一种随钻激光拉曼油气检测控制系统

技术领域

本发明涉及油气检测控制领域，具体涉及一种随钻激光拉曼油气检测控 制系统。

背景技术

在当今石油勘探中，广泛应用随钻录井技术，通过随钻录井测得的数据 能够更加真实的反映靠近钻头处地层的情况。在目前现有的技术中地层烃类 检测技术不能实时分析检测，录井烃类分析滞后于钻井，很难实现烃类的定 量检测，这些不足往往会产生严重失真、较低质量的分析结果，导致分析结 果不能够准确、真实地描述储层油气信息。

样品的物理和化学信息隐含在拉曼光谱峰值的高低、峰值的位置以及峰 值的形状当中，拉曼光谱分析的意义就是获取与样品相关的物理化学信息， 通过它们之间的关系进行定量和定性的分析。

拉曼光谱分析的一个重要方面就是定性分析，应用拉曼光谱可以完成样 本官能团和结构分析及区分各种各样的样本。为更好地做好定性分析，必须 了解样本的来源、历史、制备方法、使用的仪器与软件等，消除各种可能的 影响进行光谱解释的因素，拉曼光谱的解析与人们常用的红外光谱解析方法 相同，可以由人工或软件进行，除解析物质结构外，拉曼光谱在定性分析中 的另一个重要用途是物质的鉴别与识别。(1)采用模式识别算法，实现对样 本的种类或等级识别；(2)应用数据库检索算法，实现对物质的鉴别。这2 种算法使得拉曼光谱广泛应用于岩矿及有机物的定性分析

随钻烃类检测技术随着油气勘探开发的发展，该技术在其中发挥着举足 轻重的作用，借助激光拉曼检测设备，检测钻头处烃类物质，再对检测钻头 处烃类物质进行处理、分析、解释、评价等等，判断钻头处油气信息，在油 气勘探领域是一门不可或缺的技术。目前还没有将激光拉曼仪应用于随钻检 测中。并且还没有设计出一套用于随钻拉曼检测的操作系统，而市场上还未 出现将激光拉曼检测技术与随钻检测相结合，并且还未出现相应的一套随钻 拉曼检测操作系统。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种随钻激光拉曼油气检测控制系统， 包括检测单元和控制单元，检测单元包括拉曼仪和光纤探头，拉曼仪和光纤 探头连接，光纤探头用于检测含有携带有钻头破碎下来的岩屑的钻井液射流， 拉曼仪和控制单元连接，控制单元用于对拉曼仪进行电路控制、操作控制、 温度检测和数据传输。

通过上述技术方案，实现了采用拉曼仪对实时含有携带有钻头破碎下来 的岩屑的钻井液射流进行检测的功能，并通过控制单元实现有效的控制操作。

进一步地：还包括外壳、耐压舱和制冷单元，耐压舱布置在外壳内，拉 曼仪、控制单元和制冷单元布置在耐压舱中，外壳内设置有供携带有钻头破 碎下来的岩屑的钻井液射流流经的样品流道，光纤探头布置在样品流道中， 外壳内还装有用于向控制单元和检测单元供电的电池组。

进一步地：控制单元包括主控模块、电源控制模块、拉曼控制模块和温 度控制模块以及检测模块，主控模块分别连接电源控制模块、拉曼控制模块、 温度控温模块和检测模块，检测模块布置在拉曼仪中用于检测拉曼仪中的温 度，电源控制模块连接电池组用于控制电池组向检测单元和控制单元供电， 拉曼控制模块连接拉曼仪，温度控制模块用于控制制冷单元对拉曼仪进行制 冷散热。

进一步地：检测模块包括若干温度传感器，各温度传感器布置在拉曼仪 中不同位置。

进一步地：温度传感器为DS18B20温度传感器。

进一步地：主控模块包括基于Linux操作系统的主板，主板上装有用于 存储数据的CF卡。

进一步地：光纤探头焦距不低于10mm。

进一步地：主控模块通过485通信协议连接远程桌面。

本发明的技术效果和优点：本发明实现了采用拉曼仪随钻检测的功能， 并能够检测拉曼仪工作的环境，通过环境控制操作拉曼仪，检测数据能够实 现从井下传到井上，数据接收准确时效性高，本发明具有有操作简便、数据 可信度高和数据的时效性高的优点。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的一种随钻激光拉曼油气检测控制系统的结构示 意图。

图2为本发明一种实施方式的一种随钻激光拉曼油气检测控制系统的各零部 件参数及工作流程图。

附图标记说明：100-外壳、110-样品流道、200-耐压舱、300-拉曼仪、310- 光纤探头、400-制冷单元、500-控制单元、600-电池组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的 实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限 于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易 见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使 本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修 改的各种实施例。

实施例

参考图1，在本实施例中提出了一种随钻激光拉曼油气检测控制系统，包 括检测单元和控制单元，检测单元包括拉曼仪300和光纤探头310，拉曼仪 300和光纤探头310连接，光纤探头310用于检测含有携带有钻头破碎下来的 岩屑的钻井液射流，拉曼仪300和控制单元500连接，控制单元500用于对 拉曼仪进行电路控制、操作控制、温度检测和数据传输。

一种随钻激光拉曼油气检测控制系统，还包括外壳100、耐压舱200和制 冷单元400，耐压舱200布置在外壳100内，拉曼仪300、控制单元500和制 冷单元400布置在耐压舱200中，外壳100内设置有供携带有钻头破碎下来 的岩屑的钻井液射流流经的样品流道110，光纤探头310布置在样品流道110 中，外壳100内还装有用于向控制单元500和检测单元供电的电池组600。

控制单元500包括主控模块、电源控制模块、拉曼控制模块和温度控制 模块以及检测模块，主控模块分别连接电源控制模块、拉曼控制模块、温度 控温模块和检测模块，检测模块布置在拉曼仪300中用于检测拉曼仪300中 的温度，电源控制模块连接电池组600用于控制电池组600向检测单元和控 制单元500供电，拉曼控制模块连接拉曼仪300，温度控制模块用于控制制冷 单元400对拉曼仪300进行制冷散热。

检测模块包括若干温度传感器，各温度传感器布置在拉曼仪中不同位置。 温度传感器为DS18B20温度传感器。主控模块包括基于Linux操作系统的主 板，主板上装有用于存储数据的CF卡。光纤探头焦距不低于10mm。主控模块 通过485通信协议连接远程桌面。

本发明控制流程分为井上工作环境和井下工作环境：

井上：

1、打开总开关，电源接通，拉曼仪待机并向控制板供电，控制板待机， 制冷单元400待机，各类指示灯显示设备工作正常或故障；

2、通过“接电脑”接口连接笔记本，校准拉曼仪300，设定工作模式；

井下：

3、拉曼仪300内散热模块检测到温度设定上限后开始工作；

4、耐压舱200内散热模块检测到温度设定上限后开始工作(注：温度控 制范围0-55℃)；

5、电池舱内散热模块检测到温度设定上限后开始工作(注：温度控制范 围10-60℃)；

6、以上1-5步为控制单元进行检测前的准备工作；

7、随钻拉曼仪300开始对钻井液进行检测；

8、控制板开始采集耐压舱200内温度信息，如果舱内制冷单元400故障， 强制拉曼仪300关机，制冷单元400按需启停(起到保护拉曼设备的作用)；

9、制冷单元400故障强制拉曼仪300关机(起到保护激光拉曼仪的作用)；

10、拉曼仪300内部旋转开关检测到钻柱转动时开始检测，并将检测信 号处理后存贮至SSD；

11、控制板提取SSD信号，处理为烃浓度信号并将信号编码后转换为调 频脉冲信号，存储并传送至电机；

井上：

12、钻井完毕后，设备提升至井口，通过“接电脑”接口连接笔记本， 读取SSD内数据和控制板内数据；

13、设备内压力传感器检测到压力异常后，切断主电源，内部仅器进入 自保模式(保护数据及激光拉曼仪的作用)；

14、所有指示灯显示正常，可关闭总开关，系统断电。

需要指出的是由于在井下非常复杂的环境，在拉曼工作时不可避免会出 现各零部件故障，而通过控制面板上指示灯闪烁的颜色情况就可以知道出在 哪里，主要有以下几个指示灯识别：1、拉曼仪指示灯绿色常亮为正常；2、 拉曼仪指示灯红色常亮为故障；3、拉曼仪指示灯红色闪烁为温度或压力不正 常；4、控制板指示灯绿色常亮为控制板，温度、压力正常；5、控制板指示 灯红色常亮为控制板故障；6、控制板指示灯红色闪烁为耐压舱内温度不正常； 7、控制板指示灯橙色闪烁为耐压舱内压力不正常；8、电池指示灯绿色常亮 为电量高于90％；9、电池指示灯绿色闪烁为电量高于60％；10电池指示灯橙 色闪烁为电量20-60％；11、电池指示灯红色常亮为电量低于20％

控制系统具有拉曼检测功能启动条件，其实现方式是：加速度触发；485远 程控制；参数设置的实现方式是脚本配置，数据保存的实现方式是自动保存， 远程提取。其中485控制的通信模式为问答式，主控板发起通信，随钻头拉曼 系统响应主控的访问。另外进行10000次485通信测试，对校验位进行校验验 证，没有通信失败出现。此外控制系统还能够控制激光拉曼仪300进行定时的 检测。

随钻激光拉曼油气检测控制系统的工作环境主要有工作日志、多点温度 监控、超温保护和自动待机4个方面。其中工作日志的实现方式是执行操作 自动日志，多点温度监控的实现方式是布控4个测温点监控系统状态(温度 传感器)，主要来确保拉曼工作环境正常，装置在激光拉曼仪内部，控制单 元内部还有超温保护，具体就是控制单元发出制冷指令，若制冷单元工作工 作异常将拒绝执行检测；当不进行检测时，控制单元发布命令给激光拉曼仪 实行自动待机，实现方式是控制单元发出断电指令，从而切断激光拉曼仪电 源部分。

对于在石油和随钻检测领域中，本发明提出的一种随钻激光拉曼油气检 测控制系统能够在井下一个月连续检测，每次拉曼检测数据都能正常传输到 地面主机未受到干扰，并且所检测的数据能够得到很好的保存，为拉曼检测 设备提供了很好的操作系统，为更准确预测、评价储层的物性及产能提供技 术支持。在随钻激光拉曼油气检测控制系统中，本发明成功的将拉曼检测、 信号传输、数据处理、传感器等技术运用到随钻领域，在井下钻进过程中仍 能正常工作。本发明具有数据处理、数据传输、数据存储等功能。数据传输所采用的是485通信协议；数据处理是将数据进行自动去噪、基线扣除；数 据存储是选用USB口通信类ssrm来保存光谱数据。本发明第一次将485通信 协议运用在录井检测领域，并将拉曼检测设备与485通信协议相结合，利用 485通信协议的接收灵敏度高、通信距离远等优点，能够对准确地测量和判知 地层中的油气资源，在我国非常规页岩气的勘探中起着独到的作用。使得拉 曼检测到的数据从井下能够直接传输到地面，保证了数据的准确性与时效性。 选用485通信协议是因为对其进行10000次通信测试时，未出现通信失败， 并且具有接收灵敏度高、通信距离远等优点。本发明成功的将传感器与控制 系统相结合，保证了控制系统内部及激光拉曼检测的工作环境。本发明提出 的一种随钻激光拉曼油气检测控制系统具有操作简便、数据可信度高和数据 的时效性高等优点。

本发明实现了采用拉曼仪随钻检测的功能，并能够检测拉曼仪工作的环 境，通过环境控制操作拉曼仪，检测数据能够实现从井下传到井上，数据接 收准确时效性高，本发明具有有操作简便、数据可信度高和数据的时效性高 的优点。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实 施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作 出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范 围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别 说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。