本发明专利技术公开了一种钻井液分析装置及其分析方法，所述装置包含计算机，还包含传感器、直流电源、信号处理电路；直流电源与传感器连接为其提供工作电源；信号处理电路分别与传感器、计算机连接。所述分析方法将传感器设置在钻井液槽中，由传感器向被测样品发射拉曼激发光，接收被测样品发出的拉曼散射光，并将拉曼散射光的光信号转换为模拟电信号发送给信号处理电路进行数模转换为拉曼数字信号，此后信号处理电路将拉曼数字信号发送给计算机进行分析计算，利用拉曼散射光强度与被测样品浓度的关系式计算出被测样品中烃类物质的浓度。本发明专利技术能够直接对钻井液进行实时定量分析，检测速度快，分析准确度高，并且该装置结构简单，性能稳定，成本较低廉。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钻井液分析装置，尤其涉及一种基于拉曼光谱分析的钻井液分析装置及其分析方法。
技术介绍
光子和分子碰撞过程中，除了被分子吸收以外，还会发生散射。由于碰撞方式不同，光子和分子之间会有多种散射形式(弹性碰撞和非弹性碰撞)。如果光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，这不仅使光子改变了其运动方向，也改变了其能量，这种散射在光谱上被称为拉曼散射，强度大约是入射线的10_7。这是印度物理学家拉曼在1928年研究苯的光散射时发现的，并因此获得了 1930年诺贝尔物理学奖。由于拉曼散射所涉及的主要是分子的振动能级和转动能级，所以它和红外光谱有 相同的对象范围。而不同的是，从微观角度看，红外光谱来源于分子的固有偶极矩，是由分子的不对称振动引起的；而散射光谱来源于分子的感生偶极矩，是由具有对称分布的键的对称振动引起的。这两者具有互补性。值得注意的是，拉曼光谱的峰较红外光谱要尖锐可分，而且拉曼光谱不受水的影响。此外，同核双原子分子(氢气、氮气等)由于其偶极矩为零，所以没有红外光谱，但是它的伸缩振动会产生拉曼光谱。因此，拉曼光谱可以用来检测除稀有气体外的几乎所有物质。如附图I所示，其中横坐标为拉曼位移，纵坐标为拉曼散射光的强度，从附图I中可以看出，烃类物质如甲烷、丙烷、正己烷、正辛烷等由于具有相似的结构特征，在拉曼光谱上具有相近的拉曼位移，并且它们的拉曼散射光的强度与其浓度成正比关系。在油气勘探过程中，对上返钻井液中所携带的烃类物质的定性、定量检测是录井的关键技术，其目的是直接发现油气层。目前，对钻井液中油气的鉴别主要是通过气体检测技术，将钻井液所携带的地层中的含油物质(低级烷烃为主)脱气分离后，利用快速气相色谱分析技术对其加以检测。气相色谱分析存在的主要缺陷是(I)待检测的钻井液样品需经过脱气分离处理，操作步骤复杂，并且需使用空气压缩机、氢气发生器等一系列辅助生产设备，成本较高；(2)脱气分离处理设备和气相色谱分析设备的气路系统较复杂，检测速度较慢，并且故障发生率高；(3)在对钻井液进行脱气分离处理的过程中，脱气效率的不恒定以及气样传输管线的温度均对检测结果有直接的影响，影响气相色谱分析稳定性与可靠性。
技术实现思路
本专利技术提供了，能够直接对钻井液进行实时定量分析，检测速度快，分析准确度高，并且装置结构简单，性能稳定，成本较低廉。本专利技术采用以下技术方案来实现一种钻井液分析装置，该所述装置包含计算机，其特点是，所述钻井液分析装置还包含传感器、直流电源、信号处理电路；所述的直流电源与传感器连接为其提供工作电源；所述的信号处理电路分别与传感器、计算机连接；所述的传感器输出模拟电信号并发送到信号处理电路，信号处理电路将模拟电信号进行模数转换使之成为拉曼数字信号并发送给计算机，计算机对接收到的拉曼数字信号进行处理，并通过信号处理电路与传感器双向传输控制信号与数据。上述的一种钻井液分析装置，其特点是，所述传感器包含壳体和设置在壳体上的蓝宝石窗口，壳体内还包含激发光源、雪崩二极管检测模块、直角棱镜、二向色滤光片；所述的雪崩二极管检测模块与激发光源并列间隔设置；所述的直角棱镜与雪崩二极管检测模块对应间隔设置；所述的二向色滤光片间隔斜置在直角棱镜与蓝宝石窗口之间，并与激发光源相对应；所述的激发光源、直角棱镜与二向色滤光片、雪崩二极管检测模块形成传感器中的光路。上述的一种钻井液分析装置，其特点是，所述蓝宝石窗口的横截面形状设为平面或弧面。上述的一种钻井液分析装置，其特点是，所述激发光源为脉冲激发光源；所述的雪崩二极管检测模块的工作频率与激发光源的脉冲频率相匹配。上述的一种钻井液分析装·置，其特点是，所述的壳体内还包含一恒温控制器，所述恒温控制器设置在激发光源和雪崩二极管检测模块的外围，该恒温控制器对其内部的激发光源和雪崩二极管检测模块进行恒温控制。上述的一种钻井液分析装置，其特点是，所述的传感器的壳体内还包含一组拉曼滤光片，所述的一组拉曼滤光片设置在直角棱镜与雪崩二极管检测模块之间；所述的一组拉曼滤光片包含至少一片窄带滤光片。上述的一种钻井液分析装置，其特点是，所述的传感器的壳体内还包含多组光纤，各所述光纤将激发光源、二向色滤光片、直角棱镜、拉曼滤光片、雪崩二极管检测模块依次连接。上述的一种钻井液分析装置，其特点是，所述传感器的壳体内还包含一组或多组透镜，各所述透镜设置在传感器的光路中，调节和优化拉曼激发光和拉曼散射光传播的光路。一种钻井液分析方法，用于上述的一种钻井液分析装置，其特点是，所述分析方法包含以下步骤 步骤I，将所述的一种钻井液分析装置的传感器设置在钻井液槽中，将该钻井液分析装置与外部电源连接并打开相应的电源开关，直流电源向传感器提供工作电源； 步骤2，计算机通过信号处理电路对传感器设定参数； 步骤3，传感器根据步骤2接收到的设定参数向钻井液槽中的被测样品发射拉曼激发光，并接收被测样品被激发散射回来的拉曼散射光，将拉曼散射光的光信号转换为模拟电信号; 步骤4，传感器将模拟电信号输出到信号处理电路，信号处理电路对模拟电信号进行模数转换，使之转变为拉曼数字信号，并将该拉曼数字信号向计算机输出。步骤5，计算机对一种烃类物质标准样建立数据库，该数据库中包含标准样的浓度与拉曼散射光强度的数据；计算机将接收到的拉曼数字信号的大小与数据库中标准样的拉曼散射光强度数据进行比较分析，计算得到钻井液被测样品中的烃类物质浓度。上述的一种钻井液分析方法，其特点是，所述步骤3还包括 步骤3. I，传感器的激发光源根据步骤2接收到的设定参数向外发射拉曼激发光， 步骤3. 2，由于二向色滤光片具有选择性的反射或透射某一频率范围的光的特性，发射到二向色滤光片上的拉曼激发光被反射，反射的拉曼激发光通过蓝宝石窗口传播到钻井液槽中的被测样品上； 步骤3. 3，被测样品被拉曼激发光激发后向外散射拉曼散射光； 步骤3. 4，被测样品散射出的拉曼散射光通过蓝宝石窗口传播到二向色滤光片上，由于二向色滤光片具有选择性的反射或透射某一频率范围的光的特性，拉曼散射光透射过二向色滤光片，并向直角棱镜传播； 步骤3. 5，向直角棱镜传播的拉曼散射光垂直于直角棱镜的一个直角面透射入直角棱镜内，并传播到直角棱镜的斜面内侧，拉曼散射光经过斜面的反射后改变传播方向向直角棱镜的另一个直角面传播，并在该直角面上透射到直角棱镜外； 步骤3. 6，经过直角棱镜改变传播方向的拉曼散射光传播到雪崩二极管检测模块上，雪崩二极管检测模块将接收到的拉曼散射光的光信号转换为模拟电信号。··与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果 本专利技术一种钻井液分析装置由于包括传感器、直流电源、信号处理电路、计算机，设备结构简单，成本低廉，并且便于日常工作中的保养和维护；本专利技术装置由于设置有传感器并且将传感器设置在钻井液槽中直接对钻井液进行测量，节省了脱气分离处理等一系列辅助生产设备，故障发生率比较低，性能稳定；本专利技术由于设置有传感器，并且在传感器中设置有激发光源和接收并转换拉曼散射光信号的雪崩二极管检测模块，利用烃类物质在拉曼光谱上有相似的拉曼位移，并且拉曼散射光的强度与被测样品浓度成正比的特性，实现对钻井液中烃类物质浓度的实时定量测量，分析速度快、准确度高，能够满足石油勘探和煤层气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钻井液分析装置，该所述装置包含计算机（4），其特征在于，所述钻井液分析装置还包含：传感器（1）、直流电源（2）、信号处理电路（3）；所述的直流电源（2）与传感器（1）连接为其提供工作电源；所述的信号处理电路（3）分别与传感器（1）、计算机（4）连接；所述的传感器（1）输出模拟电信号并发送到信号处理电路（3），信号处理电路（3）将模拟电信号进行模数转换使之成为拉曼数字信号并发送给计算机（4），计算机（4）对接收到的拉曼数字信号进行处理，并通过信号处理电路（3）与传感器（1）双向传输控制信号与数据。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵要强，郑周俊，陈勇，
申请(专利权)人：上海神开石油化工装备股份有限公司，上海神开石油设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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