[发明专利]一种基于光场重构的井下液体分析系统及方法

说明书

一种基于光场重构的井下液体分析系统，包括一宽光谱光源，其波长范围涵盖400纳米至2200纳米的可见光和近红外波段；第一光场整形组件，用于将光源发射的宽光谱整形为平行光；一液体检测通道，液体检测通道包括平行光可直进、直出的进光口与出光口；第二光场整形组件，用于将经过液体检测通道的平行光在空间上进行频率分离；一光接收组件，所述光接收组件用于探测分光后特定波长的光信号，本发明还提供了一种基于光场重构的井下液体分析方法。与现有技术相比，本发明摒弃了传统分光强的方式，大幅提高了载有信息光线的利用效率，提高了数据分析的精度；同时工作时不需要外加机械部件，可实现全固态制作，更加适用于适应井下的高温、高压及高振动环境。

技术领域

本发明涉及石油探测技术领域，特别涉及一种基于光场重构的井下液体分析系统及方法。

背景技术

石油探测过程中需要在井下对开采到的液体成分进行实时的液体成分分析。实时井下液体成分分析主要提供了以下优势：

1）及时提供液体成分信息以帮助现场工程师快速制定勘测计划；

2）避免了液体在转送过程中的损坏，变质；

3）液体在不同压力和温度环境中会发生相变，因此现场的成分更具价值；

4）与探测过程中的其它信息同步（例如温度，电阻率等）。

正是由于以上优势，实时井下液体成分分析被广泛应用于石油探测领域，包括油气储层液体性质探测、油气储层边界分析、确定油气成分等级、根据液体腐蚀性及结垢性制定开采和完井方案、确保样本的纯度和单相性、确定储层油气比例。

目前，传统的实时井下液体成分分析方式大体包括以下两种：

第一种传统的实时井下液体成分分析包括以下步骤：

1）在石油传输管道中开设一个窗口，入射光全部均匀地照射到待分析液体段；

2）入射光线经过液体时特定波长的光会被液体中相应成分吸收。例如水的主要吸收峰在1500纳米左右，二氧化碳的主要吸收峰在2000纳米左右，中油在1700纳米具有一个吸收峰……；

3）然后出射光经光纤阵列分光，每个通道的光纤通过出射光的一部分；例如在20通道光纤阵列中，每一个通道中将通过全部出射光的1/20；

4）从光纤组出射的光线经过滤光片以通过各个特定波长的光（针对相应的探测液体成分）；

5）通过滤光片的特定波长的光进入光谱仪阵列中，每个光谱仪分析其针对的光；

6）根据各个光谱仪探测到的强度可以计算出液体中各种成分的含量。

这种传统的一个重要的局限性是每一组光纤通道中只通过了部分光线，通常为光通量总量的1/10以下。大量的携带信息的光线被浪费。这不仅对光谱仪的精度提出较高要求，同时也进一步限制了有效信号的信噪比。

第二种传统的实时井下液体成分分析方式与第一种不同之处在于当光线经过液体后并不通过光纤阵列分光，而是全部照射到光学芯片上。每一种光学芯片用于分析不同的成分。为了实现分析多种成分，通过机械转动的方式使得不同的光学芯片轮流移动到光线的出射窗口。这种分析方式实现了含信息光线的全部利用，但是却不得不使用机械运转方式。这在井下的高振动环境很难保证可靠性，从而也导致了成品率一直难以提高。。

发明内容

针对现有技术存在以上缺陷，本发明提供一种基于光场重构的井下液体分析系统及方法如下：

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于光场重构的井下液体分析系统，包括：