[實用新型]測量油氣成分的隨鉆光譜儀裝置

有效

• 申請號: 201520336874.4
• 申請日: 2015-05-22
• 公開（公告）號: CN204984392U
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 季文海
• 申請（專利權）人: 季文海
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;G01N21/25
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

（一）技術領域

本實用新型涉及光學系統，具體涉及一種測量油氣成分的隨鉆光譜儀裝置。

（二）背景技術

隨鉆測量是高效開發復雜油氣藏的最重要手段，符合行業未來發展趨勢。基于光譜技術的油氣成份的隨鉆測量，可以有效地解決石油天然氣鉆探過程中油氣成份的實時在線測量，為鉆探決策提供可靠的依據。與眾多傳統技術相比，光譜技術具有多種成份同步探測、分析速度快、選擇性反應等技術優勢。本實用新型針對鉆探過程的高溫高壓封閉泥漿環境設計高溫專用紅外光譜儀系統，結合目前已經成熟的高溫電源和高溫電路，分步實現從油氣成份的定性檢測到定量測量。本實用新型的設計使整個分析系統的工組溫度提高到150℃，滿足95%以上的隨鉆測量環境，能夠填補國際空白，創造巨大的經濟效益。

目前我國多數油田處于開發中后期，地下油水關系復雜，開發油氣藏層薄、斷塊小。此外作為一種非常規能源，頁巖氣（ShaleGas）最近幾年引起廣泛關注，是國際和國內能源開發的重點領域。我國的頁巖氣儲量超過其它任何一個國家，大規模的頁巖氣開采蓄勢待發。在石油天然氣鉆探過程中，油氣成份的實時檢測有巨大的價值。對油氣成份的檢測主要集中在錄井和測井兩個環節，并且已經取得了重大進展。錄井主要是通過對鉆井液帶到地面的物質進行檢測。測井主要是鉆井完成后對地層液抽樣檢測；國外的儀器設備可以通過光纖傳輸光源實現在井下的分析。

在錄井方面，1980年Diller等就使用拉曼光譜技術測量天然氣中的成份；之后Dibble等針對自發拉曼散射光譜技術中的干擾成份的交叉反應、誘導熒光、化學發光等一系列伴生問題實現了提高和改進。R.P.SChnell使用633納米的氦氖激光對石油煉制廠管道中的油氣成份的拉曼散射光譜檢測，與之前的參考光譜比對確定成份含量。C.F.Summer將在巖石切割過程中傳到地面的樣品使用260納米的紫外輻射源，收集所產生的長波熒光輻射，與之前油泥混合漿的石油熒光譜比對，來確認巖石中是否有形成油。國內最新的綜合錄井設備，對含油成份的測量使用定量熒光儀。定量熒光分析儀使用波長掃描方法得到熒光譜圖，可以對巖樣的含油濃度進行準確定量，同時也可以測定輕質油。但它需要使用大量試劑將采集的樣品稀釋到定量熒光儀的線性反應區放在熒光儀的比色皿中測量。上海神開公司的最先進產品SK-2DQF二維定量熒光儀雖然大大增加了測量范圍，但仍不能實時在線測量，而且只能提供總的含油量而不是單獨的成份含量。

在測井方面，國際著名的油服公司SChlumberger、BakerHughes、Halliburton等一直對光譜技術進行可行性研究并形成了實用新型系列專利。BakerHughes公司的R.DiFoggio使用光透射曲線的方法，獲得流經采樣管道截面的泥漿混合物的從400納米到2000納米范圍的二維圖像，可以直觀地區分其中的水、油、氣（甲烷）和碎沙石，并由此區分泥漿混合物是鉆井液還是天然的地層液。SChlumberger公司的Mullins的方案包括該公司自主設計的光學鉆井液分析儀（OpticalFluidAnalyzer-OFA）和氣體分析模塊（GasAnalysisModule-GAM）。OFA可以判別出流經測量工具的液體是否注意主要為氣體，如果是的話接著把氣體導入GAM。這樣避免液GAM光學表面沉積干擾測量。GAM就是利用紅外吸收光譜技術，通過光纖將光從光源導到鉆頭，并將從鉆頭測到的信號回傳的分析模塊。

隨鉆測量（MWD）在鉆井過程中安裝各種傳感器、設備和控制器件來測量地層參數、泥漿液分析、監控鉆頭工具，并用數據遙測系統將測量結果實時送到地面處理。它能夠實時監測到地層變化以便及時對鉆井予以必要的調整，及時發現油藏中最有價值的地帶，并最大限度在此鉆井，提高油氣的采收率。如果能準確及時地測量油氣成份的含量，可提升對區塊油氣藏的詳細描述，測定其中CH₄、CH₃、CH₂等烴基的含量，進而推知該巖層的天然氣熱值，然后相應劃塊開采，就會省去在地上的進一步分離和重組的過程。帶有檢測油氣成份的隨鉆測量技術是目前我國科技部和石化企業的重點研發項目，研究工作在幾個石化研究所和高校開展，按三個不同的功能模塊分工：地層抽氣、基于膜分離的液氣分離技術和氣體檢測。本實用新型設計針對氣體檢測目標。傳統技術通過檢測測量隨鉆電阻率的變化和鉆進阻力的大小發現油氣層，然而這更多地是基于操作經驗，而不能直接診斷。