[实用新型]一种钻井液分析装置

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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1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1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：（1）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。

实用新型内容

本实用新型提供了一种钻井液分析装置，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。

本实用新型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。