[發(fā)明專利]一種光纖式激光拉曼鉆井液多參數(shù)分析裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110123192.1
• 申請日: 2011-05-13
• 公開（公告）號: CN102305783A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 張金亮;唐明明;任偉偉
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發(fā)明涉及一種鉆井液激光拉曼譜烴類檢測裝置。?

背景技術：

現(xiàn)有的鉆井液分析檢測裝置首先需要進行氣液膜分離，然后檢測烴類物質，本發(fā)明采用激光拉曼譜分析，實現(xiàn)了鉆井液的多參數(shù)分析，不用氣液分離，并可以實現(xiàn)實驗室模擬井下隨鉆，對鉆井液烴類進行檢測。?

采用激光拉曼譜對鉆井液進行多參數(shù)分析，有以下優(yōu)勢：由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光譜是研究水溶液中的烴類化合物的理想工具；拉曼一次可以同時覆蓋50-4000波數(shù)的區(qū)間，可對有機物及無機物進行分析；拉曼光譜譜峰清晰尖銳，更適合定量研究、數(shù)據(jù)庫搜索、以及運用差異分析進行定性研究；激光束的直徑在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常規(guī)拉曼光譜只需要少量的樣品就可以得到，這是拉曼光譜相對常規(guī)紅外光譜一個很大的優(yōu)勢；利用聚光鏡可將激光束進一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面積的樣品；共振拉曼效應可以用來有選擇性地增強分子特個基團的振動，這些發(fā)色基團的拉曼光強能被選擇性地增強1000到10000倍；可檢查背散射光，適合安裝在鉆具內，而紅外光譜一般檢查透射吸收光譜，結構復雜。?

發(fā)明內容：

本發(fā)明涉及一種用于鉆井液多參數(shù)分析的光纖式激光拉曼裝置。該裝置可根據(jù)隨鉆檢測要求的溫度和震動條件，研究鉆井液烴類拉曼譜響應特征，并分析溫度和震動對譜線的影響(圖1所示)。該裝置用于地面鉆井液激光拉曼譜烴類檢測，可實現(xiàn)井下隨鉆烴類檢測的實驗室模擬。?

該裝置主要包括：波長280nm、428nm、840nm和1046nm微型半導體激光器(功率＞50mw)四臺、染料激光器一臺、高硬度聚光探頭一個、振蕩器一臺、合金外殼一個、譜分析儀一臺和分析計算機一臺。光纖探頭絲接在步進電機驅動的震動模塊(振幅范圍：1mm-20mm，頻率范圍：1HZ-1000HZ)上，初步模擬震動參數(shù)對激光拉曼譜信號的影響(圖2所示)；鉆井液流動池放置在透明恒溫平臺(溫度范圍20℃-150℃)上，初步模擬溫度參數(shù)對鉆井液中烴類激光拉曼散射譜信號的影響；光學模塊、探頭模塊(圖3所示)、光纖傳輸部分均無機動部分，譜儀模塊內單片機為抗高溫單片機.(-55℃-150℃)，抗高溫抗震動。?

附圖說明：

圖1.光纖式激光拉曼鉆井液多參數(shù)分析裝置圖(a-激光器陣列，b-合金外殼，c-光纖導向器，d-光纖，e-藍寶石光纖探頭，f-光纖式譜儀，g-振蕩器，h-譜分析系統(tǒng)，i-鉆井液池。儀器平放，光學器件與外殼固定裝配)?

圖2.光纖聯(lián)接的拉曼譜探測系統(tǒng)(a-280nm激光器，b-480nm激光器，c-840nm激光器，d-1064nm激光器，e-光纖橋接器，f-中央輸出光光纖，g-光纖束，h-合金外殼，i-藍寶石窗口，j-聚光系統(tǒng)，k-拉曼譜輸入光纖，l-濾波鏡，m-譜儀)?

圖3.高硬度聚光探頭(a-藍寶石，b-錐形槽，c-光纖束包體，d-光纖，e-中央激光輸出光纖，f-合金外殼，g-聚光系統(tǒng)，h-拉曼散射光收集光纖，i-一次反射凹面鏡，j-內充液，k-二次反射凹面鏡，m-合金外殼，n-光纖，o-聚光透鏡)?

具體實施方式：

(1)四臺半導體激光器提供激光光源，染料激光器用于初步分析鉆井液中烴類成份的共振拉曼效應，激光器通過光學接口與光纖連接，輸出激光信號；?

(2)光纖聯(lián)接探測系統(tǒng)，利于模塊排布；?

(3)光纖探頭采用藍寶石(或外加薄層金剛石保護層)等高硬度、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫光學材料作為探頭的光學窗口，隔離外界環(huán)境；?

(4)探頭光學窗口后為聚焦系統(tǒng)，收集拉曼散射信號，提高信號強度；?

(5)高硬度聚光探頭的錐形槽可以防止藍寶石窗口在鉆桿高速轉動被離心力推出，保證機械強度；?

(6)光纖探頭絲接在步進電機驅動的震動模塊(振幅范圍：1mm-20mm，頻率范圍：1HZ-1000HZ)上，初步模擬震動參數(shù)對激光拉曼譜信號的影響；?

(7)鉆井液流動池放置在透明恒溫平臺(溫度范圍20℃-150℃)上，初步模擬溫度參數(shù)對鉆井液中烴類激光拉曼散射譜信號的影響；?

(8)光學模塊、探頭模塊、光纖傳輸部分均無機動部分，抗高溫抗震動。譜儀模塊內單片機為抗高溫單片機.(-55℃-150℃)；?

(9)密封劑采用全氟彈性體，耐高溫～316℃，耐酸、堿等1600種化學品，進一步保證隔離效果。?