[發(fā)明專利]一種基于光場(chǎng)重構(gòu)的井下液體分析系統(tǒng)及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010764647.7
• 申請(qǐng)日: 2020-08-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111879714A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊琦;許一力
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州譜析光晶半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/31
• 分類號(hào): G01N21/31
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

一種基于光場(chǎng)重構(gòu)的井下液體分析系統(tǒng)，包括一寬光譜光源，其波長(zhǎng)范圍涵蓋400納米至2200納米的可見(jiàn)光和近紅外波段；第一光場(chǎng)整形組件，用于將光源發(fā)射的寬光譜整形為平行光；一液體檢測(cè)通道，液體檢測(cè)通道包括平行光可直進(jìn)、直出的進(jìn)光口與出光口；第二光場(chǎng)整形組件，用于將經(jīng)過(guò)液體檢測(cè)通道的平行光在空間上進(jìn)行頻率分離；一光接收組件，所述光接收組件用于探測(cè)分光后特定波長(zhǎng)的光信號(hào)，本發(fā)明還提供了一種基于光場(chǎng)重構(gòu)的井下液體分析方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)分光強(qiáng)的方式，大幅提高了載有信息光線的利用效率，提高了數(shù)據(jù)分析的精度；同時(shí)工作時(shí)不需要外加機(jī)械部件，可實(shí)現(xiàn)全固態(tài)制作，更加適用于適應(yīng)井下的高溫、高壓及高振動(dòng)環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光場(chǎng)重構(gòu)的井下液體分析系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

石油探測(cè)過(guò)程中需要在井下對(duì)開(kāi)采到的液體成分進(jìn)行實(shí)時(shí)的液體成分分析。實(shí)時(shí)井下液體成分分析主要提供了以下優(yōu)勢(shì)：

1）及時(shí)提供液體成分信息以幫助現(xiàn)場(chǎng)工程師快速制定勘測(cè)計(jì)劃；

2）避免了液體在轉(zhuǎn)送過(guò)程中的損壞，變質(zhì)；

3）液體在不同壓力和溫度環(huán)境中會(huì)發(fā)生相變，因此現(xiàn)場(chǎng)的成分更具價(jià)值；

4）與探測(cè)過(guò)程中的其它信息同步（例如溫度，電阻率等）。

正是由于以上優(yōu)勢(shì)，實(shí)時(shí)井下液體成分分析被廣泛應(yīng)用于石油探測(cè)領(lǐng)域，包括油氣儲(chǔ)層液體性質(zhì)探測(cè)、油氣儲(chǔ)層邊界分析、確定油氣成分等級(jí)、根據(jù)液體腐蝕性及結(jié)垢性制定開(kāi)采和完井方案、確保樣本的純度和單相性、確定儲(chǔ)層油氣比例。

目前，傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)井下液體成分分析方式大體包括以下兩種：

第一種傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)井下液體成分分析包括以下步驟：

1）在石油傳輸管道中開(kāi)設(shè)一個(gè)窗口，入射光全部均勻地照射到待分析液體段；

2）入射光線經(jīng)過(guò)液體時(shí)特定波長(zhǎng)的光會(huì)被液體中相應(yīng)成分吸收。例如水的主要吸收峰在1500納米左右，二氧化碳的主要吸收峰在2000納米左右，中油在1700納米具有一個(gè)吸收峰……；

3）然后出射光經(jīng)光纖陣列分光，每個(gè)通道的光纖通過(guò)出射光的一部分；例如在20通道光纖陣列中，每一個(gè)通道中將通過(guò)全部出射光的1/20；

4）從光纖組出射的光線經(jīng)過(guò)濾光片以通過(guò)各個(gè)特定波長(zhǎng)的光（針對(duì)相應(yīng)的探測(cè)液體成分）；

5）通過(guò)濾光片的特定波長(zhǎng)的光進(jìn)入光譜儀陣列中，每個(gè)光譜儀分析其針對(duì)的光；

6）根據(jù)各個(gè)光譜儀探測(cè)到的強(qiáng)度可以計(jì)算出液體中各種成分的含量。

這種傳統(tǒng)的一個(gè)重要的局限性是每一組光纖通道中只通過(guò)了部分光線，通常為光通量總量的1/10以下。大量的攜帶信息的光線被浪費(fèi)。這不僅對(duì)光譜儀的精度提出較高要求，同時(shí)也進(jìn)一步限制了有效信號(hào)的信噪比。

第二種傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)井下液體成分分析方式與第一種不同之處在于當(dāng)光線經(jīng)過(guò)液體后并不通過(guò)光纖陣列分光，而是全部照射到光學(xué)芯片上。每一種光學(xué)芯片用于分析不同的成分。為了實(shí)現(xiàn)分析多種成分，通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的方式使得不同的光學(xué)芯片輪流移動(dòng)到光線的出射窗口。這種分析方式實(shí)現(xiàn)了含信息光線的全部利用，但是卻不得不使用機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)方式。這在井下的高振動(dòng)環(huán)境很難保證可靠性，從而也導(dǎo)致了成品率一直難以提高。。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在以上缺陷，本發(fā)明提供一種基于光場(chǎng)重構(gòu)的井下液體分析系統(tǒng)及方法如下：

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于光場(chǎng)重構(gòu)的井下液體分析系統(tǒng)，包括：