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专利名称：一种拉曼光谱气体检测系统及其检测方法和应用的制作方法
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vO相同的成分称为瑞利散射。频率较小的成分v0-Av称为斯托克斯线。频率较大的成分νΟ+Λν称为反斯托克斯线。频率对称分布在vO两侧的谱线或谱带vO土 Δ V为拉曼光谱。(如图I)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�？椋萃ㄐ拍？椋藕攀涑鱿允镜ピ椭骺氐ピ凰鲅吩ご碜爸煤退隼宸治鲆橇樱糜诮鼍ご淼钠迨淙肜宸治鲆侵薪谐煞址治觯凰龅难吩ご碜爸梦糜诹鞒讨械母稍锞换蹋�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�？椋凰鍪菪藕糯砟？橥ü龅氖萃ㄐ拍？榻治鼋峁涑龈龅男藕攀涑鱿允镜ピ凰鲋骺氐ピ糜诳刂蒲淙�。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< O. 2 μ m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。I，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。I、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米集卡米集传感器放大信号，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、0PC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I、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。6、能检测除惰性气体外的各类气体。可以实现快速、简单、无损伤的定量与定性分析。在连续性、可靠性、准确性、灵敏性等方面均具有明显优势。7、用于炼钢、炼油、化工、热处理过程气体在线分析与监测领域。


图I是拉曼光谱技术原理示意2是本发明核心部分仪器拉曼分析仪检测装置3是拉曼气体分析仪工作流程4本发明与3Q04油气显示第1-2层对比5本发明与3Q04油气显示第3层对比图
图6本发明与3Q04实用性对比图将结合发明内容和具体实施方式
进行说明
具体实施例方式I、实验对比为了更直观了解拉曼激光气体分析仪的性能，将本发明与上海神开3Q04色谱进行实验与对比，见表I。表I拉曼气体分析仪与3Q04色谱性能室内实验对比表
权利要求
1.一种拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，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�？椋凰鍪菪藕糯砟？橥ü龅氖萃ㄐ拍？榻治鼋峁涑龈龅男藕攀涑鱿允镜ピ凰鲋骺氐ピ糜诳刂蒲淙耄� 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； 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这四部分属于激光检测装置，是拉曼光谱气体检测系统的核心装置； 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。
2.根据权利要求I所述的一种拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述拉曼气体分析仪中进气管线上包含一个微粒过滤器，其过滤直径< O. 2μπι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。
3.根据权利要求I所述的一种拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述光学仪器组包括反射镜，棱镜和偏振镜，用于反射镜、棱镜和偏光器的改变激光方向，放大激光能量。
4.根据权利要求I所述的一种拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述的样品预处理装置用于流程中的干净躁化过程，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。
5.如权利要求1-4之一的拉曼光谱气体检测系统进行气体检测的方法，其特征在于， 所述检测方法包括的步骤如下 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 包括，(I)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。
6.如权利要求5的拉曼光谱气体检测方法，其特征在于， 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。
7.应用权利要求1-4之一所述的拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述拉曼系统应用在录井的气体检测领域中。
全文摘要
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。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�？椋萃ㄐ拍？椋藕攀涑鱿允镜ピ椭骺氐ピ凰鲅吩ご碜爸煤退隼宸治鲆橇樱糜诮鼍ご淼钠迨淙肜宸治鲆侵薪谐煞址治觯凰隼宸治鲆墙治龊蟮慕峁淙敫鍪菪藕糯砟？椋凰鍪菪藕糯砟？橥ü龅氖萃ㄐ拍？榻治鼋峁涑龈龅男藕攀涑鱿允镜ピ凰鲋骺氐ピ糜诳刂蒲淙�。
文档编号G01V8/02GK102914530SQ201110224709
公开日2013年2月6日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者陶海, 施强, 王崇敬, 汤中荣, 夏杰, 唐诚, 唐庆, 权杨, 范海涛, 徐如刚, 陈琪, 陈舒 申请人:中国石油化工集团公司, 中国石化集团西南石油局