[發明專利]一種拉曼光譜氣體檢測系統及其檢測方法和應用

無效

• 申請號: 201110224709.6
• 申請日: 2011-08-05
• 公開（公告）號: CN102914530A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 陶海;施強;王崇敬;湯中榮;夏杰;唐誠;唐慶;權楊;范海濤;徐如剛;陳琪;陳舒
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中國石化集團西南石油局
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01V8/02
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 劉明華

技術領域

本發明屬于石油勘探開發領域，尤其涉及油氣錄井中的氣體檢測過程，應用拉曼光譜技術進行檢測的系統和方法。

背景技術

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。

烴類檢測中現有技術中常采用氫焰色譜SK-3Q04和紅外光譜技術。而采用氫焰色譜SK-3Q04的問題是只檢測烴類氣體；附屬設備多、氣路復雜，分析影響因素較多，較易出現故障；組分不能連續監測；檢測速度和檢測精度不能達到高效統一。而紅外光譜技術解譜難度大，組份分離度低；同機檢測多種氣體少；檢測精度比較低，范圍窄。

烴類檢測中現有技術應用熱導色譜SK-3R03或格林通硫化氫檢測儀。熱導色譜SK-3R03一般檢測H₂和CO₂；精度低；硫化氫檢測需要專用的檢測儀。非烴檢測儀存在問題是一種氣體基本上對應一種檢測儀器。

錄井氣體檢測發展趨勢是由各類檢測儀器組合式檢測、組份檢測周期式分析、重點檢測烴類氣體向簡練整合型發展、向實時分析發展和向各種氣體全面檢測發展。

發明內容

發明人經過長期研究，利用拉曼光譜技術。其拉曼光譜原理：在透明介質的散射光譜中，頻率與入射光頻率v0相同的成分稱為瑞利散射。頻率較小的成分v0-Δv稱為斯托克斯線。頻率較大的成分v0+Δv稱為反斯托克斯線。頻率對稱分布在v0兩側的譜線或譜帶v0±Δv為拉曼光譜。(如圖1)

本發明為了解決現有技術中存在的技術問題，研發了一種利用拉曼光譜進行分析檢測的系統和方法。

一種拉曼光譜氣體檢測系統，所述系統包括樣品預處理裝置，拉曼氣體分析儀，數據信號處理模塊，數據通信模塊，信號輸出顯示單元和主控單元；

所述樣品預處理裝置和所述拉曼氣體分析儀連接，用于將所述經過預處理的氣體輸入拉曼氣體分析儀中進行成分分析；所述的樣品預處理裝置為用于流程中的干燥凈化過程，經30目砂芯濾球初步過濾氣體內粉塵，再通過內裝變色硅膠干燥劑的干燥筒和冷凝器干燥被檢測氣體。

所述拉曼氣體分析儀將分析后的結果輸入給所述數據信號處理模塊；所述數據信號處理模塊通過所述的數據通信模塊將分析結果輸出給所述的信號輸出顯示單元；所述主控單元用于控制樣氣輸入。

在具體的應用中，所述拉曼氣體分析儀包括進氣管線，排氣管線，樣品氣分析腔，氦-氖激光等離子單元，光學儀器組和光傳感器；

所述進氣管線和樣品氣分析腔進口端相連，在所述樣品氣分析腔內設置有一組光傳感器，每個光傳感器分別對應其檢測分析的氣體；所述氦-氖激光等離子單元產生激光束，并通過光學儀器組共同作用對樣品氣進行檢測；所述檢測后的氣體通過所述排氣管線排出。

所述拉曼氣體分析儀中進氣管線上包含一個微粒過濾器，是指能過濾直徑＜0.2μm顆粒的過濾器，在所述的排氣管線上設置有壓力傳感器，流量傳感器和泵，對排出的氣體進行檢測和控制。

所述光學儀器組包括反射鏡，棱鏡和偏振鏡，反射鏡共兩片，位于激光檢測裝置的兩端，偏振鏡、棱鏡各一片，位于樣品氣分析腔外兩端。反射鏡、棱鏡和偏光器的作用就是改變激光方向，放大激光能量的作用。見圖2

本發明第二個發明點在于，利用拉曼光譜氣體檢測系統進行氣體檢測的方法，

所述檢測方法包括的步驟如下：檢測氣體為甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、CXHY(其他烴類混合氣體)、氫氣、二氧化碳。

1，檢測開始，主控單元發出指令；

2，樣品氣預處理步驟；

3，拉曼樣品氣分析步驟；

4，分析結果數據預處理步驟。

1、氣體傳感器微電流信號經內部放大器信號放大。2、內置A/D采集卡采集傳感器放大信號，由主控采集軟件將電信號根據標定轉化為濃度數值。3、OPC服務程序將數據存儲到數據庫，通過UDP、RS232、OPC服務器發送給其他用戶。4、根據設置和需要，通過內置I/O卡控制其他需要的開關、閥門、繼電器等控制設施。

5，數據結果輸出。

6，結束。

7，本發明將所述拉曼系統應用在錄井的氣體檢測領域中。

本發明所實現的發明效果：

1、指紋性振動譜準確識別氣體種類；

2、所需樣品量少，不需要預處理；

3、多組分樣品同時無損檢測；

4、分析快速，高空間分辨率；

5、基本無輔助設備，故障率低。