CN102288576B - 一种井下流体光谱分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下流体光谱分析装置，属于流体成分分析装置技术领域。该装置包括光学窗口座体、左侧光学窗口、右侧光学窗口、流体通过装置和光纤束固合体；光纤束固合体的一端抵顶于右侧光学窗口上，光纤束固合体的另一端向外伸出于光学窗口座体的右侧；流体通过装置卡置于光学窗口座体中，左侧光学窗口和右侧光学窗口两之间，流体通过装置上设有流体通道，流体通道上连接有流体入口和流体出口，流体通道沿流体通过方向直径相同，流体通道的直径也分别与流体入口直径和流体出口直径相同，没有使流体发生停滞的空间，流体通道中没有流体堆积，从而保证流体实时测量的准确性。

Description

一种井下流体光谱分析装置

技术领域

本发明涉及流体成分分析装置技术领域，特别涉及一种应用近红外光谱对高温高压井下储层流体成分进行分析的井下流体光谱分析装置。

背景技术

在油田中，需要随时对井下储层流体的成分进行分析，及时获知井下储层流体中油、气、水的相对含量，以利于更加直观地了解储层流体的性质，从而做出合理的生产开发决策。目前，用于对井下储层流体的成分进行分析通常是从井下储层对流体取样，然后将其拿到地面上进行检测分析，采用这种检测方法，给操作带来了诸多不便。

公开号为CN 1740771 A的中国专利公开了一种高温高压流体成分分析传感器，通过光纤传导的光谱来测量流体的成分，不仅具有结构简单、密封性好、适合高温高压环境的优点，还可以用以随时监测井下流体的成分，具有使用方便、快捷的优点。参见附图1，该传感器包括主密封体3，卡置于主密封体3中的流体通过装置，右玻璃片5，抵顶于主密封体3、右玻璃片5上的右密封盖4和能够包容光纤2并套装于右密封盖4上的外盖。其中，该流体通过装置包括流体入口6、流体出口7和密闭停留腔18。应用该传感器时，流体从流体入口6流入，经过密闭停留腔18，从流体出口7流出，其中，密闭停留腔18是光纤束2对应的光谱吸收腔，由于该流体通过装置的流体出口7小于流体入口6，并设有一个圆形的密闭停留腔18，因此，容易造成流体停滞堆积，导致光纤束2吸收的光谱很难确定是不是实时输送来的流体的光谱，无法保证流体实时测量的准确性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种通过改变流体通道的结构，保证流体实时测量准确性的井下流体光谱分析装置。

为了实现上述目的，本发明提供的井下流体光谱分析装置的技术方案如下：

本发明提供的井下流体光谱分析装置，包括光学窗口座体、左侧光学窗口、右侧光学窗口、流体通过装置和光纤束固合体；所述光纤束固合体的一端抵顶于所述右侧光学窗口上，所述光纤束固合体的另一端向外伸出于所述光学窗口座体的右侧；所述流体通过装置卡置于所述光学窗口座体中，左侧光学窗口和右侧光学窗口之间，所述流体通过装置上设有流体通道，所述流体通道上连接有流体入口和流体出口，其特征在于，所述流体通道沿流体通过方向直径相同，所述流体通道沿流体通过方向的直径也分别与流体入口直径和流体出口直径相同。

作为优选，在所述光学窗口座体中，所述右侧光学窗口右侧还设有右侧光学窗口固定座，所述右侧光学窗口固定座向所述光学窗口座体中缩进并抵顶于所述右侧光学窗口，所述右侧光学窗口固定座中心开有用于套设所述光纤束固合体的通孔。

作为优选，所述光学窗口座体与所述光纤束固合体之间设有导向销，所述导向销抵顶于所述光学窗口座体和所述光纤束固合体上。

作为优选，所述光学窗口座体右侧外侧设有并进环，所述并进环抵顶于所述光学窗口座体并有一部分伸入到所述光学窗口座体之中；所述并进环中心开有用于套设所述光纤束固合体的通孔。

作为优选，所述并进环伸入到所述光学窗口座体之中的部分与所述光纤束固合体之间，于所述光纤束固合体上套设有弹性部件。

作为优选，所述弹性部件为蝶簧。

作为优选，所述光纤束固合体外周上套设有过渡套，所述并进环利用所述过渡套与所述光纤束固合体套接。

作为优选，所述过渡套是耐高温保护套。

作为优选，所述流体入口、所述流体出口与所述流体通过装置的连接处设有过渡接头，所述过渡接头具有用于与外部设备连接的裸露端。

作为优选，所述光纤束固合体内具有用于装设光纤束的空腔。

本发明提供的井下流体光谱分析装置的有益效果在于：

本发明提供的井下流体光谱分析装置的流体通道的直径相同，没有使流体发生停滞的空间，流体通道中没有流体堆积，从而保证流体中组分实时测量的准确性。

附图说明

图1为公开号为CN 1740771 A的中国专利公开的一种高温高压流体成分分析传感器的内部结构剖视示意图；

图2为本发明实施例提供的井下流体光谱分析装置的内部结构剖视示意图；

图3为本发明实施例提供的井下流体光谱分析装置的流体通道的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的井下流体光谱分析装置的工作原理示意图；

图5为本发明实施例提供的应用本发明提供的井下流体光谱分析装置对井下流体进行分析后得到的一组井下流体中各组分的吸收谱线图。

具体实施方式

为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

参见附图2和附图3，本发明提供的井下流体光谱分析装置包括光学窗口座体15、左侧光学窗口19、右侧光学窗口16、流体通过装置和光纤束固合体9；光纤束固合体9的一端抵顶于右侧光学窗口16上，光纤束固合体9的另一端向外伸出于光学窗口座体15的右侧；流体通过装置卡置于光学窗口座体15中，左侧光学窗口19和右侧光学窗口16之间，流体通过装置上设有流体通道，流体通道上连接有流体入口22和流体出口23，流体通道沿a-b-c方向直径相同，并且，该流体通道的直径也分别与流体入口22直径和流体出口23直径相同，流体通道上的开口处设有堵塞5和堵头25，堵塞5与流体通道相接触的端面处设有密封圈，以避免流体从堵塞5处泄露，流体入口22和流体出口23与流体通过装置连接处分别设有过渡接头17，过渡接头17与光学窗口座体15接触的端面上设置有密封圈，过渡接头17具有用于与外部设备连接的裸露端，裸露端与外部设备接触的端面上设置有密封圈，以避免流体从流体入口22和/或流体出口23处泄露，进一步保证流体沿a-b-c方向有序通过。由于该流体通道的直径相同，并且，该流体通道的直径也分别与流体入口22直径和流体出口23直径相同，没有使流体发生停滞的空间，流体通道中没有流体堆积，从而保证流体中组分实时测量的准确性。

其中，在光学窗口座体15中，右侧光学窗口16右侧还设有右侧光学窗口固定座13，右侧光学窗口固定座13向光学窗口座体15中缩进并抵顶于右侧光学窗口16，右侧光学窗口固定座13中心开有用于套设光纤束固合体9的通孔。右侧光学窗口固定座13和左侧光学窗口固定座26分别设置了轴向和径向两道密封圈，轴向密封圈分别设置在与光学窗口相接触的端面上，径向密封圈分别设置在与光学窗口座体15相接触的端面上，从而，保证了流体沿a-b-c方向通过流体通道时，被完全密封在流体通道内，不至于外泄。

其中，光纤束固合体9内具有用于装设光纤束的空腔21，使用时，空腔21内装设有光纤束，从光纤束固合体9的空腔21中引出的光纤不需打弯即可进入到探测器内，从而避免光纤强度损耗。

其中，光学窗口座体15与光纤束固合体9之间设有导向销12，导向销12抵顶于光学窗口座体15和光纤束固合体9上，光纤束固合体9与右侧光学窗口16接触的端面上排列着截面为3mm×8mm的矩形的光纤束，正好与流体通道a的透光形状一致，使光源发出的光充分被光纤束吸收。

其中，光学窗口座体15右侧外侧设有并进环10，并进环10抵顶于光学窗口座体15并有一部分伸入到光学窗口座体15之中；并进环10中心开有用于套设光纤束固合体9的通孔。其中，并进环10伸入到光学窗口座体之中的部分与光纤束固合体9之间，于光纤束固合体9上套设有弹性部件，弹性部件可以为蝶簧11，当并进环10向光学窗口座体15内旋入到一定位置时，蝶簧10产生形变，并把由蝶簧10形变产生的力传到光纤束固合体9的右肩上，从而，并进环10利用蝶簧11将光纤束固合体9的光纤束排列端面压紧在右侧光学窗口16上，保证了光传输的低损耗。其中，光纤束固合体9外周上套设有过渡套8，并进环10利用耐高温保护过渡套8与光纤束固合体9套接，使得本发明提供的井下流体光谱分析装置能够耐受200℃以上的高温，并保证温度达到160℃时传光率不会发生变化。

应用本发明提供的井下流体光谱分析装置时，该装置轴向安装在光谱分析模块的座体上，两个过渡接头17分别对准光谱分析模块座体上的两个对接口，用力压入口，再用螺钉将该装置固定在光谱分析模块上。卤化钨灯20连接于光谱分析模块的供电器。

本发明提供的井下流体光谱分析装置的工作原理如下：

参见附图3，井下流体实时从流体入口22进入流体通道，之后，井下流体在流体通道中沿a-b-c的路径流动，经过流体通道出口23从流体通道流出。参见附图4，在上述过程中，卤化钨灯20发射的光经汇聚光锥24汇聚于左侧光学窗口19，光经流体通道后，透射至右侧光学窗口16，利用空腔21内装设的光纤束，分10个滤光片接受，每个滤光片对应一个探测器，共10个探测器，形成10个检测频道，探测器中置设有光电二极管，用于检测透过流体通道之后的光信号，光信号经过光电转换电路模块转换为电信号，电信号经探测放大电路和A/D转换模块进入单片机***，单片机将得到的信号数据代入其中已经建立的反映经下流体成分与其近红外吸收光谱之间相关关系（一般为线性关系）的模型。由于井下流体中各组分的吸收峰对应的波长不同，并且，光经过流体通道后，各组分的吸光度不同，从而能够得到井下流体中各组分的吸收谱线，进而，单片机通过计算对井下流体中各组分进行定性和定量分析。

根据朗伯--比尔定律，即对一定波长的单色光，流体中组分的吸光度A与光程                                                

、组分浓度C成正比，与组分的吸光系数ε成正比。即

其中，A定义为吸光度；

ε定义为组分的吸光系数，一般情况下，吸光系数与单色光波长和流体中组分性质有关，和光强无关，ε反映的是物质的本质属性；

c定义为组分浓度；

定义为光程；

I定义为透射光强度；

I₀定义为入射光强度。

由此，根据朗伯-比尔定律，井下流体中组分的吸光度与组分的浓度成正比。

通常情况下，井下流体为油水混合物，应用本发明提供的井下流体光谱分析装置对井下流体进行分析时，可以根据流体中组分吸收峰对应的波长在相应波段放置滤光片，并利用与滤光片对应的探测器中设置的光电二极管检测吸光度，从而，可以应用上述公式得知井下流体中各组分的比例。 

附图5为应用本发明提供的井下流体光谱分析装置对井下流体进行分析后得到的一组井下流体中各组分的吸收谱线图。根据吸收峰对应的波长，可以对每条谱线对应的井下流体的组分进行定性分析，以确定每条谱线对应的组分的性质。本实施例中，四条谱线分别对应井下流体的组分为石油JZ22、石油QK17、水和柴油。然后，利用朗伯-比尔定律，即可计算出相应组分在井下流体中的比例，本实施例中，可以分别计算出石油JZ22、石油QK17、水和柴油在井下流体中的比例。

由于应用本发明提供的井下流体光谱分析装置时，井下流体是实时从流体入口22进入流体通道，之后，井下流体在流体通道中沿a-b-c的路径有序通过，经过流体通道出口23从流体通道流出，所以，本发明提供的井下流体光谱分析装置能够保证流体实时测量的准确性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种井下流体光谱分析装置，包括光学窗口座体、左侧光学窗口、右侧光学窗口、流体通过装置和光纤束固合体；所述光纤束固合体的一端抵顶于所述右侧光学窗口上，所述光纤束固合体的另一端向外伸出于所述光学窗口座体的右侧；所述流体通过装置卡置于所述光学窗口座体中，左侧光学窗口和右侧光学窗口之间，所述流体通过装置上设有流体通道，所述流体通道上连接有流体入口和流体出口，所述流体通道沿流体通过方向直径相同，所述流体通道沿流体通过方向的直径也分别与流体入口直径和流体出口直径相同；在所述光学窗口座体中，所述右侧光学窗口右侧还设有右侧光学窗口固定座，所述右侧光学窗口固定座向所述光学窗口座体中缩进并抵顶于所述右侧光学窗口，所述右侧光学窗口固定座中心开有用于套设所述光纤束固合体的通孔；其特征在于，

所述光学窗口座体右侧外侧设有并进环，所述并进环抵顶于所述光学窗口座体并有一部分伸入到所述光学窗口座体之中；所述并进环中心开有用于套设所述光纤束固合体的通孔；所述并进环伸入到所述光学窗口座体之中的部分与所述光纤束固合体之间，于所述光纤束固合体上套设有弹性部件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学窗口座体与所述光纤束固合体之间设有导向销，所述导向销抵顶于所述光学窗口座体和所述光纤束固合体上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹性部件为蝶簧。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤束固合体外周上套设有过渡套，所述并进环利用所述过渡套与所述光纤束固合体套接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述过渡套是耐高温保护套。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体入口、所述流体出口与所述流体通过装置的连接处设有过渡接头，所述过渡接头具有用于与外部设备连接的裸露端。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤束固合体内具有用于装设光纤束的空腔。

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