專利名稱：鉆井便攜紅外錄井儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及到利用光學手段，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領域，具體而言是一種鉆井便攜紅外錄井儀。
背景技術：
石油地質鉆井在線氣測錄井技術，就是在鉆井過程中，對從井眼中循環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用了綜合錄井儀，以此獲得真實準確的探井地質資料。國內外綜合錄井儀的工作機理和核心技術基本上都是氫火焰離子化氣體分析(FID)。其優點是檢測精度高，受雜質干擾少；其缺點是輔助設備多，要用H2和O2作為燃燒氣和載氣，結構和技術復雜，造價昂貴。大量的石油開發生產井正亟待擁有簡易實用、經濟普及型的氣測錄井儀器。經檢索，有三篇相關專利文獻“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，有的仍然沿用了FID，有的采用了氣敏元件或熱傳導傳感器，有的結構仍然比較復雜，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。其技術特征都與本發明有顯著的不同。
發明內容鑒于已有技術存在上述缺點和不足之處，本發明的目的就在于開拓創新、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生產井提供簡易、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方案實現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據采集與處理三部分。其特征是，樣品氣路包括脫氣器、樣氣泵和穩壓閥，并依次連接。樣品氣檢測腔室包括輕烴檢測腔室和重烴檢測腔室，由此兩個烴檢測腔室的進、出氣口依次連接，然后由重烴檢測腔室的出氣口放空。信號數據采集與處理部分包括信號數據采集單元、數據處理單元、數據轉換單元、數據顯示單元和采集計算機。信號數據采集單元包括輕烴紅外探測器、重烴紅外探測器、絞車傳感器、泵沖傳感器、懸重傳感器和密度傳感器。數據處理單元包括輕烴檢測模塊、重烴檢測模塊、絞車調理模塊、脈沖計數模塊各模擬量模塊。數據轉換單元為RS485/RS232轉換器。數據顯示單元為面板顯示器。其連接關系可分為兩路，一路是輕烴檢測模塊和重烴檢測模塊的信號數據，分別來自于輕烴紅外探測器和重烴紅外探測器，重烴檢測模塊又將信號數傳給輕烴檢測模塊，輕烴檢模塊再將信號數據傳給轉換器，然后由轉換器傳給采集計算機，輕烴檢測模塊同時還將信號數據傳給面板顯示器。另一路是絞車傳感器的信號數據先傳給絞車調理模塊，再由絞車調理模塊傳給脈沖計數模塊，然后經轉換器傳給采集計算機；泵沖傳感器的信號數據經脈沖計數模塊和轉換器傳給采集計算機；懸重傳感器和密度傳感器的信號數據都經模擬量模塊和轉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烴檢測腔室結構特征相同，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，中段細長。樣氣進口管、樣氣出口管，分別安裝在兩個粗短頭的側面。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。
本發明由于突破常規，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生化學反應，所以使用壽命長并且不需要經常標定；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；由于整體系統反應時間短，所以檢測分析周期也就較短，適合于快速鉆井。本發明與FID氫火焰離子氣體分析對比，省去了氫氣發生器和空氣壓縮機等輔助設備，既簡化了結構，達到了小型便攜，又大大降低了制造成本；將原來的全烴檢測擴展為輕烴、重烴、全烴檢測，為下一步錄井評價打下了基礎。測試結果，輕烴檢測濃度和重烴檢測濃義分別達到了100PPm和10PPm。該錄井儀完全可以滿足國內大批量石油開發生產井的需求，在石油開發氣測錄井技術領域，我們又有了一項自主創新成果，其經濟效益和社會效益非常可觀。
(四)
附圖1是本發明的整體結構組成方框圖。
附圖2是本發明的烴檢測腔室結構示意圖。
附圖3是本發明的電路連接圖。
具體實施方式
結合
一個實施例由圖1所示，本發明包括樣品氣路、樣品氣檢測腔室、信號數據采集與處理三部分。樣品氣路包括脫氣器、樣氣泵和穩壓閥，并依次連接。樣品氣檢測腔室包括輕檢測腔室和重烴檢測腔室，由此兩個烴檢測腔室的進、出氣口依次連接，然后由重烴檢測腔室的出氣口放空。由圖1、3所示，信號數據采集與處理部分包括信號數據采集單元、數據處理單元、數據轉換單元、數據顯示單元和采集計算機。信號數據采集單元包括輕烴紅外探測器、重烴紅外探測器、絞車傳感器、泵沖傳感器、懸重傳感器和密度傳感器。數據處理單元包括輕烴檢測模塊、重烴檢測模塊、絞車調理模塊、脈沖計數模塊和模擬量模塊。數據轉換單元為RS485/RS232轉換器。數顯示單元為面板顯示器。其連接關系可分為兩路，一路是輕烴檢測模塊和重烴檢測模塊的信號數據，分別來自于輕烴檢測腔室的紅外探測器和重烴檢測腔室的紅外探測器，重輕檢測模塊又將信號數據傳給輕烴檢測模塊，輕烴檢測模塊再將信號數據傳給轉換器，然后由轉換器傳給采集計算機，輕烴檢測模塊同時還將信號數據傳給面板顯示器。另一路是絞車傳感器的信號數據先傳給絞車調理模塊，再由絞車調理模塊傳給脈沖計數模塊RM4036，然后經轉換器傳給采集計算機；泵沖傳感器的信號數據經脈沖計數模塊RM4036和轉換器傳給采集計算機；懸重傳感器和密度傳感器的信號數據都經模擬量模塊RM4018和轉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腔A，然后從出氣口管3出來。在此過程中，紅外光源發出對應某一烴類氣體具有特征吸收的紅外光波。當紅外光波通過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據，即可確定該烴氣濃度的大小，從而實現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；重烴檢測腔室和重烴檢測模塊用于檢測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，樣品氣經過干燥過濾后被樣氣泵抽吸，又經過穩壓閥，先進入輕烴檢測腔室，再進入重烴檢測腔室，然后放空。輕烴、重烴兩個檢測腔室后端的兩個紅外探測器6測得的氣體濃度數據，分別送到輕烴、重烴兩個檢測模塊，再由輕烴檢測模塊將處理過的數據DATA-和DATAT+送到RS485/RS232轉換器，由轉換器進行模數轉換，然后送到采集計算機。在此過程中，由面板顯示器對輕烴、重烴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據，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，用來計算遲到的時間，判斷鉆井狀態，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，輸出的是模擬量電流信號。密度傳感器，主要功能是連續測量鉆井泥漿的動態密度，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、絞車調理模塊、脈沖計數模塊RM4036、模擬量模塊RM4018和轉換器RS485/RS232，共同完成鉆井工程數據的采集與處理。上述鉆井在線氣測和鉆井工程數據實測，二者同時進行，而實現鉆井氣測錄井整體系統工作。
權利要求
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、信號數據采集與處理三部分，其特征是樣品氣路包括脫氣器、樣氣泵和穩壓閥，并依次連接；樣品氣檢測腔室包括輕烴檢測腔室和重烴檢測腔室，由此兩個烴檢測腔室的進、出口依次連接，然后由重烴檢測腔室的出氣口放空；信號數據采集與處理部分，包括信號數據采集單元、數據處理單元、數據轉換單元、數據顯示單元和采集計算機，信號數據采集單元包括輕烴紅外探測器、重烴紅外探測器、絞車傳感器、泵沖傳感器、懸重傳感器和密度傳感器，數據處理單元包括輕烴檢測模塊、重烴檢測模塊、絞車調理模塊、脈沖計數模塊和模擬量模塊，數據轉換單元為RS485/RS232轉換器，數據顯示單元為面板顯示器；其連接關系可分為兩路，一路是輕烴檢測模塊和重烴檢測模塊的信號數據，分別來自于輕烴檢測腔室的紅外探測器和重烴檢測腔室的紅外探測器，重烴檢測模塊又將信號數據傳給輕烴檢測模塊，輕烴檢測模塊再將信號數據傳給轉換器，然后由轉換器傳給采集計算機，輕烴檢測模塊同時還將信號數據傳給面板顯示器；另一路是絞車傳感器的信號數據先傳給絞車調理模塊，再由絞車調理模塊傳給脈沖計數模塊，然后經轉換器傳給采集計算機，泵沖傳感器的信號數據經脈沖計數模塊和轉換器傳給采集計算機，懸重傳感器和密度傳感器的信號數據都經模擬量模塊和轉換器傳給采集計算機。
2.根據權利要求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，中段細長，樣氣進口管(2)、樣氣出口管(3)，分別裝在兩個粗短頭的側面，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領域。其氣路中的脫氣器、樣氣泵和穩壓閥依次連接；其輕烴檢測腔室和重烴檢測腔室的進出氣口依次連接，由重烴檢測腔室的出氣口放空；其信號數據采集與處理部分，包括信號數據采集單元、數據處理單元、數據轉換單元、數據顯示單元和采集計算機。其信號數據采集單元包括兩個紅外探測器和四個傳感器。其數據處理單元包括輕烴檢測模塊、重烴檢測模塊、脈沖計數模塊和模擬量模塊等。其創新之處是以紅外光檢測技術取代了氫火焰離子氣體分析技術，結構簡化，造價低廉，并且可實現輕烴、重烴、全烴檢測。為國內大批量石油開發生產井提供了自主創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 優先權日2006年1月20日
發明者翟慎德, 張衛, 李聯瑋, 王印, 周發舉, 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錄井公司