一种基于激光或红外技术的溶解气体随钻探测装置及方法与流程

本发明涉及一种随钻气体浓度测量装置，特别涉及一种基于激光或红外技术的溶解气体随钻探测装置及方法。

背景技术：

在石油钻井工程领域，储层的油气显示只能通过钻井泥浆携带物油气含量判断，而钻井泥浆将携带物从几千米深的井底携带至井口，油气信息传递严重滞后于地层本身，且信息反馈不够详细与完备；针对常见的低渗透储层，储层信息传递的缺失及迟滞，会引起钻井泥浆对储层油气资源的污染，增加后期油气资源的开发成本，且随着新能源可燃冰开采技术的推进，也急需一种可随钻在线检测溶解气体的装置。

目前，常见的甲烷传感器主要是用来检测煤矿空气中气体浓度，其原理与结构无法实现钻井泥浆中的溶解气体浓度进行检测；且常规的电化学测量原理已不能满足钻井过程溶解气气体浓度测量下限的需求；对于钻井中的溶解气随钻探测装置尚未见国内外有所报道。

技术实现要素：

针对现有技术的空白，本发明的目的在于提供一种基于激光或红外技术的溶解气体随钻探测装置及方法，能够在钻井过程实现地层油气参数的实时采集与记录，具有反馈信息及时，数据详细完备，且气体浓度检测下限较低的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于激光或红外技术的溶解气体随钻探测装置，包括两端呈锥状的柱体2，所述柱体2内设中空管腔20，柱体2一端设置有下螺纹接头1，所述柱体2另一端设置有上螺纹接口8，所述柱体2中间设有掏空空间3，在掏空空间3内且掏空空间3的一侧安装连接有水气分离单元7，水气分离单元7的气体进口端与中空管腔20相通，水气分离单元7气体出口端与气体预处理器6气体进口端连接，所述气体预处理器6气体出口端与微型往复泵5气体入口端连接，所述微型往复泵5气体出口端与激光或红外检测单元4的气体入口端连接，激光或红外检测单元4的信号输出端通过光电缆与信息处理器10信号端连接，所述信息处理器10电源端设置有电源9。

所述中空管腔20近上螺纹接口8一端设置有扩张口11。

所述水气分离单元7包括中心设有孔腔21的环形支撑件12，环形支撑件12外侧与多孔烧结块14的一侧相连接，多孔烧结块14另一侧与疏水透气膜13一侧相连接，疏水透气膜13另一侧设置有环形密封件15。

所述疏水透气膜13为双向透气膜。

所述气体预处理器6内部充填干燥剂。

所述激光或红外检测单元4内设置有衰荡光腔18，所述衰荡光腔18内部两侧相对设置有一组镜面19，所述衰荡光腔18的外侧设置有激光红外发射端16，激光红外发射端16发射的激光或红外经两侧镜面19多次反射后，被设置在输出光路上的激光红外接收端17接收。

所述激光或红外发射端16及激光或红外接收端17的入射角度与出射角度可根据光程调节。

一种基于激光或红外技术的溶解气体随钻探测装置的探测方法，包括以下具体步骤：

步骤一，将所述一种基于激光或红外技术的溶解气体随钻探测装置通过上螺纹接口8与下螺纹接口1连接钻柱，工作时，流体由上螺纹接口8流向下螺纹接口1，流体在经过扩张口11后形成局部涡旋，在局部涡旋及水气分离单元7的作用下，流体中的溶解气体脱离水体，进入气体预处理器6中，在微型往复泵5的循环下，分离气体进入激光或红外检测单元4；

步骤二，在微型往复泵5的作用下，分离气体在激光或红外检测单元4内吸收往复反射的激光或红外，并被激光或红外检测单元4转换为电流大小；

步骤三，信息处理器10对转换电流进行算法处理及信息存储，完成钻井中流体溶解气体浓度的随钻检测。

步骤三所述信息处理器10采用以下公式实现对气体浓度与电流的转换：

公式1)中，i为电流，n为气体浓度，a为激光或者红外系统功率相关参数，b为常系数；

气体浓度参数n是与时间t相关具体关系为：

n＝(po-no)e^-βt+po2)

公式2)中，po为外界气体浓度；β为与传感器结构相关的系数。

由于本发明设置激光或红外检测单元4、微型往复泵5和信息处理器10，通过微型往复泵5的动力促使内部气体循环，信息处理单元器通过激光或红外检测单元4的反馈信号，经过处理后转换为气体浓度值，并将信息储存在信息处理器10内；能够钻进地层对油气、可燃冰等新能源浓度进行检测与储存，详细、精确的记录地层的油气资源的储存情况，具有反馈信息及时，数据详细完备，且气体浓度检测下限较低的优点；流体流经扩张口11时产生的低压涡旋，大大提高涡旋部位的水气分离装置的气液分离效率。节约了油气、可燃冰等新能源开发工作的经济成本和时间成本。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

图2为本发明水气分离单元结构示意图。

图3为本发明激光或红外检测单元结构示意图。

图中：1、下螺纹接口；2、本体；3、掏空空间；4、激光或红外检测单元；5、微型往复泵；6、气体预处理器；7、水气分离单元；8、上螺纹接口；9、电源；10信息处理器；11扩张口；12、支撑结构；13、疏水透气膜；14、多孔烧结钛合金块；15、环形密封件；16、激光红外发射端；17、激光红外接收端；18、衰荡光腔；19、镜面；20、中空管腔；21、孔腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明结构原理和工作原理做进一步的描述。参见图1，一种基于激光或红外技术的溶解气体随钻探测装置，包括两端呈锥状的柱体2，所述柱体2内设中空管腔20，流体流经中空管腔20，柱体2一端设置有下螺纹接头1，所述柱体2另一端设置有上螺纹接口8，所述柱体2中间设有掏空空间3，在掏空空间3内且掏空空间3的一侧安装连接有水气分离单元7，水气分离单元7的气体进口端与中空管腔20相通，水气分离单元7气体出口端与气体预处理器6气体进口端连接，所述气体预处理器6气体出口端与微型往复泵5气体入口端连接，所述微型往复泵5气体出口端与激光或红外检测单元4的气体入口端连接，激光或红外检测单元4的信号输出端通过光电缆与信息处理器10信号端连接，所述信息处理器10电源端设置有电源9。

所述柱体2的中空管腔20近上螺纹接口8一端设置有扩张口11，流体流经扩张口11时产生的低压涡旋，大大提高涡旋部位的水气分离装置的气液分离效率。

参见图2，所述水气分离单元7包括中心设有孔腔21的环形支撑件12，环形支撑件12外侧与多孔烧结块14的一侧相连接，多孔烧结块14另一侧与疏水透气膜13一侧相连接，疏水透气膜13另一侧设置有环形密封件15；当流体流经水气分离单元7，经过疏水透气膜13滤过后，分离气体进入气体预处理器6。

所述疏水透气膜13为双向透气膜，水内气体分压高于腔内，气体从水到腔，水内气体分压低于腔内，气体从腔到水。

所述气体预处理器6内部充填干燥剂。

参见图3，所述激光或红外检测单元4内设置有衰荡光腔18，所述衰荡光腔18内部两侧相对设置有一组镜面19，所述衰荡光腔18的外侧设置有激光红外发射端16，激光红外发射端16发射的激光或红外经两侧镜面19多次反射后，被设置在输出光路上的激光红外接收端17接收；对气体进行定性定量测量。

所述激光或红外发射端16及激光或红外接收端17的入射角度与出射角度可根据光程调节，角度越小，光程越长，精度越高。

一种基于红外及激光技术的溶解气体随钻探测装置的探测方法，包括以下具体步骤：

步骤一，将所述一种基于激光或红外技术的溶解气体随钻探测装置通过上螺纹接口8与下螺纹接口1连接钻柱，工作时，流体由上螺纹接口8流向下螺纹接口1，流体在经过扩张口11后形成局部涡旋，在局部涡旋及水气分离单元7的作用下，流体中的溶解气体脱离水体，进入气体预处理器6中，在微型往复泵5的循环下，分离气体进入激光或红外检测单元4；

步骤二，在微型往复泵5的作用下，分离气体在激光或红外检测单元4内吸收往复反射的激光或红外，并被激光或红外检测单元4转换为电流大小；

步骤三，信息处理器10对转换电流进行算法处理及信息存储，完成钻井中流体溶解气体浓度的随钻检测。

步骤三所述信息处理器10采用以下公式实现对气体浓度与电流的转换：

公式1)中，i为电流，n为气体浓度，a为激光或者红外系统功率相关参数，b为常系数；

气体浓度参数n是与时间t相关具体关系为：

n＝(po-no)e^-βt+po2)

公式2)中，po为外界气体浓度；β为与传感器结构相关的系数。

以上具体实施方式仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述具体实施方式对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明权利要求范围当中。