專利名稱：用超聲分子束快速分析鉆井液組分的方法
技術領域：
本申請涉及一種快速分析鉆井液組分的方法，尤其涉及一種用超聲分子束分析鉆井液組分種類和濃度的方法。
背景技術：
石油地質勘探現場對鉆井液的測定包括測定鉆井液中氣態組分(揮發性烴、非 烴)液態組分(重烴、油)、和固態組分(礦物質)的種類和濃度。通過組分分析結果獲得 地層信息，及時發現油氣顯示、預報工程事故；目前組分分析多采用氣相色譜法，該方法成本低廉、對同類化學組分(如烴類)有 較好的區別能力，但是它分析速度慢、外設復雜、維護難度大、需要載氣，而且還需要定期標 定，對未知組分缺乏鑒別能力，無法實現多態同測。雖然常規光譜方法可以彌補氣相色譜法的不足，但是它對同類化學組分的鑒別能 力較差，烴類的光譜有部分或嚴重重疊。輕烴C1-C5的分辨需要有經驗的專業人員使用復 雜的化學計量分析方法預先建立好一整套模型后才能實現；至于C6以上的重烴，難度成級 數增加，組分分析的準確度從而大大降低。另外采用光譜的方法，如果采集的光信號為透射 光信號，則無法直接測量不透明的鉆井液；如果采集的光信號為散射或反射光，則測量的靈 敏度因為是單點測量而降低。
發明內容
本申請的目的是使用現有的測量技術更好地實現鉆井液組分的分析，簡化樣品的 預處理，提高組分分析準確度、精度和靈敏度，擴大可分辨組分的種類，增加組分分析能力； 進而提高石油地質勘探過程中地質解釋評價能力和事故預測預防能力。本申請的核心是采用超聲分子束的方法突出或放大鉆井液中各組分的特征觀測 值，進而提高組分分析精確度，即分子束中的物質在分子束形成過程中被冷卻，從而簡化了 物質的物理和化學量在測量表象中的復雜性，使不同的物質的特征量在測量表象中得到放 大或突出。同時，超聲分子束的方法也為鉆井液的氣、液、固三態同測提供了一種方案。本申請采用了一種用超聲分子束分析鉆井液組分種類和濃度的方法，其特征在 于，該方法包含以下步驟步驟一，獲得被測鉆井液中的組分，然后由高壓腔經噴嘴進入低壓腔形成超聲分 子束；步驟二，測量所述超聲分子束得到若干測量值；步驟三，對若干測量值進行分析，獲得被測鉆井液各組分的化學成分及其濃度。比較好的是，所述步驟一之前進一步包括預處理，所述預處理包括如果只需要檢測鉆井液中攜帶的氣體，則將被測鉆井液經過脫氣處理，獲得氣態 組分；如果需要同時檢測氣態、液態或固態組分，則將被測鉆井液去除大顆粒雜質。比較好的是，所述去除了大顆粒雜質的組份還要經過霧化處理形成氣溶膠形態。
比較好的是，所述超聲分子束的平移速度分布的半寬小于最高平移速度的10%。比較好的是，所述步驟一中，所述噴嘴進一步包括針孔噴嘴或狹縫噴嘴。比較好的是，所述步驟二中，所述測量是采用光譜、χ-射線譜、微波譜、太赫茲譜、 電子自旋譜、核磁共振譜、飛行時間質譜中的一種或多種方法進行測量。比較好的是，所述步驟二中，所述測量是對超聲分子束的下游部分進行測量，所述下游部分與噴嘴的距離大于10倍噴嘴孔徑。本申請使得測量裝置可以直接對鉆井液中的所有成分進行測量，根據對測量結果 的分析進而確定鉆井液中各組分的種類和濃度，其優點在于a)鉆井液中各組分的特征測量值被突出或放大，從而提高組分種類分析和濃度測 定的準確度、精度和靈敏度；b)鉆井液只需簡單的預處理，其中的氣態、液態和固態組分可以被同時測量；c)與現有技術相比，可同時測量的組分數目多，各個組分間測量值的相互干擾 小；d)與常規光譜技術相比，只需要使用最簡單的化學計量方法，建模簡單、周期短；e)可實現非接觸測量，減小對測量儀器的污染。
下面，參照附圖，對于熟悉本技術領域的人員而言，從對本申請的詳細描述中，本 申請的上述和其他目的、特征和優點將顯而易見。圖1為本申請方法的工作流程圖。圖2為本申請方法的超聲分子束工作示意圖。圖3為超聲分子束吸收譜測量示意圖。圖4為超聲分子束拉曼位移測量示意圖。圖5中a)為輕烴(C2-C5)等比混合氣的常規紅外光譜，測量分辨率為4CHT1。圖5中b)為輕烴(C2-C5)等比混合氣的超聲分子束紅外光譜，測量分辨率為 4cm_1 ο
具體實施例方式參照圖1，本申請的具體實施步驟如下a)預先處理步驟101，根據現場需求，判定是否只需要檢測鉆井液中攜帶的氣體；步驟102，如果只需要檢測鉆井液中攜帶的氣體，則將鉆井液經過脫氣器或恒溫脫 氣器111脫附，獲得氣態組分；步驟103，如果現場需要同時檢測氣態、液態或固態組分，則將鉆井液首先經過大 孔隙過濾器112除去鉆井液中大顆粒雜質，b)形成超聲分子束步驟104，經脫附后的氣體組份直接進入高壓腔121，經過噴嘴122噴射進入低壓 腔124形成超聲分子束123 ；或者，去除了大顆粒雜質的組份經過聲波或超聲波霧化器125 霧化，霧化后的鉆井液以氣溶膠的形態進入高壓腔121、經過噴嘴122噴射進入低壓腔124形成超聲分子束123。高壓腔121是相對于低壓腔124而言，它們之間存在壓力差；超聲分 子束123由原子、離子、分子、分子簇或者氣溶膠構成，超聲分子束123具有很好方向性，平 移速度分布的半寬小于最高平移速度的10%。c)測量步驟步驟105，使用測量裝置130對超聲分子束進行測量，調整測量點相對于噴嘴122 的位置和角度，使得預期測量值最大，從而實現不同組分的特征觀測值通過超聲分子束方 法被突出或者放大；其中，測量裝置可以是X-射線譜儀、光譜儀、微波譜儀、太赫茲譜儀、電 子自旋譜儀、核磁共振譜儀、飛行時間質譜儀等可以直接或間接測量分子束中各組分化學、 物理性質的裝置。d)分析測量結果 步驟106，將測量結果送入分析系統140，根據預先建立的數據庫、模型和方法進 行查找、分析和計算，確定各組分的化學成分以及它們的濃度。下面以兩個實施實例的方式對本申請作進一步描述，本申請不局限于如下實例。實例一，參照圖2，用超聲分子束紅外吸收測量氣態組分a)對鉆井液中的揮發性輕烴進行脫附處理，將脫出的氣體引入超聲分子束系統。， 氣體經過狹縫噴嘴122形成平面超聲分子束123。這里之所以采用狹縫噴嘴是為了增加超 聲分子束的有效吸收光程。b)使用可調諧激光光譜儀或者傅立葉紅外光譜儀210測量平面超聲分子束123的 吸收光譜。準直的光線從光譜儀210的光源窗口 211發射出來，進入由高反鏡221和高反 鏡組222構成的多光程系統，光線多次與平面超聲分子束123發生相互作用后返回光譜儀 210的觀測窗口 212。為了使平面超聲分子束123中各組分的特征譜峰被突出和放大，光線 與平面超聲分子束123發生相互作用的位置距狹縫噴嘴應該大于10倍噴嘴的狹縫寬度；另 外光線應盡可能平行于狹縫噴嘴122，從而確保最大有效吸收光程。如圖5所示，與常規紅 外光譜(圖5a)相比，超聲分子束紅外光譜(圖5b)中各組分的特征譜峰凸顯出來了。c)對光譜數據進行分析處理，獲得各組分的特征峰的吸收強度，并根據朗伯_比 爾定律直接計算出各組分的濃度。由于各組分的特征譜峰被突出和放大，組分分析省去了 復雜的化學計量方法和建模，并提高了組分分析的準確度和靈敏度。實例二，參照圖3，用超聲分子束散射測量氣態組分a)對鉆井液中的揮發性輕烴進行脫附處理，將脫出的氣體引入超聲分子束系統。 氣體經過針孔噴嘴122形成分子束123。b)使用激光誘導熒光法或者激光拉曼光譜法測量超聲分子束123的熒光光譜或 拉曼光譜。激光光源311的準直激光經過凸透鏡312聚焦到超聲分子束123內，凸透鏡313 從垂直于激光的方向收集熒光散射或者斯托克斯散射，被收集的光線進入光柵光譜儀314 從而產生熒光光譜或者拉曼光譜。為了使超聲分子束123中各組分的特征譜峰被突出和放 大，激光與超聲分子束123發生相互作用的位置距噴嘴應該大于10倍噴嘴孔徑。c)其他步驟同實例一。需要說明的是，本方法中的測量和分析過程均可以采用本技術領域所公知使用的 技術來實現，并不限制于本實施例所給出的情況。綜上所述，利用本方法分析鉆井液中油氣組分，簡化了樣品的預處理，提高了組分分析準確度、精度和靈敏度，擴大了可分辨組分的種類。 前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領域內的任何技術人員可使用或利用本申請。對這些實施例的各種修改對本領域內的技術人員是顯而易見的，可把這里所述的總 的原理應用到其他實施例而不使用創造性。因而，本申請將不限于這里所示的實施例，而應 依據符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍。
權利要求
一種用超聲分子束分析鉆井液組分種類和濃度的方法，其特征在于，該方法包含以下步驟步驟一，獲得被測鉆井液中的組分，然后由高壓腔經噴嘴進入低壓腔形成超聲分子束；步驟二，測量所述超聲分子束得到若干測量值；步驟三，對若干測量值進行分析，獲得被測鉆井液各組分的化學成分及其濃度。
2.根據權利要求1所述的用超聲分子束分析鉆井液組分種類和濃度的方法，其特征在 于，所述步驟一之前進一步包括預處理，所述預處理包括如果只需要檢測鉆井液中攜帶的氣體，則將被測鉆井液經過脫氣處理，獲得氣態組分； 如果需要同時檢測氣態、液態或固態組分，則將被測鉆井液去除大顆粒雜質。
3.根據權利要求2所述的用超聲分子束分析鉆井液組分種類和濃度的方法，其特征在 于，所述去除了大顆粒雜質的組份還要經過霧化處理形成氣溶膠形態。
4.根據權利要求2所述的用超聲分子束分析鉆井液組分種類和濃度的方法，其特征在 于，所述超聲分子束的平移速度分布的半寬小于最高平移速度的10%。
5.根據權利要求1或3或4所述的用超聲分子束分析鉆井液組分種類和濃度的方法， 其特征在于，所述步驟一中，所述噴嘴進一步包括針孔噴嘴或狹縫噴嘴。
6.根據權利要求1或3或4所述的用超聲分子束分析鉆井液組分種類和濃度的方法， 其特征在于，所述步驟二中，所述測量是采用光譜、χ-射線譜、微波譜、太赫茲譜、電子自旋 譜、核磁共振譜、飛行時間質譜中的一種或多種方法進行測量。
7.根據權利要求6所述的用超聲分子束分析鉆井液組分種類和濃度的方法，其特征在 于，所述步驟二中，所述測量是對超聲分子束的下游部分進行測量，所述下游部分與噴嘴的 距離大于10倍噴嘴孔徑。
全文摘要
本申請涉及一種用超聲分子束分析鉆井液組分種類和濃度的方法，其特征在于，該方法包含以下步驟獲得被測鉆井液中的組分，然后由高壓腔經噴嘴進入低壓腔形成超聲分子束；測量所述超聲分子束得到若干測量值；對若干測量值進行分析，獲得被測鉆井液各組分的化學成分及其濃度。本申請優點在于，鉆井液中各組分的特征測量值被突出或放大，從而提高組分種類分析和濃度測定的準確度、精度和靈敏度；鉆井液只需簡單的預處理，其中的氣態、液態和固態組分可以被同時測量；與現有技術相比，可同時測量的組分數目多，各個組分間測量值的相互干擾小；與常規光譜技術相比，只需要使用最簡單的化學計量方法，建模簡單、周期短；可實現非接觸測量，減小對測量儀器的污染。
文檔編號G01N21/35GK101845951SQ20091004842
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月27日 優先權日2009年3月27日
發明者吳升海, 孫勝勝, 顧冰 申請人:上海神開石油化工裝備股份有限公司
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