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原文传递一种用于钻井液含烃浓度的检测装置和分析方法

专利名称：	一种用于钻井液含烃浓度的检测装置和分析方法
摘要：	本发明公开了一种用于钻井液含烃浓度的检测装置，将拉曼光谱仪应用到随钻检测中，能够直接对钻井液中烃类物质进行检测，不需要做气液分离处理，装置整体结构简单，时效性好，在钻进过程中能够实时、快速对上返钻井液进行烃类检测。本发明还提供一种用于钻井液含烃浓度的分析方法，旨在对含油钻井液油珠由载玻片下体积向真实体积转换公式和对含油钻井液中的油珠进行定量研究，可以验证随钻烃类检测设备，在含油钻井液中能够明显地检测出原油的拉曼光谱，在钻进的过程中能够实时对钻井液进行烃类检测，能够定量地识别出含油钻井液中的原油浓度，提高油气勘探效率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	辽宁石油化工大学
发明人：	李存磊;王国良;马贵阳;张威;迟德霞;左晓春;周以刚
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910763150.0
公开号：	CN110455772A
代理机构：	北京高沃律师事务所
代理人：	张德才
分类号：	G01N21/65(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	113001辽宁省抚顺市望花区丹东路西段1号
主权项：	1.一种用于钻井液含烃浓度的检测装置，其特征在于：包括中空的仪器外壳和设置于所述仪器外壳内的耐压舱，所述仪器外壳能够与钻头相连接，所述耐压舱内为密闭空间，所述耐压舱内设置拉曼光谱仪、拉曼探头固定器和石英光窗，所述拉曼光谱仪具有拉曼探头，所述拉曼光谱仪与所述拉曼探头通过光纤相连，所述拉曼光谱仪能够将检测数据传输至外部设备，所述拉曼探头设置于所述拉曼探头固定器上，所述石英光窗设置于所述拉曼探头的底部，所述耐压舱的底部设置样品池外管，所述石英光窗镶嵌于所述耐压舱的底壁上且正对所述样品池外管，所述仪器外壳的侧壁上具有钻井返液进出通道，所述样品池外管通过所述钻井返液进出通道与外界环境相连通，所述样品池外管内设置有活塞，所述活塞可滑动地设置于所述样品池外管内，所述活塞与所述样品池外管之间设置密封元件，所述活塞远离所述钻井返液进出通道的一侧设置驱动器，所述驱动器能够带动所述活塞运动。 2.根据权利要求1所述的用于钻井液含烃浓度的检测装置，其特征在于：所述耐压舱的底部设置缺口，所述缺口处设置光窗固定器，所述石英光窗设置于与所述光窗固定器相连。 3.根据权利要求2所述的用于钻井液含烃浓度的检测装置，其特征在于：所述拉曼探头固定器与所述光窗固定器相连，所述拉曼探头固定器与所述拉曼探头之间设置密封胶，所述拉曼探头与所述石英光窗相抵接。 4.根据权利要求1所述的用于钻井液含烃浓度的检测装置，其特征在于：所述钻井返液进出通道处设置滤网，所述滤网能够过滤钻井液中的岩屑。 5.根据权利要求1所述的用于钻井液含烃浓度的检测装置，其特征在于：所述驱动器为液压缸，所述液压缸与所述活塞相连。 6.根据权利要求1所述的用于钻井液含烃浓度的检测装置，其特征在于：所述耐压舱内设置拉曼仪固定器，所述拉曼光谱仪设置于所述拉曼仪固定器上，所述拉曼光谱仪与所述拉曼仪固定器可拆卸连接。 7.根据权利要求6所述的用于钻井液含烃浓度的检测装置，其特征在于：所述拉曼光谱仪与所述拉曼仪固定器之间设置减震器，所述减震器包括弹性件。 8.一种用于钻井液含烃浓度的分析方法，利用权利要求1-7任一项所述的用于钻井液含烃浓度的检测装置，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、对含油钻井液制片观察后发现，在原油占含油钻井液25％的时候，当以40X为放大倍数时，随着温度的升高油珠在钻井液中的离散程度也逐渐变大，当温度达到65℃时油珠与视野的比值达到了最大值；步骤二、利用油珠在钻井液中与制片后的总体积保持不变的原则建立的恒等关系式：πr2h＝4πR3/3，式中，r为制片后视野中的油珠半径，h为制片后油珠的厚度，R为油珠在钻井液中的半径；测试含油钻井液的密度和重量，由公式ρ＝m/v，式中，ρ为钻井液的密度，m为含油钻井液的重量，v为含油钻井液的体积，计算出含油钻井液的体积，再由公式V含油钻井液＝a2h，式中，a为盖薄片的边长，h为制片后盖薄片与载玻片中含油钻井液摊开后的高度，得出含油钻井液盖玻片下的厚度；根据镜下照片可以统计出油珠的直径，将统计出的油珠直径带入公式πr2h＝4πR3/3中，就可以由镜下照片推出油珠的真实体积；步骤三、当油珠直径大于50μm时会受到界面张力的影响，此时油珠在制片的过程中两端将不再呈现出圆柱的形状，计算得到原油45℃～85℃下的界面张力，带入界面张力公式u＝FVρg/R，其中，u为界面张力，F为表面张力系数，V为油珠体积，ρ为原油密度，R为半径，计算得出温度与油珠体积、半径之间的关系式：V＝625RT/6468-4325/2156，根据镜下照片可以统计出油珠的直径，将统计出的油珠直径带入公式，可以根据镜下照片推出油珠的真实体积；当油珠直径小于50μm时，由于此时油珠的直径小于制片后盖薄片与载玻片中含油钻井液摊开后的高度，油珠以球状存在于制片后的含油钻井液中，此时推测油珠的真实体积利用球体公式可以推测出；当油珠直径为50μm，此时恰好达到制片后盖薄片与载玻片中含油钻井液摊开后的高度，不受界面张力的影响，此刻油珠将以圆柱体的形态存在于制片后的含油钻井液中，利用圆柱体公式可以推测出油珠的真实体积；步骤四、根据不同浓度含油钻井液镜下照片，统计出照片中所有油珠的半径，可以求出油珠的体积，将不同温度下油珠的分布建立油珠在钻井液中的分布图；步骤五、通过不同浓度的拉曼光谱分析，得到了在85℃下浓度与拉曼光谱的线性关系式：y＝145.8x+1319，其中x为含油钻井液中原油浓度，y为拉曼峰值强度；步骤六、含油钻井液是按照不同含量的原油与一定量的钻井液配比制成，将含油钻井液中的原油当成待测物质，钻井液可以看作为背景混合物，令R钻表示背景混合物的拉曼光谱，根据光谱叠加原理可以得出，含油钻井液的拉曼光谱R混应该满足待测原油成分光谱R油与背景光谱R钻的线性可见性，即： R混(v)＝yA钻R钻(v)+xA油R油(v) (1-1) 式中：A钻为背景混合物的拉曼强度，A油为待测成分的拉曼强度，v为波数；令K油表示待测成分与背景混合物的相对拉曼强度系数，即： K油＝A油/A钻 (1-2) 将式(1-2)带入式(1-1)中得到： R混(v)＝A钻[yR钻(v)+xK油R油(v)] (1-3) 式中，x和y分别为含油钻井液中原油与钻井液的体积分量，可知 x+y＝1 (1-4) 为了消除环境等因素对拉曼光谱强度的影响，对所测量出的含油钻井液光谱进行归一化处理，令v归表示归一化后的波数，得到含油钻井液归一化的光谱为：再令：则含油钻井液的归一化光谱可写成钻井液与待测原油的加权和形式步骤七、光谱合成算法得到背景光谱和待测成分光谱在混合物中的合成系数，对混合物中的待测成分浓度进行定量分析，得出待测成分体积分量的预测值与背景混合物的相对拉曼强度系数及光谱合成系数的关系： X＝b/(aK油+b) (1-10) 其中为背景混合物的相对拉曼强度系数，a、b为光谱合成系数；步骤八、取一定量的钻井液在温度85℃时，加入不同体积的原油，得到四组样品并分别测量它们中原油、钻井液和含油钻井液的拉曼光谱，对每个样品拉曼光谱积分时间相同，多次测量取平均值；得到1519cm-1处的拉曼峰值强度，计算钻井液平均峰值和原油的平均分值，将结果带入公式(1-2)(1-6)(1-7)(1-8)(1-4)中依次计算，由计算结果可知，定量分析能够说明含油钻井液中原油的浓度；步骤九、定量分析结果影响因素分析：在实际检测过程中，温度受地层深度的影响，同一波数下不同温度拉曼峰值强度随着温度的增加而上升，由此建立温度与波数之间的关系式： R(v)T＝3.66T+1595.9 (1-11) 式中T为温度，R(v)T为温度T下的波数，由公式(1-11)可以计算出不同温度下含油钻井液的拉曼光谱峰值强度，通过归一化处理后带入公式即可对原油进行定量分析。
所属类别：	发明专利