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录井气体在线拉曼光谱分析检测系统设计

录井气体在线拉曼光谱分析检测系统设计

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作者：何天伦天津工业大学

学位级别：硕士

录井气体检测是综合录井中的关键环节,通过对钻井过程中泥浆携带气体的定性定量分析,来确定油气层在地下的位置及储量的判断。准确完善的分析结果,决定了油气开采效率及产量。但随着油气勘探的难度增加,页岩气等新兴油气种类的发现,录... 详细信息

录井气体检测是综合录井中的关键环节,通过对钻井过程中泥浆携带气体的定性定量分析,来确定油气层在地下的位置及储量的判断。准确完善的分析结果,决定了油气开采效率及产量。但随着油气勘探的难度增加,页岩气等新兴油气种类的发现,录井气体检测面对更多待解决的难题。传统的气相色谱气体检测技术一直在国内录井气体分析中处于主导地位,但该技术单次气体测量分析周期长、可检测的气体类型有限。额外辅助设备多,受原理限制技术更新缓慢,且多是离线操作,不能实现实时数据的远端传输,难以满足更高要求的录井气体检测。目前国外已有替代色谱检测的创新技术,但价格及维护成本昂贵,且对于油气这种国家战略资源开采,急需自主知识产权的技术研究。拉曼散射光谱由于自身的原理特性,每种气体具有其特有的散射现象,不仅可以检测录井气体中的烃类C]-C5,同时能检测色谱无法识别的非烃类气体氧气、氢气、二氧化碳等。该技术无需附属设备,结构简单,非常适合于录井气体检测分析。综上设计开发了一套录井气体在线拉曼光谱分析检测系统。本文研究内容如下:1.基于拉曼光谱原理,设计了气体检测光路,采用装有光子晶体光纤的气体池来增强拉曼信号,经狭缝分光、传感器收集光谱信息,由运算单元分析处理,可实现20-30秒内完成烃类气体及氢气、氧气、硫化氢等非烃类气体分析。2.设计了系统内需要的气路温度、流量、压力、环境温度等控制检测单元,及气体的预处理模块。同时完成了气体检测系统的混气标定单元设计开发,用于配比梯度浓度标准气和多组分混合气体。3.完成了基于K60芯片的嵌入式控制系统的软硬件设计,用于录井气体分析检测系统和混气标定单元的系统控制,数据采集及在线数据交互,并通过触控屏显示主要气体数据和控制操作。目前已完成样机设计,并在录井现场实地应用,能够准确分析油气储量信息,满足气测录井需求,具有很好的应用前景。

关键词：气测录井拉曼光谱混气标定 K60嵌入式

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