专利名称：一种拉曼光谱气体检测系统及其检测方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于石油勘探开发领域，尤其涉及油气录井中的气体检测过程，应用拉曼光谱技术进行检测的系统和方法。
背景技术：
录井是勘探开发的“眼睛”。气体检测技术是录井的关键技术，录井气体检测的目的一是直接发现油气层，二是做好有毒有害气体的监测预警，三是发现非烃类气体矿藏。烃类检测中现有技术中常采用氢焰色谱SK-3Q04和红外光谱技术。而采用氢焰色谱SK-3Q04的问题是只检测烃类气体；附属设备多、气路复杂，分析影响因素较多，较易出现故障；组分不能连续监测；检测速度和检测精度不能达到高效统一。而红外光谱技术解谱难度大，组份分离度低；同机检测多种气体少；检测精度比较低，范围窄。
烃类检测中现有技术应用热导色谱SK-3R03或格林通硫化氢检测仪。热导色谱SK-3R03 一般检测H2和CO2 ;精度低；硫化氢检测需要专用的检测仪。非烃检测仪存在问题是一种气体基本上对应一种检测仪器。录井气体检测发展趋势是由各类检测仪器组合式检测、组份检测周期式分析、重点检测烃类气体向简练整合型发展、向实时分析发展和向各种气体全面检测发展。
发明内容
发明人经过长期研究，利用拉曼光谱技术。其拉曼光谱原理在透明介质的散射光谱中，频率与入射光频率vO相同的成分称为瑞利散射。频率较小的成分v0-Av称为斯托克斯线。频率较大的成分νΟ+Λν称为反斯托克斯线。频率对称分布在vO两侧的谱线或谱带vO土 Δ V为拉曼光谱。(如图I)本发明为了解决现有技术中存在的技术问题，研发了一种利用拉曼光谱进行分析检测的系统和方法。一种拉曼光谱气体检测系统，所述系统包括样品预处理装置，拉曼气体分析仪，数据信号处理模块，数据通信模块，信号输出显示单元和主控单元；所述样品预处理装置和所述拉曼气体分析仪连接，用于将所述经过预处理的气体输入拉曼气体分析仪中进行成分分析；所述的样品预处理装置为用于流程中的干燥净化过程，经30目砂芯滤球初步过滤气体内粉尘，再通过内装变色硅胶干燥剂的干燥筒和冷凝器干燥被检测气体。所述拉曼气体分析仪将分析后的结果输入给所述数据信号处理模块；所述数据信号处理模块通过所述的数据通信模块将分析结果输出给所述的信号输出显示单元；所述主控单元用于控制样气输入。在具体的应用中，所述拉曼气体分析仪包括进气管线，排气管线，样品气分析腔，氦-氖激光等离子单元，光学仪器组和光传感器；所述进气管线和样品气分析腔进口端相连，在所述样品气分析腔内设置有一组光传感器，每个光传感器分别对应其检测分析的气体；所述氦-氖激光等离子单元产生激光束，并通过光学仪器组共同作用对样品气进行检测；所述检测后的气体通过所述排气管线排出。所述拉曼气体分析仪中进气管线上包含一个微粒过滤器，是指能过滤直径< O. 2 μ m颗粒的过滤器，在所述的排气管线上设置有压力传感器，流量传感器和泵，对排出的气体进行检测和控制。所述光学仪器组包括反射镜，棱镜和偏振镜，反射镜共两片，位于激光检测装置的两端，偏振镜、棱镜各一片，位于样品气分析腔外两端。反射镜、棱镜和偏光器的作用就是改变激光方向，放大激光能量的作用。见图2本发明第二个发明点在于，利用拉曼光谱气体检测系统进行气体检测的方法，所述检测方法包括的步骤如下检测气体为甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、 CXHY (其他烃类混合气体)、氢气、二氧化碳。I，检测开始，主控单元发出指令；2,样品气预处理步骤；3,拉曼样品气分析步骤；4，分析结果数据预处理步骤。I、气体传感器微电流信号经内部放大器信号放大。2、内置A/D米集卡米集传感器放大信号，由主控采集软件将电信号根据标定转化为浓度数值。3、OPC服务程序将数据存储到数据库，通过UDP、RS232、0PC服务器发送给其他用户。4、根据设置和需要，通过内置I/O卡控制其他需要的开关、阀门、继电器等控制设施。5，数据结果输出。6，结束。7，本发明将所述拉曼系统应用在录井的气体检测领域中。本发明所实现的发明效果I、指纹性振动谱准确识别气体种类；2、所需样品量少,不需要预处理；3、多组分样品同时无损检测；4、分析快速，高空间分辨率；5、基本无辅助设备，故障率低。6、能检测除惰性气体外的各类气体。可以实现快速、简单、无损伤的定量与定性分析。在连续性、可靠性、准确性、灵敏性等方面均具有明显优势。7、用于炼钢、炼油、化工、热处理过程气体在线分析与监测领域。
图I是拉曼光谱技术原理示意2是本发明核心部分仪器拉曼分析仪检测装置3是拉曼气体分析仪工作流程4本发明与3Q04油气显示第1-2层对比5本发明与3Q04油气显示第3层对比图
图6本发明与3Q04实用性对比图将结合发明内容和具体实施方式
进行说明
具体实施例方式I、实验对比为了更直观了解拉曼激光气体分析仪的性能，将本发明与上海神开3Q04色谱进行实验与对比，见表I。表I拉曼气体分析仪与3Q04色谱性能室内实验对比表
权利要求
1.一种拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述系统包括样品预处理装置，拉曼气体分析仪，数据信号处理模块，数据通信模块，信号输出显示单元和主控单元； 所述样品预处理装置和所述拉曼气体分析仪连接，用于将所述经过预处理的气体输入拉曼气体分析仪中进行成分分析；所述拉曼气体分析仪将分析后的结果输入给所述数据信号处理模块；所述数据信号处理模块通过所述的数据通信模块将分析结果输出给所述的信号输出显示单元；所述主控单元用于控制样气输入； 所述拉曼气体分析仪包括进气管线，排气管线，样品气分析腔，氦-氖激光等离子单元，光学仪器组和光传感器； 样品气分析腔，氦-氖激光等离子单元，光学仪器组和光传感器这四部分属于激光检测装置，是拉曼光谱气体检测系统的核心装置； 所述进气管线和样品气分析腔进口端相连，在所述样品气分析腔内设置有一组光传感器，每个光传感器分别对应其检测分析的气体；所述氦-氖激光等离子单元产生激光束，并通过光学仪器组共同作用对样品气进行检测；所述检测后的气体通过所述排气管线排出。
2.根据权利要求I所述的一种拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述拉曼气体分析仪中进气管线上包含一个微粒过滤器，其过滤直径< O. 2μπι颗粒的过滤器，在所述的排气管线上设置有压力传感器，流量传感器和泵，对排出的气体进行检测和控制。
3.根据权利要求I所述的一种拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述光学仪器组包括反射镜，棱镜和偏振镜，用于反射镜、棱镜和偏光器的改变激光方向，放大激光能量。
4.根据权利要求I所述的一种拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述的样品预处理装置用于流程中的干净躁化过程，经30目砂芯滤球初步过滤气体内粉尘，再通过内装变色硅胶干燥剂的干燥筒和冷凝器干燥被检测气体。
5.如权利要求1-4之一的拉曼光谱气体检测系统进行气体检测的方法，其特征在于， 所述检测方法包括的步骤如下 1，检测开始，主控单元发出指令 2，样品气预处理步骤； 3，拉曼样品气分析步骤； 4，分析结果数据预处理步骤 包括，(I)气体传感器微电流信号经内部放大器信号放大； (2)内置A/D采集卡采集传感器放大信号，由主控采集软件将电信号根据标定转化为浓度数值； (3)OPC服务程序将数据存储到数据库，通过UDP、RS232、OPC服务器发送给其他用户； (4)根据设置和需要，通过内置I/O卡控制其他需要的开关、阀门、继电器等控制设施； 5，数据结果输出； 6，结束。
6.如权利要求5的拉曼光谱气体检测方法，其特征在于， 检测气体为甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、CXHY(其他烃类混合气体)、氢气、二氧化碳。
7.应用权利要求1-4之一所述的拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述拉曼系统应用在录井的气体检测领域中。
全文摘要
本发明属于石油勘探开发领域，尤其涉及油气录井中的气体检测过程，应用拉曼光谱技术进行检测的系统和方法。一种拉曼光谱气体检测系统，所述系统包括样品预处理装置，拉曼气体分析仪，数据信号处理模块，数据通信模块，信号输出显示单元和主控单元；所述样品预处理装置和所述拉曼气体分析仪连接，用于将所述经过预处理的气体输入拉曼气体分析仪中进行成分分析；所述拉曼气体分析仪将分析后的结果输入给所述数据信号处理模块；所述数据信号处理模块通过所述的数据通信模块将分析结果输出给所述的信号输出显示单元；所述主控单元用于控制样气输入。
文档编号G01V8/02GK102914530SQ201110224709
公开日2013年2月6日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者陶海, 施强, 王崇敬, 汤中荣, 夏杰, 唐诚, 唐庆, 权杨, 范海涛, 徐如刚, 陈琪, 陈舒 申请人:中国石油化工集团公司, 中国石化集团西南石油局