[发明专利]一种拉曼光谱气体检测系统及其检测方法和应用

说明书

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v0相同的成分称为瑞利散射。频率较小的成分v0-Δv称为斯托克斯线。频率较大的成分v0+Δv称为反斯托克斯线。频率对称分布在v0两侧的谱线或谱带v0±Δv为拉曼光谱。(如图1)

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＜0.2μm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。

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。

1、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。

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：

1、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。