钻井便携红外录井仪.pdf

本发明公开了一种钻井便携红外录井仪，属于利用红外光来测试或分析气体成分的技术领域。其气路中的脱气器、样气泵和稳压阀依次连接；其轻烃检测腔室和重烃检测腔室的进出气口依次连接，由重烃检测腔室的出气口放空；其信号数据采集与处理部分，包括信号数据采集单元、数据处理单元、数据转换单元、数据显示单元和采集计算机。其信号数据采集单元包括两个红外探测器和四个传感器。其数据处理单元包括轻烃检测模块、重烃检测模块、脉冲计数模块和模拟量模块等。其创新之处是以红外光检测技术取代了氢火焰离子气体分析技术，结构简化，造价低廉，并且可实现轻烃、重烃、全烃检测。为国内大批量石油开发生产井提供了自主创新的在线气测录井仪。

1.  一种钻井便携红外录井仪，包括样品气路、样品气检测腔室、信号数据采集与处理三部分，其特征是样品气路包括脱气器、样气泵和稳压阀，并依次连接；样品气检测腔室包括轻烃检测腔室和重烃检测腔室，由此两个烃检测腔室的进、出口依次连接，然后由重烃检测腔室的出气口放空；信号数据采集与处理部分，包括信号数据采集单元、数据处理单元、数据转换单元、数据显示单元和采集计算机，信号数据采集单元包括轻烃红外探测器、重烃红外探测器、绞车传感器、泵冲传感器、悬重传感器和密度传感器，数据处理单元包括轻烃检测模块、重烃检测模块、绞车调理模块、脉冲计数模块和模拟量模块，数据转换单元为RS485/RS232转换器，数据显示单元为面板显示器；其连接关系可分为两路，一路是轻烃检测模块和重烃检测模块的信号数据，分别来自于轻烃检测腔室的红外探测器和重烃检测腔室的红外探测器，重烃检测模块又将信号数据传给轻烃检测模块，轻烃检测模块再将信号数据传给转换器，然后由转换器传给采集计算机，轻烃检测模块同时还将信号数据传给面板显示器；另一路是绞车传感器的信号数据先传给绞车调理模块，再由绞车调理模块传给脉冲计数模块，然后经转换器传给采集计算机，泵冲传感器的信号数据经脉冲计数模块和转换器传给采集计算机，悬重传感器和密度传感器的信号数据都经模拟量模块和转换器传给采集计算机。

2.  根据权利要求1所述的钻井便携红外录井仪，其特征是烃检测腔室由外壳(1)、样气进口管(2)、样气出口管(3)、红外光源(4)、滤光片(5)和红外探测器(6)组成，外壳(1)由三段组成，两头粗短，中段细长，样气进口管(2)、样气出口管(3)，分别装在两个粗短头的侧面，红外光源(4)装在一个粗短头的外面，其光源灯泡置于外端面的内腔室(A)，滤光片(5)装在另一个粗短头的外端面，滤光片(5)的外面装红外探测器(6)。

钻井便携红外录井仪
(一)技术领域
本发明涉及到利用光学手段，即利用红外光来测试或分析从钻井泥浆中在线脱出的样品气，属于钻井气测录井技术领域，具体而言是一种钻井便携红外录井仪。
(二)背景技术
石油地质钻井在线气测录井技术，就是在钻井过程中，对从井眼中循环泥浆脱出的样品气进行实时检测分析，若有烃类气体成分，则意味着有油气显示。目前只有少量的石油勘探井应用了综合录井仪，以此获得真实准确的探井地质资料。国内外综合录井仪的工作机理和核心技术基本上都是氢火焰离子化气体分析(FID)。其优点是检测精度高，受杂质干扰少；其缺点是辅助设备多，要用H₂和O₂作为燃烧气和载气，结构和技术复杂，造价昂贵。大量的石油开发生产井正亟待拥有简易实用、经济普及型的气测录井仪器。经检索，有三篇相关专利文献：“录井气测仪”(97204881)、“石油钻井气测录井装置”(02286909)、“便携式全烃钻时录井仪”(200320122099)。其工作机理和核心技术，有的仍然沿用了FID，有的采用了气敏元件或热传导传感器，有的结构仍然比较复杂，造价较高。它们虽然各有千秋，也各有不足之处，都不令人满意。其技术特征都与本发明有显著的不同。
(三)发明内容
鉴于已有技术存在上述缺点和不足之处，本发明的目的就在于开拓创新、另辟蹊径，研制一种与众不同的钻井便携红外录井仪，为大批量的石油开发生产井提供简易、实用而又造价低廉的气测录井仪器。
上述目的是由下述技术方案实现的：
钻井便携红外录井仪，包括样品气路、样品气检测腔室和信号数据采集与处理三部分。其特征是，样品气路包括脱气器、样气泵和稳压阀，并依次连接。样品气检测腔室包括轻烃检测腔室和重烃检测腔室，由此两个烃检测腔室的进、出气口依次连接，然后由重烃检测腔室的出气口放空。信号数据采集与处理部分包括信号数据采集单元、数据处理单元、数据转换单元、数据显示单元和采集计算机。信号数据采集单元包括轻烃红外探测器、重烃红外探测器、绞车传感器、泵冲传感器、悬重传感器和密度传感器。数据处理单元包括轻烃检测模块、重烃检测模块、绞车调理模块、脉冲计数模块各模拟量模块。数据转换单元为RS485/RS232转换器。数据显示单元为面板显示器。其连接关系可分为两路，一路是轻烃检测模块和重烃检测模块的信号数据，分别来自于轻烃红外探测器和重烃红外探测器，重烃检测模块又将信号数传给轻烃检测模块，轻烃检模块再将信号数据传给转换器，然后由转换器传给采集计算机，轻烃检测模块同时还将信号数据传给面板显示器。另一路是绞车传感器的信号数据先传给绞车调理模块，再由绞车调理模块传给脉冲计数模块，然后经转换器传给采集计算机；泵冲传感器的信号数据经脉冲计数模块和转换器传给采集计算机；悬重传感器和密度传感器的信号数据都经模拟量模块和转换器传给采集计算机。
上述钻井便携红外录井仪中的轻烃检测腔室和重烃检测腔室结构特征相同，由外壳、样气进口管、样气出口管、红外光源、滤光片和红外探测器组成。外壳由三段组成，两头粗短，中段细长。样气进口管、样气出口管，分别安装在两个粗短头的侧面。红外光源装在一个粗短头的外端面，其光源灯泡置于外端面的内腔室。滤光片装在另一个粗短头的外端面。滤光片的外面装红外探测器。
本发明由于突破常规，采用了红外光波被烃气吸收的工作机理。由于红外光与样品气不发生化学反应，所以使用寿命长并且不需要经常标定；由于烃检测腔室采用密闭形式，所以不受水蒸汽的影响，也不受泥浆中的H₂S、N₂和CO₂的影响；由于整体系统反应时间短，所以检测分析周期也就较短，适合于快速钻井。本发明与FID氢火焰离子气体分析对比，省去了氢气发生器和空气压缩机等辅助设备，既简化了结构，达到了小型便携，又大大降低了制造成本；将原来的全烃检测扩展为轻烃、重烃、全烃检测，为下一步录井评价打下了基础。测试结果，轻烃检测浓度和重烃检测浓义分别达到了100PPm和10PPm。该录井仪完全可以满足国内大批量石油开发生产井的需求，在石油开发气测录井技术领域，我们又有了一项自主创新成果，其经济效益和社会效益非常可观。
(四)附图说明
附图1是本发明的整体结构组成方框图。
附图2是本发明的烃检测腔室结构示意图。
附图3是本发明的电路连接图。
(五)具体实施方式
结合附图说明一个实施例：
由图1所示，本发明包括样品气路、样品气检测腔室、信号数据采集与处理三部分。样品气路包括脱气器、样气泵和稳压阀，并依次连接。样品气检测腔室包括轻检测腔室和重烃检测腔室，由此两个烃检测腔室的进、出气口依次连接，然后由重烃检测腔室的出气口放空。由图1、3所示，信号数据采集与处理部分包括信号数据采集单元、数据处理单元、数据转换单元、数据显示单元和采集计算机。信号数据采集单元包括轻烃红外探测器、重烃红外探测器、绞车传感器、泵冲传感器、悬重传感器和密度传感器。数据处理单元包括轻烃检测模块、重烃检测模块、绞车调理模块、脉冲计数模块和模拟量模块。数据转换单元为RS485/RS232转换器。数显示单元为面板显示器。其连接关系可分为两路，一路是轻烃检测模块和重烃检测模块的信号数据，分别来自于轻烃检测腔室的红外探测器和重烃检测腔室的红外探测器，重轻检测模块又将信号数据传给轻烃检测模块，轻烃检测模块再将信号数据传给转换器，然后由转换器传给采集计算机，轻烃检测模块同时还将信号数据传给面板显示器。另一路是绞车传感器的信号数据先传给绞车调理模块，再由绞车调理模块传给脉冲计数模块RM4036，然后经转换器传给采集计算机；泵冲传感器的信号数据经脉冲计数模块RM4036和转换器传给采集计算机；悬重传感器和密度传感器的信号数据都经模拟量模块RM4018和转换器传给采集计算机。
由图2所示，烃检测腔室由外壳1、样气进口管2、样气出口管3、红外光源4、滤光片5和红外探测器6组成。外壳1由三段组成，两头粗短，中段细长。样气进口管2、样气出口管3，分别安装在两个粗短头的侧面。红外光源4安装在一个粗短头的外端面，其光源灯泡置于外端面的内腔室A。滤光片5装在另一个粗短头的外端面。滤光片5的外面装红外探测器6。
钻井便携红外录井仪的工作原理是：
如图2所示，被测样品气从进气口管2进入烃检测腔室的内腔A，然后从出气口管3出来。在此过程中，红外光源发出对应某一烃类气体具有特征吸收的红外光波。当红外光波通过A腔中的样品气时，由于红外光波被其中的某一类烃气体吸收去一部分，红外光波的强度会明显减弱，而减弱衰减程度就反应了该烃气体浓度的大小。由腔室另一端的红外探测器6测得红外光波出射光强的数据，即可确定该烃气浓度的大小，从而实现对样品气中某种气体成份的浓度分析。
钻井便携红外录井仪的工作流程是：
如图1、3所示，轻烃检测腔室和轻烃检测模块用于检测C₁和C₂的含量，典型气体是甲烷；重烃检测腔室和重烃检测模块用于检测C₃、C₄和C₅的含量，典型气体是丙烷。首先脱气器通过搅拌方式，从钻井泥浆中在线脱出样品气，样品气经过干燥过滤后被样气泵抽吸，又经过稳压阀，先进入轻烃检测腔室，再进入重烃检测腔室，然后放空。轻烃、重烃两个检测腔室后端的两个红外探测器6测得的气体浓度数据，分别送到轻烃、重烃两个检测模块，再由轻烃检测模块将处理过的数据DATA-和DATAT+送到RS485/RS232转换器，由转换器进行模数转换，然后送到采集计算机。在此过程中，由面板显示器对轻烃、重烃检测模块检测出的气体浓度进行实时显示。
图1、3中，绞车传感器，主要功能是测量井深数据，输出的是电压脉冲信号。泵冲传感器，主要功能是测量泵冲次数，用来计算迟到的时间，判断钻井状态，输出的是电平信号。悬重传感器，主要功能是测量钻井大钩悬重，用来判断座、卡瓦状态，输出的是模拟量电流信号。密度传感器，主要功能是连续测量钻井泥浆的动态密度，输出地是模拟量电流信号。
在随钻进行气测工作的同时，由以上四个传感器、绞车调理模块、脉冲计数模块RM4036、模拟量模块RM4018和转换器RS485/RS232，共同完成钻井工程数据的采集与处理。上述钻井在线气测和钻井工程数据实测，二者同时进行，而实现钻井气测录井整体系统工作。