(shù)模塊各模擬量模塊。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元為RS485/RS232轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)顯示單元為面板顯示器。其連接關(guān)系可分為兩路，一路是輕烴檢測模塊和重?zé)N檢測模塊的信號數(shù)據(jù)，分別來自于輕烴紅外探測器和重?zé)N紅外探測器，重?zé)N檢測模塊又將信號數(shù)傳給輕烴檢測模塊，輕烴檢模塊再將信號數(shù)據(jù)傳給轉(zhuǎn)換器，然后由轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機，輕烴檢測模塊同時還將信號數(shù)據(jù)傳給面板顯示器。另一路是絞車傳感器的信號數(shù)據(jù)先傳給絞車調(diào)理模塊，再由絞車調(diào)理模塊傳給脈沖計數(shù)模塊，然后經(jīng)轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機；泵沖傳感器的信號數(shù)據(jù)經(jīng)脈沖計數(shù)模塊和轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機；懸重傳感器和密度傳感器的信號數(shù)據(jù)都經(jīng)模擬量模塊和轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機。
上述鉆井便攜紅外錄井儀中的輕烴檢測腔室和重?zé)N檢測腔室結(jié)構(gòu)特征相同，由外殼、樣氣進口管、樣氣出口管、紅外光源、濾光片和紅外探測器組成。外殼由三段組成，兩頭粗短，中段細(xì)長。樣氣進口管、樣氣出口管，分別安裝在兩個粗短頭的側(cè)面。紅外光源裝在一個粗短頭的外端面，其光源燈泡置于外端面的內(nèi)腔室。濾光片裝在另一個粗短頭的外端面。濾光片的外面裝紅外探測器。
本發(fā)明由于突破常規(guī)，采用了紅外光波被烴氣吸收的工作機理。由于紅外光與樣品氣不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以使用壽命長并且不需要經(jīng)常標(biāo)定；由于烴檢測腔室采用密閉形式，所以不受水蒸汽的影響，也不受泥漿中的H2S、N2和CO2的影響；由于整體系統(tǒng)反應(yīng)時間短，所以檢測分析周期也就較短，適合于快速鉆井。本發(fā)明與FID氫火焰離子氣體分析對比，省去了氫氣發(fā)生器和空氣壓縮機等輔助設(shè)備，既簡化了結(jié)構(gòu)，達(dá)到了小型便攜，又大大降低了制造成本；將原來的全烴檢測擴展為輕烴、重?zé)N、全烴檢測，為下一步錄井評價打下了基礎(chǔ)。測試結(jié)果，輕烴檢測濃度和重?zé)N檢測濃義分別達(dá)到了100PPm和10PPm。該錄井儀完全可以滿足國內(nèi)大批量石油開發(fā)生產(chǎn)井的需求，在石油開發(fā)氣測錄井技術(shù)領(lǐng)域，我們又有了一項自主創(chuàng)新成果，其經(jīng)濟效益和社會效益非?？捎^。
(四)


附圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)組成方框圖。
附圖2是本發(fā)明的烴檢測腔室結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3是本發(fā)明的電路連接圖。
具體實施方式
結(jié)合

一個實施例由圖1所示，本發(fā)明包括樣品氣路、樣品氣檢測腔室、信號數(shù)據(jù)采集與處理三部分。樣品氣路包括脫氣器、樣氣泵和穩(wěn)壓閥，并依次連接。樣品氣檢測腔室包括輕檢測腔室和重?zé)N檢測腔室，由此兩個烴檢測腔室的進、出氣口依次連接，然后由重?zé)N檢測腔室的出氣口放空。由圖1、3所示，信號數(shù)據(jù)采集與處理部分包括信號數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)顯示單元和采集計算機。信號數(shù)據(jù)采集單元包括輕烴紅外探測器、重?zé)N紅外探測器、絞車傳感器、泵沖傳感器、懸重傳感器和密度傳感器。數(shù)據(jù)處理單元包括輕烴檢測模塊、重?zé)N檢測模塊、絞車調(diào)理模塊、脈沖計數(shù)模塊和模擬量模塊。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元為RS485/RS232轉(zhuǎn)換器。數(shù)顯示單元為面板顯示器。其連接關(guān)系可分為兩路，一路是輕烴檢測模塊和重?zé)N檢測模塊的信號數(shù)據(jù)，分別來自于輕烴檢測腔室的紅外探測器和重?zé)N檢測腔室的紅外探測器，重輕檢測模塊又將信號數(shù)據(jù)傳給輕烴檢測模塊，輕烴檢測模塊再將信號數(shù)據(jù)傳給轉(zhuǎn)換器，然后由轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機，輕烴檢測模塊同時還將信號數(shù)據(jù)傳給面板顯示器。另一路是絞車傳感器的信號數(shù)據(jù)先傳給絞車調(diào)理模塊，再由絞車調(diào)理模塊傳給脈沖計數(shù)模塊RM4036，然后經(jīng)轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機；泵沖傳感器的信號數(shù)據(jù)經(jīng)脈沖計數(shù)模塊RM4036和轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機；懸重傳感器和密度傳感器的信號數(shù)據(jù)都經(jīng)模擬量模塊RM4018和轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機。
由圖2所示，烴檢測腔室由外殼1、樣氣進口管2、樣氣出口管3、紅外光源4、濾光片5和紅外探測器6組成。外殼1由三段組成，兩頭粗短，中段細(xì)長。樣氣進口管2、樣氣出口管3，分別安裝在兩個粗短頭的側(cè)面。紅外光源4安裝在一個粗短頭的外端面，其光源燈泡置于外端面的內(nèi)腔室A。濾光片5裝在另一個粗短頭的外端面。濾光片5的外面裝紅外探測器6。
鉆井便攜紅外錄井儀的工作原理是如圖2所示，被測樣品氣從進氣口管2進入烴檢測腔室的內(nèi)腔A，然后從出氣口管3出來。在此過程中，紅外光源發(fā)出對應(yīng)某一烴類氣體具有特征吸收的紅外光波。當(dāng)紅外光波通過A腔中的樣品氣時，由于紅外光波被其中的某一類烴氣體吸收去一部分，紅外光波的強度會明顯減弱，而減弱衰減程度就反應(yīng)了該烴氣體濃度的大小。由腔室另一端的紅外探測器6測得紅外光波出射光強的數(shù)據(jù)，即可確定該烴氣濃度的大小，從而實現(xiàn)對樣品氣中某種氣體成份的濃度分析。
鉆井便攜紅外錄井儀的工作流程是如圖1、3所示，輕烴檢測腔室和輕烴檢測模塊用于檢測C1和C2的含量，典型氣體是甲烷；重?zé)N檢測腔室和重?zé)N檢測模塊用于檢測C3、C4和C5的含量，典型氣體是丙烷。首先脫氣器通過攪拌方式，從鉆井泥漿中在線脫出樣品氣，樣品氣經(jīng)過干燥過濾后被樣氣泵抽吸，又經(jīng)過穩(wěn)壓閥，先進入輕烴檢測腔室，再進入重?zé)N檢測腔室，然后放空。輕烴、重?zé)N兩個檢測腔室后端的兩個紅外探測器6測得的氣體濃度數(shù)據(jù)，分別送到輕烴、重?zé)N兩個檢測模塊，再由輕烴檢測模塊將處理過的數(shù)據(jù)DATA-和DATAT+送到RS485/RS232轉(zhuǎn)換器，由轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后送到采集計算機。在此過程中，由面板顯示器對輕烴、重?zé)N檢測模塊檢測出的氣體濃度進行實時顯示。
圖1、3中，絞車傳感器，主要功能是測量井深數(shù)據(jù)，輸出的是電壓脈沖信號。泵沖傳感器，主要功能是測量泵沖次數(shù)，用來計算遲到的時間，判斷鉆井狀態(tài)，輸出的是電平信號。懸重傳感器，主要功能是測量鉆井大鉤懸重，用來判斷座、卡瓦狀態(tài)，輸出的是模擬量電流信號。密度傳感器，主要功能是連續(xù)測量鉆井泥漿的動態(tài)密度，輸出的是模擬量電流信號。
在隨鉆進行氣測工作的同時，由以上四個傳感器、絞車調(diào)理模塊、脈沖計數(shù)模塊RM4036、模擬量模塊RM4018和轉(zhuǎn)換器RS485/RS232，共同完成鉆井工程數(shù)據(jù)的采集與處理。上述鉆井在線氣測和鉆井工程數(shù)據(jù)實測，二者同時進行，而實現(xiàn)鉆井氣測錄井整體系統(tǒng)工作。
權(quán)利要求
1.一種鉆井便攜紅外錄井儀，包括樣品氣路、樣品氣檢測腔室、信號數(shù)據(jù)采集與處理三部分，其特征是樣品氣路包括脫氣器、樣氣泵和穩(wěn)壓閥，并依次連接；樣品氣檢測腔室包括輕烴檢測腔室和重?zé)N檢測腔室，由此兩個烴檢測腔室的進、出口依次連接，然后由重?zé)N檢測腔室的出氣口放空；信號數(shù)據(jù)采集與處理部分，包括信號數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)顯示單元和采集計算機，信號數(shù)據(jù)采集單元包括輕烴紅外探測器、重?zé)N紅外探測器、絞車傳感器、泵沖傳感器、懸重傳感器和密度傳感器，數(shù)據(jù)處理單元包括輕烴檢測模塊、重?zé)N檢測模塊、絞車調(diào)理模塊、脈沖計數(shù)模塊和模擬量模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元為RS485/RS232轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)顯示單元為面板顯示器；其連接關(guān)系可分為兩路，一路是輕烴檢測模塊和重?zé)N檢測模塊的信號數(shù)據(jù)，分別來自于輕烴檢測腔室的紅外探測器和重?zé)N檢測腔室的紅外探測器，重?zé)N檢測模塊又將信號數(shù)據(jù)傳給輕烴檢測模塊，輕烴檢測模塊再將信號數(shù)據(jù)傳給轉(zhuǎn)換器，然后由轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機，輕烴檢測模塊同時還將信號數(shù)據(jù)傳給面板顯示器；另一路是絞車傳感器的信號數(shù)據(jù)先傳給絞車調(diào)理模塊，再由絞車調(diào)理模塊傳給脈沖計數(shù)模塊，然后經(jīng)轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機，泵沖傳感器的信號數(shù)據(jù)經(jīng)脈沖計數(shù)模塊和轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機，懸重傳感器和密度傳感器的信號數(shù)據(jù)都經(jīng)模擬量模塊和轉(zhuǎn)換器傳給采集計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井便攜紅外錄井儀，其特征是烴檢測腔室由外殼(1)、樣氣進口管(2)、樣氣出口管(3)、紅外光源(4)、濾光片(5)和紅外探測器(6)組成，外殼(1)由三段組成，兩頭粗短，中段細(xì)長，樣氣進口管(2)、樣氣出口管(3)，分別裝在兩個粗短頭的側(cè)面，紅外光源(4)裝在一個粗短頭的外面，其光源燈泡置于外端面的內(nèi)腔室(A)，濾光片(5)裝在另一個粗短頭的外端面，濾光片(5)的外面裝紅外探測器(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉆井便攜紅外錄井儀，屬于利用紅外光來測試或分析氣體成分的技術(shù)領(lǐng)域。其氣路中的脫氣器、樣氣泵和穩(wěn)壓閥依次連接；其輕烴檢測腔室和重?zé)N檢測腔室的進出氣口依次連接，由重?zé)N檢測腔室的出氣口放空；其信號數(shù)據(jù)采集與處理部分，包括信號數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)顯示單元和采集計算機。其信號數(shù)據(jù)采集單元包括兩個紅外探測器和四個傳感器。其數(shù)據(jù)處理單元包括輕烴檢測模塊、重?zé)N檢測模塊、脈沖計數(shù)模塊和模擬量模塊等。其創(chuàng)新之處是以紅外光檢測技術(shù)取代了氫火焰離子氣體分析技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡化，造價低廉，并且可實現(xiàn)輕烴、重?zé)N、全烴檢測。為國內(nèi)大批量石油開發(fā)生產(chǎn)井提供了自主創(chuàng)新的在線氣測錄井儀。
文檔編號E21B43/34GK1804372SQ20061004228
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者翟慎德, 張衛(wèi), 李聯(lián)瑋, 王印, 周發(fā)舉, 章江海, 東培亮, 王福海, 王偉東, 王偉凱 申請人:中國石化集團勝利石油管理局地質(zhì)錄井公司