一種錄井用氣體檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及油氣勘探開發領域，特別是涉及到一種錄井用氣體檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]錄井是勘探開發的“眼睛”。氣體檢測技術是錄井的關鍵技術，錄井氣體檢測的目的一是直接發現油氣層，二是做好有毒有害氣體的監測預警，三是發現非烴類氣體礦藏。
在鉆井過程中，鉆開地層中的流體以各種方式進入井筒，隨著鉆井液上返到地面。在地面條件下，這些流體以氣態或液態形式呈現。對地層氣的檢測主要是烴類氣(主要是飽和烷烴類，檢測成分主要是組分)的檢測，通過對烴類氣體的檢測，可以及時地發現和評價油、氣、水層。
在開發井錄井過程中，使用做多的就是氣相色譜儀，其工作原理為:
利用試樣中各組份在氣相和固定液液相間的分配系數不同，當汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組份就在其中的兩相間進行反復多次分配，由于固定相對各組份的吸附或溶解能力不同，因此各組份在色譜柱中的運行速度就不同，經過一定的柱長后，便彼此分離，然后按順序離開色譜柱進入檢測器，產生的離子流訊號經放大后，在記錄器上描繪出各組份的色譜峰。
目前應用的氣相分析色譜儀，存在測量氣體濃度時檢測氣體單一、操作復雜、選擇性不高、檢測精度低等問題。在烴類檢測中現有技術中還常采用氫焰色譜SK-3Q04，而采用氫焰色譜SK-3Q04的問題是也只能檢測單一烴類氣體，且分析影響因素較多，較易出現故障且組分不能連續實時檢測。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中所存在的上述技術問題，本發明提供了一種錄井用氣體檢測裝置，該裝置在錄井過程中不但能實時檢測到氣體的濃度變化，提高了檢測精度，還能同時對多種氣體進行檢測。本發明還涉及使用這種氣體檢測裝置的方法。
根據本發明的第一方面，提拱了一種錄井用氣體檢測裝置，其包括:
激光發射模塊，用于提供檢測氣體時需要的激光；
激光傳感模塊，用于使待測氣體吸收激光發射模塊發出的激光，并將氣體吸收后的激光信號進行光電轉換以轉換成電信號；
信號采集與處理模塊，用于接收激光傳感模塊生成的電信號，并對接收到的電信號進行擬合處理為表征氣體濃度的數字信號；
顯示模塊，用于接收信號采集與處理模塊的數字信號，將所述數字信號轉換成氣體的濃度，并頭時顯不出來。
所述激光發射模塊進一步包括:
至少一個激光器，用于發射激光波；
至少一個激光器溫度控制模塊，用于調節激光器的溫度，防止激光器溫度因過高或過低而被損壞；
至少一個的激光器電流控制模塊，用于對激光的波長進行調節，使激光器發射的激光的中心波長與待測氣體的吸收譜線相匹配。
所述激光發射模塊中含有相同數量的激光器、激光器溫度控制模塊及激光器電流控制模塊。
作為本發明的一種改進，該氣體檢測裝置還包括:
信號發生模塊和鎖相放大器，該信號發生模塊一端與激光器電流控制模塊相耦合，產生鋸齒波信號疊加在激光器驅動電流上，使激光波長掃過待測氣體的吸收線，該信號發生模塊的另一端與鎖相放大器耦合，
該鎖相放大器用于接收激光傳感模塊生成的電信號，并進行二次諧波檢測，該鎖相放大器進行二次諧波檢測時的參考信號來自所述信號發生模塊產生的正弦波調制信號。
作為本發明的另一種改進，該氣體檢測裝置還包括光纖耦合器，該光纖耦合器一端與激光器稱合，另一端與激光傳感模塊稱合，用于將多束激光稱合在一起，形成一束激光波。
所述激光傳感模塊包括:
反射池，用于使從光纖耦合器輸出的激光進入到反射池中，供待測氣體吸收，該反射池還設置有進氣口與排氣口；
探測器，用于接收反射池輸出的激光信號，并且經光電轉換將激光信號轉換為電信號。
所述激光傳感模塊還包括氣體標定池，該氣體標定池一端與反射池耦合，另一端與探測器耦合，用于對檢測吸收信號進行標定。
作為本發明的再一種改進，該氣體檢測裝置還包括:
氣體凈化模塊，用于將油氣井產生的待測氣體進行干燥并過濾；
該氣體凈化模塊包括依此連接的干燥器和過濾器。
根據本發明的再一個方面，提供了使用上文所述的錄井用氣體檢測裝置的方法，包括以下步驟:
(1)通過激光器發射與待測氣體的吸收波長相匹配的激光波；并通過激光器電流控制模塊對激光波長進行調節，使激光器發射的激光的中心波長與待測氣體吸收譜線中心相匹配；通過激光器溫度控制模塊對激光器的溫度進行調節，防止激光器因溫度過高或過低而被損壞；
(2)在激光傳感模塊中激光與通過進氣口進入的待測氣體相接觸，待測氣體吸收后的激光信號被輸送至探測器；
(3)探測器將接收到的激光信號進行光電轉換，并將轉換后的電信號輸送至信號采集與處理模塊，
(4)信號采集與處理模塊將接收到的電信號轉換成數字信號；
(5)將數字信號轉換成具體數據在顯示屏上顯示出來。
所述步驟(I)進一步包括:光纖耦合器將激光波耦合后，將耦合后的激光波輸送至激光傳感模塊。
所述步驟(3)中，探測器將接收到的激光信號轉換為兩路電信號，
一路電信號輸送至鎖相放大器，與信號發生模塊產生的正弦波調制信號進行二次諧波檢測，并將生成的二次諧波信號輸送至信號采集與處理模塊；
另一路電信號輸送至信號采集與處理模塊進行數據采集、處理及控制。
所述的步驟(4)進一步包括:
將來自探測器的信號經濾波后對其數據進行線性擬合作為激光光強信號；
將鎖相放大器生成的二次諧波信號利用擬合的激光光強信號進行歸一化處理以消除光強波動對濃度檢測的影響，歸一化后的二次諧波信號經過多次累加得到一條檢測吸收譜，對檢測的吸收譜進行二次乘積擬合得到待測氣體的濃度。
所述的步驟(I)還進一步包括:
將信號發生模塊產生的鋸齒波信號疊加在激光器驅動電流上，使氣體充分吸收激光波。
所述的步驟(2)進一步包括:
將待測氣體通過氣體凈化模塊進行干燥、過濾的步驟。
與現有技術相比，本發明的優點在于，通過將激光發射、激光控制、二次諧波檢測、波長調制、數據采集與處理等多種功能融合在一起，實現組分氣體的地面實時在線檢測，并能根據井下氣體的實際情況，同時對多種組分的氣體同時進行檢測，并具有操作簡單、檢測精度高、適用性廣等優點。
【附圖說明】
[0004]圖1示出了根據本發明優選實施例的氣體檢測裝置結構圖；
圖2是本發明的氣相色譜的基本流程圖。
氣相色譜儀的組成部分
(1)載氣系統:包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量；
(2)進樣系統:包括進樣器、汽化室(將液體樣品瞬間汽化為蒸氣)；
(3)色譜柱和溫柱:包括恒溫控制裝置(將多組分樣品分離為單個)；
(4)檢測系統:包括檢測器，控溫裝置；
(5)記錄系統:包括放大器、記錄儀、或數據處理裝置、工作站。
【具體實施方式】
[0005]下面結合優選實施例和說明書附圖對本發明做進一步描述。
圖1示出了根據本發明優選實施例的氣體檢測裝置，其包括:激光發射模塊1、激光傳感模塊3、信號采集與處理模塊5以及顯示模塊7。激光發射模塊I包括依此耦合的激光器101、激光器溫度控制模塊102及激光器電流控制模塊103。激光器101，用于發射與待測氣體吸收譜線相匹配的激光波；激光器溫度控制模塊102用于調節激光器101的溫度，防止激光器101溫度因過高或過低而被損壞；激光器電流控制模塊103用于對激光的波長進行調節，使激光器101發射的激光的中心波長與待測氣體的吸收譜線相匹配。
當只需要檢測單一氣體時，激光發射模塊I可以只含有一組激光器101、一組激光器溫度控制模塊102及一組激光器電流控制模塊103 ;當需要檢測多組氣體時，可以含有多組激光器101、多組激光器溫度控制模塊102及多組激光器電流控制模塊103。激光器101、激光器溫度控制模塊102及激光器電流控制模塊103的數量應均與待測氣體的組數相一致。例如:需同時檢測3組氣體時，激光發射模塊I中需要設置3組激光器101、3組激光器溫度控制模塊102及3組激光器電流控制模塊103。各激光器101耦合在一起作為激光波的發射端。
該氣體檢測裝置還可以設置有信號發生模塊2與鎖相放大器6。信號發生模塊2 —端與激光器電流控制模塊103相稱合,產生鋸齒波信號疊加在激光器101的驅動電流上,使激光波長掃過待測氣體的吸收線能被待測氣體充分吸收，信號發生模塊2的另一端與鎖相放大器6耦合，該鎖相放大器6用于接收激光傳感模塊3生成的電信號，并進行二次諧波檢測，該鎖相放大器6進行二次諧波檢測