[发明专利]钻井液的在线拉曼光谱分析方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种在线测定钻井液中各种组分的种类和浓度的方法，尤其涉及一种使用拉曼光谱在线测定钻井液中各种组分的种类和浓度的方法。

背景技术

目前石油地质勘探现场对钻井液的测定包括测定钻井液中气态组分(挥发性烃、非烃)液态组分(重烃、油)、和固态组分(矿物质)的种类和浓度。通过组分分析结果获得地层信息，及时发现油气显示、预报工程事故。

现有技术中的一种组分测定方法有气相、液相色谱法，用来测量钻井液中气体或液体的浓度。实现过程中需要将钻井液所含的可挥发性组分分离出来，或采用膜技术将其中的油液分离出来，再传输到色谱仪器中进行检测。该方法成本低廉、对同类化学组分(如烃类)有较好的区别能力，但是它需要提取钻井液中的有效成分并进行预处理，分析速度慢、外设复杂、维护难度大、需要载气，而且还需要定期标定，对未知组分缺乏鉴别能力，无法实现多态同测。

虽然红外吸收光谱方法或紫外荧光方法可以弥补气相色谱法的不足，但是无法实现对某些非烃组分如氢气、氮气的测量；另外紫外荧光方法是测量组分的电子态跃迁，同类组分如烷烃的荧光光谱几乎完全重叠，只能大致区分轻烃和重烃，而无法进一步分辨烷烃各组分；而红外吸收光谱采集的光信号为透射光信号，则无法直接测量不透明的钻井液。钻井液的荧光分析方法有CN1172257A《一种岩屑荧光录井方法》和CN1399127A《钻井液定量荧光录井方法》，它们采用有机溶剂萃取返出岩屑或者钻井液中所含的油，然后再用分析仪器对萃取液进行定量分析。它们需要工作人员选取不同采样点，并对样品处理后进行测定；分析过程中的人工操作会引入新的误差，从而影响油气层的判断。另外钻井液的在线分析方法CN100460858C《钻井液中含油气在线光谱测定方法》通过采集钻井液的反射红外和紫外荧光谱的方式实现了钻井液的在线检测，它提供了一种不需对钻井液进行预处理的在线检测方法，不过遗憾的是它无法测量无荧光组分或荧光信号极弱的组分，如样气、二氧化碳、氢气、氮气等。

本申请的目的更好地实现钻井液组分的在线分析，实现对钻井液的非接触、非破坏性在线测量，直接测量钻井液中所含的轻烃、重烃以及其他非烃组分，进而提高石油地质勘探过程中地质解释评价能力和事故预测预防能力。

发明内容

为了直接现场在钻井液的流出或返回通道时，测定钻井液中各种组分的种类和浓度，本申请提出如下技术方案，一种钻井液中各种组分的在线拉曼光谱测定方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一，采用正交信号校正偏最小二乘化学计量模型建模，并获得预存模型中包括系数、权重和载荷在内的参数，所述建模步骤进一步包括：

步骤11，根据录井标准，设定预期误差，确定待分析组份的测量态相；

步骤12，制备标样，把待分析组份配成纯净和混合的标样并分为模型组标样和测试组标样；

步骤13，采集所述模型组标样的拉曼谱，建立谱线集，利用所述模型组标样的组分和浓度建立浓度值集，利用正交信号校正偏最小二乘化学计量方法求解模型的权重、载荷和系数；

步骤14，采集所述测试组标样的拉曼谱，建立谱线集；

步骤15，利用步骤13获得所述模型的权重、载荷对所述谱线集进行正交信号校正，得到校正后的谱线集，利用所述预存模型的系数求得所述测试组标样的浓度预测值集；

步骤16，判断所述浓度预测值集中每个标样的浓度预测值与其标称浓度值的偏差；如果有一个或多个标样的预测偏差大于所述预期误差，则将所述标样放入所述模型组，并重新配制测试组标样，返回步骤12；如果偏差符合要求，则存储模型的权重、载荷和系数；

步骤二，测量并收集钻井液的拉曼光谱；

步骤三，利用步骤二收集到所述拉曼光谱建立谱线向量，与所述步骤一中获得的系数、权重和载荷进行正交信号校正，获得校正后的向量和预测向量，所述钻井液的浓度。

比较好的是，在所述步骤15和步骤三中，所述浓度预测值集是通过以下公式求得：

Y_t＝X_t-oscB

其中，Y_t为浓度预测值集，B为预存模型的系数，X_t-osc为校正后的谱线集；

所述浓度预测向量y是通过以下公式求得：

y＝x_oscB

其中，x_osc为校正后的向量。

比较好的是，所述步骤14和步骤三中，所述拉曼谱的采集进一步包括：