[实用新型]测量油气成分的随钻光谱仪装置

说明书

（一）技术领域

本实用新型涉及光学系统，具体涉及一种测量油气成分的随钻光谱仪装置。

（二）背景技术

随钻测量是高效开发复杂油气藏的最重要手段，符合行业未来发展趋势。基于光谱技术的油气成份的随钻测量，可以有效地解决石油天然气钻探过程中油气成份的实时在线测量，为钻探决策提供可靠的依据。与众多传统技术相比，光谱技术具有多种成份同步探测、分析速度快、选择性反应等技术优势。本实用新型针对钻探过程的高温高压封闭泥浆环境设计高温专用红外光谱仪系统，结合目前已经成熟的高温电源和高温电路，分步实现从油气成份的定性检测到定量测量。本实用新型的设计使整个分析系统的工组温度提高到150℃，满足95%以上的随钻测量环境，能够填补国际空白，创造巨大的经济效益。

目前我国多数油田处于开发中后期，地下油水关系复杂，开发油气藏层薄、断块小。此外作为一种非常规能源，页岩气（ShaleGas）最近几年引起广泛关注，是国际和国内能源开发的重点领域。我国的页岩气储量超过其它任何一个国家，大规模的页岩气开采蓄势待发。在石油天然气钻探过程中，油气成份的实时检测有巨大的价值。对油气成份的检测主要集中在录井和测井两个环节，并且已经取得了重大进展。录井主要是通过对钻井液带到地面的物质进行检测。测井主要是钻井完成后对地层液抽样检测；国外的仪器设备可以通过光纤传输光源实现在井下的分析。

在录井方面，1980年Diller等就使用拉曼光谱技术测量天然气中的成份；之后Dibble等针对自发拉曼散射光谱技术中的干扰成份的交叉反应、诱导荧光、化学发光等一系列伴生问题实现了提高和改进。R.P.SChnell使用633纳米的氦氖激光对石油炼制厂管道中的油气成份的拉曼散射光谱检测，与之前的参考光谱比对确定成份含量。C.F.Summer将在岩石切割过程中传到地面的样品使用260纳米的紫外辐射源，收集所产生的长波荧光辐射，与之前油泥混合浆的石油荧光谱比对，来确认岩石中是否有形成油。国内最新的综合录井设备，对含油成份的测量使用定量荧光仪。定量荧光分析仪使用波长扫描方法得到荧光谱图，可以对岩样的含油浓度进行准确定量，同时也可以测定轻质油。但它需要使用大量试剂将采集的样品稀释到定量荧光仪的线性反应区放在荧光仪的比色皿中测量。上海神开公司的最先进产品SK-2DQF二维定量荧光仪虽然大大增加了测量范围，但仍不能实时在线测量，而且只能提供总的含油量而不是单独的成份含量。

在测井方面，国际著名的油服公司SChlumberger、BakerHughes、Halliburton等一直对光谱技术进行可行性研究并形成了实用新型系列专利。BakerHughes公司的R.DiFoggio使用光透射曲线的方法，获得流经采样管道截面的泥浆混合物的从400纳米到2000纳米范围的二维图像，可以直观地区分其中的水、油、气（甲烷）和碎沙石，并由此区分泥浆混合物是钻井液还是天然的地层液。SChlumberger公司的Mullins的方案包括该公司自主设计的光学钻井液分析仪（OpticalFluidAnalyzer-OFA）和气体分析模块（GasAnalysisModule-GAM）。OFA可以判别出流经测量工具的液体是否注意主要为气体，如果是的话接着把气体导入GAM。这样避免液GAM光学表面沉积干扰测量。GAM就是利用红外吸收光谱技术，通过光纤将光从光源导到钻头，并将从钻头测到的信号回传的分析模块。

随钻测量（MWD）在钻井过程中安装各种传感器、设备和控制器件来测量地层参数、泥浆液分析、监控钻头工具，并用数据遥测系统将测量结果实时送到地面处理。它能够实时监测到地层变化以便及时对钻井予以必要的调整，及时发现油藏中最有价值的地带，并最大限度在此钻井，提高油气的采收率。如果能准确及时地测量油气成份的含量，可提升对区块油气藏的详细描述，测定其中CH₄、CH₃、CH₂等烃基的含量，进而推知该岩层的天然气热值，然后相应划块开采，就会省去在地上的进一步分离和重组的过程。带有检测油气成份的随钻测量技术是目前我国科技部和石化企业的重点研发项目，研究工作在几个石化研究所和高校开展，按三个不同的功能模块分工：地层抽气、基于膜分离的液气分离技术和气体检测。本实用新型设计针对气体检测目标。传统技术通过检测测量随钻电阻率的变化和钻进阻力的大小发现油气层，然而这更多地是基于操作经验，而不能直接诊断。