專利名稱：地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置及其識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油錄井，主要用于石油錄井過程中鉆遇地層巖石巖性實(shí)時(shí)、在線的 檢測。
背景技術(shù)：
綜合地質(zhì)錄井是配合鉆井勘探油氣的一種重要手段，是隨著鉆井過程利用多種資 料和參數(shù)觀察、檢測、判斷和分析地下巖石性質(zhì)和含油氣情況的方法。主要包括地質(zhì)錄井、 氣測錄井、工程錄井，具體又可分為巖屑錄井、巖心錄井、鉆時(shí)錄井、熒光錄井、工程參數(shù)錄 井、全烴組分及非烴氣測錄井等。巖屑錄井是現(xiàn)場地質(zhì)錄井工作中最直接地了解地下巖性、含油性的第一性資料。 通過巖屑錄井，可以掌握井下地層巖性特征，建立井區(qū)地層巖性柱狀剖面；可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)油 氣層；通過對(duì)暗色泥巖進(jìn)行生烴指標(biāo)分析，可以了解其區(qū)域的生烴能力。把巖屑錄井草圖與 鄰井進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)了解本井的巖性特征、巖性組合、鉆遇層位、正鉆層位，還可檢查和驗(yàn)證 本井地質(zhì)預(yù)告的符合程度，以便及時(shí)校正地質(zhì)預(yù)告，進(jìn)一步推斷油、氣、水層可能出現(xiàn)的深 度，指導(dǎo)下一步鉆井工作的進(jìn)行。在處理工程事故的過程中，如卡鉆、倒扣、泡油等工作中， 經(jīng)常應(yīng)用巖屑錄井資料，以便分析事故發(fā)生的原因，制定有效的處理措施。目前通常采用的做法是在鉆井過程中，錄井人員按照一定的取樣間隔撈取巖屑樣 品，經(jīng)過清洗、晾曬后，由地質(zhì)技術(shù)人員肉眼對(duì)巖屑樣品的色澤、紋理、結(jié)構(gòu)、氣味特征進(jìn)行 觀察，對(duì)巖性進(jìn)行識(shí)別及描述，反映鉆遇地層巖性剖面的變化情況。由于巖屑錄井具有成本 低、簡便易行、了解地下情況及時(shí)和資料系統(tǒng)性強(qiáng)、可以確定油氣資源儲(chǔ)積層等優(yōu)點(diǎn)，因此， 在油氣田勘探開發(fā)過程中被廣泛采用。但是該方法通過人工主觀的定性分析，其可靠性完 全取決于地質(zhì)技術(shù)人員對(duì)巖屑樣品巖性識(shí)別判斷的準(zhǔn)確與否，受現(xiàn)場地質(zhì)技術(shù)人員的主觀 性影響較大，沒有客觀標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷。特別是近年來由于PDC鉆頭以及復(fù)合鉆進(jìn)工藝、空氣鉆井工藝等新技術(shù)、新工藝 的廣泛推廣應(yīng)用，給傳統(tǒng)的地質(zhì)錄井工作帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)
由于機(jī)械鉆速的提高，巖屑的研磨程度得到加強(qiáng)，跟隨鉆井液返到井口的巖屑顆粒直 徑與牙輪鉆頭作用的巖屑相比較，顯得更加細(xì)小，甚至對(duì)于砂巖地層而言，巖屑則變成碎 末，經(jīng)過清洗后所剩無幾，此時(shí)巖屑樣品難以真實(shí)反映鉆遇地層的巖性信息，巖屑錄井的準(zhǔn) 確率大幅度降低。另一方面，由于機(jī)械鉆速的提高，鉆時(shí)(鉆進(jìn)一米地層所用的時(shí)間)大幅度降低，往 往低于1分鐘，甚至在30秒鐘以內(nèi)。正常情況下現(xiàn)場巖屑樣品取樣標(biāo)準(zhǔn)為每兩米取一個(gè) 樣品，一個(gè)樣品的清洗與取樣時(shí)間遠(yuǎn)大于兩分鐘，因此，巖屑錄井還存在取樣時(shí)間不夠的問 題。只有對(duì)井口返出的未經(jīng)過清洗處理的巖屑進(jìn)行全部連續(xù)檢測分析，才會(huì)保證巖屑錄井 成果的可靠性和實(shí)時(shí)性。鑒于以上現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)有的方法無法滿足石油錄井過程中對(duì)巖性實(shí)時(shí)在線檢測分析， 因此研究開發(fā)一套對(duì)巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別的裝置是石油錄井行業(yè)迫切需要的，目前，尚未發(fā)現(xiàn)可以對(duì)地層巖性進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線、連續(xù)識(shí)別的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置。該裝置采用激光誘導(dǎo)擊穿光 譜技術(shù)，利用聚焦的高能量激光束將被測鉆井液中攜帶地層巖性顆粒激發(fā)到高能態(tài)，它們 在回到基態(tài)的過程中將輻射出各自的特征光譜，分析這些光譜的波長和強(qiáng)度，可得到地層 巖性顆粒的成份及其含量。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠?qū)Φ貙訋r性進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線、連 續(xù)的識(shí)別。本發(fā)明的另一目的是提供用上述裝置識(shí)別巖性的方法。為了達(dá)到上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置由脈沖發(fā)生器、脈沖激光器、時(shí)序控制器、中孔反射鏡、全 反鏡、聚焦鏡、反應(yīng)室、流量閥、鉆井液池、收光器、光纖、光譜儀、ICCD和計(jì)算機(jī)組成。脈沖 發(fā)生器分別連接脈沖激光器的外觸發(fā)端和時(shí)序控制器的輸入端；在脈沖激光器的激光發(fā)射 方向順序同軸安置中孔反射鏡和聚焦鏡，收光器的接收端安置在中孔反射鏡反射方向的同 軸位置，收光器的輸出端通過光纖與光譜儀的輸入端連接，光譜儀的輸出端連接到光電檢 測器ICCD的輸入端；時(shí)序控制器的輸出端連接到光電檢測器ICCD的觸發(fā)端，光電檢測器 IC⑶的輸出端連接到計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的工作原理是采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)技術(shù)這種元素分析方法，該 方法出自美國David A. Cremers和Leon J. Radziemski編寫的《激光誘導(dǎo)擊穿光譜手冊(cè)》 (Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)。它是利用聚焦的高能量激光束 將被測鉆井液攜帶鉆遇地層巖屑顆粒擊穿形成高溫等離子體，鉆井液中巖屑顆粒都被激發(fā) 到高能態(tài)，在高能態(tài)回到基態(tài)的過程中各種物質(zhì)將輻射出各自的特征光譜，通過分析這些 光譜的波長和強(qiáng)度，可得到被測巖屑顆粒的成份及其濃度。元素譜線的確定參照美國國家 標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院(NIST)的原子光譜標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)我們的大量實(shí)驗(yàn)，取元素 的特征譜線如下鈣(393. 6nm)、鎂(279. 6nm)、鋁(309. 3nm)、鐵(404. 6nm)、硅(288. Inm), 鈉(589. 6nm)、鉀(766. 5nm)、鋅(334. 5nm)、銅(324. 8nm)、鉛(405. 8nm)、鉻(283. 5nm)、 鎘(226. 5nm)、汞(253. 7nm)、砷(228. 8nm)、鈦(334. 9nm)、碳(247. 8nm)、錳(257. 6nm)、鋇 (357. 3nm)。利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)在線的得到巖石的巖性，這為石油 綜合錄井技術(shù)中巖屑識(shí)別與判斷提供了可觀科學(xué)依據(jù)，解決了目前巖屑錄井面臨的亟待解 決的問題。本發(fā)明用于識(shí)別巖性
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、可以同時(shí)檢測鉆井液攜帶鉆遇地層巖屑顆粒中鈣、鎂、鋁、鐵、硅、鈉、鉀、鋅、銅、鉛、 鉻、鎘、汞、砷、鈦、碳、錳、鋇元素及其含量；
2、可對(duì)鉆井液中巖屑顆粒的鈣、鎂、鋁、鐵、硅、鈉、鉀、鋅、銅、鉛、鉻、鎘、汞、砷、鈦、碳、 錳、鋇元素進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線的連續(xù)檢測；
3、在檢測前不需對(duì)待測樣品進(jìn)行前期處理，能及時(shí)得到分析結(jié)果；
4、發(fā)射和接收裝置的共軸設(shè)計(jì)，能夠更容易檢測樣品的光譜信號(hào)；
5、結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是用本發(fā)明檢測到鉆井液中的鈉元素589. 6納米特征譜線的“光譜強(qiáng)度_濃 度”的曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置由脈沖發(fā)生器(1)、脈沖激光器(2)、時(shí) 序控制器(3)、中孔反射鏡(4)、全反鏡(5)、聚焦鏡(6)、反應(yīng)室(7)、流量閥(8)、鉆井液池 (9)、收光器(10)、光纖(11)、光譜儀(12)、ICCD (13)和計(jì)算機(jī)(14)組成。脈沖發(fā)生器(1) 分別連接脈沖激光器(2)的外觸發(fā)端和時(shí)序控制器(3)的輸入端；在脈沖激光器(2)的激 光發(fā)射方向順序同軸安置中孔反射鏡(4)、全反鏡(5)和聚焦鏡(6)，收光器(10)的接收端 安置在中孔反射鏡(4)反射方向的同軸位置，收光器(10)的輸出端通過光纖(11)與光譜儀 (12)的輸入端連接，光譜儀(12)的輸出端連接到ICXD (13)的輸入端；時(shí)序控制器(3)的 輸出端連接到ICCD (13)的觸發(fā)端，ICCD (13)的輸出端連接到計(jì)算機(jī)(14)。脈沖激光器(2)的輸出波長為1064納米，激光能量范圍為10(Γ500毫焦。用地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置檢測巖性的方法，該方法按下列步驟進(jìn)行
a、將地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置安置在需檢測的樣品附近，使該裝置的聚焦鏡(6)的 焦點(diǎn)位于鉆井液的取樣點(diǎn)處；
b、打開地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置，此時(shí)，該裝置的脈沖發(fā)生器(1)同時(shí)給脈沖激光器 (2)和時(shí)序控制器(3)發(fā)出脈沖信號(hào)，脈沖激光器(2)的外觸發(fā)端收到一個(gè)脈沖信號(hào)就發(fā)出 一個(gè)脈沖激光，脈沖激光經(jīng)全反鏡(5)與聚焦鏡(6)后，聚焦到循環(huán)的樣品上；
c、當(dāng)鉆井液攜帶鉆遇地層巖屑顆粒被聚焦的高能量激光束擊穿后，會(huì)形成高溫等離子 體，巖屑顆粒中的各種物質(zhì)將被激發(fā)到高能態(tài)，在下一個(gè)脈沖激光到達(dá)之前，高能態(tài)的各種 物質(zhì)將回到基態(tài)，在此過程中，各種物質(zhì)會(huì)輻射出各自的特征光譜；
d、特征光譜會(huì)反射到地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置的聚焦鏡(6)，經(jīng)全反鏡(5)、中孔反 射鏡⑷反射，進(jìn)入收光器(10)，再經(jīng)光纖(11)傳導(dǎo)到光譜儀(12)；
e、光譜儀(12)對(duì)接收到的光信號(hào)分光后傳入光電檢測器ICCD(13)，此時(shí)，脈沖發(fā)生器 (1)激發(fā)該脈沖激光同時(shí)發(fā)出的另一個(gè)脈沖信號(hào)經(jīng)時(shí)序控制器(3)正好觸發(fā)光電檢測器 ICCD (13)進(jìn)行開門采集，并將采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并導(dǎo)入計(jì)算機(jī)(14)；
f、計(jì)算機(jī)(14)將得到的鉆井液樣品激光誘導(dǎo)擊穿光譜，按照下列方法判斷樣品包含 哪些元素，及該元素所含的濃度；
fl、巖石成分判斷方法為 當(dāng)特征譜線是393. 6納米時(shí)，元素為鈣； 當(dāng)特征譜線是279. 6納米時(shí)，元素為鎂； 當(dāng)特征譜線是309. 3納米時(shí)，元素為鋁； 當(dāng)特征譜線是404. 6納米時(shí)，元素為鐵； 當(dāng)特征譜線是288. 1納米時(shí)，元素為硅；當(dāng)特征譜線是589. 6納米時(shí)，元素為鈉；
當(dāng)特征譜線是766. 5納米時(shí)，元素為鉀；
當(dāng)特征譜線是334. 5納米時(shí)，元素為鋅；
當(dāng)特征譜線是324. 8納米時(shí)，元素為銅；
當(dāng)特征譜線是405. 8納米時(shí)，元素為鉛；
當(dāng)特征譜線是283. 5納米時(shí)，元素為鉻；
當(dāng)特征譜線是226. 5納米時(shí)，元素為鎘；
當(dāng)特征譜線是253. 7納米時(shí)，元素為汞；
當(dāng)特征譜線是228. 8納米時(shí)，元素為砷；
當(dāng)特征譜線是334. 9納米時(shí)，元素為鈦；
當(dāng)特征譜線是247. 8納米時(shí)，元素為碳；
當(dāng)特征譜線是257. 6納米時(shí)，元素為錳；
當(dāng)特征譜線是357. 3納米時(shí)，元素為鋇；
f2、各種元素成分所含的濃度分別按下列公式計(jì)算
lg/= Wg C+Ig a (1. 1)
式中i為譜線強(qiáng)度I力常數(shù)，b為所測物質(zhì)的自吸收系數(shù)，C為元素的濃度； f21、分別取所含鈣鎂鋁、鐵、硅、鈉、鉀、鋅、銅、鉛、鉻、鎘、汞、砷、鈦、碳、錳、鋇濃度已 知的鉆井液，分別檢測各自的譜線強(qiáng)度/，由公式(1. 1)分別計(jì)算出鈣、鎂、鋁、鐵、硅、鈉、 鉀、鋅、銅、鉛、鉻、鎘、汞、砷、鈦、碳、錳、鋇的常數(shù)“；
f22、將檢測到的393. 6納米譜線強(qiáng)度以及鈣的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的鈣 的常數(shù)《，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鈣的濃度C ；
將檢測到的279. 6納米譜線強(qiáng)度ι以及鎂的自吸收系數(shù)由步驟f21得到的鎂的常 數(shù)d代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鎂的濃度C ；
將檢測到的309. 3納米譜線強(qiáng)度/，以及鋁的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的鋁的常 數(shù)^代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鋁的濃度C ；
將檢測到的404. 6納米譜線強(qiáng)度/，以及鐵的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的鐵的常 數(shù) 代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鐵的濃度C ；
將檢測到的288. 1納米譜線強(qiáng)度i，以及硅的自吸收系數(shù)fe ,由步驟f21得到的硅的常 數(shù)代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含硅的濃度C ；
將檢測到的589. 6納米譜線強(qiáng)度以及鈉的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的鈉的常 數(shù)w代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鈉的濃度C ；
將檢測到的766. 5納米譜線強(qiáng)度/，以及鉀的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的砷的常 數(shù)a，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鉀的濃度C ；
將檢測到的766. 5納米譜線強(qiáng)度i，以及鉀的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的砷的常 數(shù)“，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鉀的濃度C ；
將檢測到的334. 5納米譜線強(qiáng)度/，以及鋅的自吸收系數(shù)δ ,由步驟f21得到的鋅的常 數(shù)“代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鋅的濃度C ；將檢測到的324. 8納米譜線強(qiáng)度./，以及銅的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的銅的常 數(shù)^代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含銅的濃度C ；
將檢測到的405. 8納米譜線強(qiáng)度/ ,以及鉛的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的鉛的常 數(shù)“，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鉛的濃度C ；
將檢測到的283. 5納米譜線強(qiáng)度/，以及鉻的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的鉻的常 數(shù)α ,代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鉻的濃度C ；
將檢測到的226. 5納米譜線強(qiáng)度/，以及鎘的自吸收系數(shù)由步驟f21得到的鎘的常 數(shù)a，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鎘的濃度C ；
將檢測到的253. 7納米譜線強(qiáng)度/，以及汞的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的汞的常 數(shù)‘代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含汞的濃度C ；
將檢測到的228. 8納米譜線強(qiáng)度/ ,以及砷的自吸收系數(shù) ,由步驟f21得到的砷的常 數(shù)《 ,代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含砷的濃度C ；
將檢測到的334. 9納米譜線強(qiáng)度/ ,以及鈦的自吸收系數(shù)由步驟f21得到的鈦的常 數(shù)d代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鈦的濃度C ；
將檢測到的247. 8納米譜線強(qiáng)度./，以及碳的自吸收系數(shù)由步驟f21得到的碳的常 數(shù)《，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含碳的濃度C ；
將檢測到的257. 6納米譜線強(qiáng)度/，以及錳的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的錳的常 數(shù)ι代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含錳的濃度C ；
將檢測到的357. 3納米譜線強(qiáng)度/，以及鋇的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的鋇的常 數(shù)《代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鋇的濃度C ；
g、取標(biāo)準(zhǔn)巖性巖石，用本發(fā)明的地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置進(jìn)行測量，建立標(biāo)準(zhǔn)巖石 巖性數(shù)據(jù)庫，將步驟f得到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)巖石巖性數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對(duì)比，判定被測樣品的巖性。
石油錄井過程中希望實(shí)時(shí)得到鉆探處巖石的巖性。而現(xiàn)有方法通過撈取巖屑碎末 來進(jìn)行判斷，隨著機(jī)械鉆速的提高，巖屑的研磨程度得到加強(qiáng)，跟隨鉆井液返到井口的巖屑 顆粒直徑與牙輪鉆頭作用的巖屑相比較，顯得更加細(xì)小，甚至變成粉末，經(jīng)過清洗后所剩無 幾，對(duì)巖性判斷的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性無法滿足錄井行業(yè)的需求。石油錄井行業(yè)迫切需要可以 對(duì)地層巖性進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線、連續(xù)識(shí)別的裝置，多年來石油錄井行業(yè)未能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，因 此，本發(fā)明通過鉆井液來測量地層巖性的地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置并非是顯而易見的。
權(quán)利要求
地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置，其特征在于，該裝置由脈沖發(fā)生器(1)、脈沖激光器(2)、時(shí)序控制器(3)、中孔反射鏡(4)、全反鏡(5)、聚焦鏡(6)、反應(yīng)室(7)、流量閥(8)、鉆井液池(9)、收光器(10)、光纖(11)、光譜儀(12)、ICCD(13)和計(jì)算機(jī)(14)組成；脈沖發(fā)生器(1)分別連接脈沖激光器(2)的外觸發(fā)端和時(shí)序控制器(3)的輸入端；在脈沖激光器(2)的激光發(fā)射方向順序同軸安置中孔反射鏡(4)、全反鏡(5)和聚焦鏡(6)，收光器(10)的接收端安置在中孔反射鏡(4)反射方向的同軸位置，收光器(10)的輸出端通過光纖(11)與光譜儀(12)的輸入端連接，光譜儀(12)的輸出端連接到ICCD(13)的輸入端；時(shí)序控制器(3)的輸出端連接到ICCD(13)的觸發(fā)端，ICCD(13)的輸出端連接到計(jì)算機(jī)(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置，其特征在于，所述脈沖激光器 (2)的輸出波長為1064納米，激光能量為10(Γ500毫焦。
3.用權(quán)利要求1所述的地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置檢測巖性的方法，其特征在于，該 方法按下列步驟進(jìn)行a、將地層巖性的實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置安置在振動(dòng)篩附近，使該裝置的聚焦鏡(6)的焦點(diǎn) 位于鉆井液的取樣點(diǎn)處；b、打開地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置，此時(shí)，該裝置的脈沖發(fā)生器(1)同時(shí)給脈沖激光器 (2)和時(shí)序控制器(3)發(fā)出脈沖信號(hào)，脈沖激光器(2)的外觸發(fā)端收到一個(gè)脈沖信號(hào)就發(fā)出 一個(gè)脈沖激光，脈沖激光經(jīng)全反鏡(5)、與聚焦鏡(6)后，聚焦到鉆井液上；C、當(dāng)循環(huán)的鉆井液攜帶地層巖屑顆粒被聚焦的高能量激光束擊穿后，會(huì)形成高溫等離 子體，地層巖屑顆粒中的各種物質(zhì)將被激發(fā)到高能態(tài)，在下一個(gè)脈沖激光到達(dá)之前，高能態(tài) 的各種物質(zhì)將回到基態(tài)，在此過程中，各種物質(zhì)會(huì)輻射出各自的特征光譜；d、特征光譜會(huì)反射到地層巖性的實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置的聚焦鏡(6)，經(jīng)全反鏡(5)、中孔 反射鏡(4)反射，進(jìn)入收光器(10)，再經(jīng)光纖(11)傳導(dǎo)到光譜儀(12)；e、光譜儀(12)對(duì)接收到的光信號(hào)分光后傳入光電檢測器ICXD(13)，此時(shí)，脈沖發(fā)生 器(1)激發(fā)該脈沖激光同時(shí)發(fā)出的另一個(gè)脈沖信號(hào)經(jīng)時(shí)序控制器(3)正好觸發(fā)光電檢測器 ICCD (13)進(jìn)行開門采集，并將采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并導(dǎo)入計(jì)算機(jī)(14)；f、計(jì)算機(jī)(14)將得到的鉆井液樣品激光誘導(dǎo)擊穿光譜，按照下列方法判斷樣品屬于哪 種元素物質(zhì)，及該元素含量變化情況；fl、巖石成分判斷方法為 當(dāng)特征譜線是393. 6納米時(shí)，元素為鈣； 當(dāng)特征譜線是279. 6納米時(shí)，元素為鎂； 當(dāng)特征譜線是309. 3納米時(shí)，元素為鋁； 當(dāng)特征譜線是404. 6納米時(shí)，元素為鐵； 當(dāng)特征譜線是288. 1納米時(shí)，元素為硅； 當(dāng)特征譜線是589. 6納米時(shí)，元素為鈉； 當(dāng)特征譜線是766. 5納米時(shí)，元素為鉀； 當(dāng)特征譜線是334. 5納米時(shí)，元素為鋅； 當(dāng)特征譜線是324. 8納米時(shí)，元素為銅； 當(dāng)特征譜線是405. 8納米時(shí)，元素為鉛； 當(dāng)特征譜線是283. 5納米時(shí)，元素為鉻；當(dāng)特征譜線是226. 5納米時(shí)，元素為鎘；當(dāng)特征譜線是253. 7納米時(shí)，元素為汞；當(dāng)特征譜線是228. 8納米時(shí)，元素為砷；當(dāng)特征譜線是334. 9納米時(shí)，元素為鈦；當(dāng)特征譜線是247. 8納米時(shí)，元素為碳；當(dāng)特征譜線是257. 6納米時(shí)，元素為錳；當(dāng)特征譜線是357. 3納米時(shí)，元素為鋇；f2、各種元素成分所含的濃度分別按下列公式計(jì)算lg/ =Mg C+Ig a (1. 1)式中/為譜線強(qiáng)度ι力常數(shù)，h為所測物質(zhì)的自吸收系數(shù)，C為元素的濃度； f21、分別取所含鈣鎂鋁、鐵、硅、鈉、鉀、鋅、銅、鉛、鉻、鎘、汞、砷、鈦、碳、錳、鋇濃度已 知的地層巖石顆粒鉆井液，分別檢測各自的譜線強(qiáng)度由公式(1. 1)分別計(jì)算出鈣、鎂、 鋁、鐵、硅、鈉、鉀、鋅、銅、鉛、鉻、鎘、汞、砷、鈦、碳、錳、鋇的常數(shù)“；f22、將測到的393. 6納米譜線強(qiáng)度i，以及鈣的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的鈣的 常數(shù)a代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鈣的濃度C ；將測到的279. 6納米譜線強(qiáng)度/，以及鎂的自吸收系數(shù)‘，由步驟f21得到的鎂的常數(shù) ^代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鎂的濃度C ；將測到的309. 3納米譜線強(qiáng)度/以及鋁的自吸收系數(shù)6 ,由步驟f21得到的鋁的常數(shù) a，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鋁的濃度C ；將測到的404. 6納米譜線強(qiáng)度f以及鐵的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的鐵的常數(shù) ，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到彼測樣品中所含鐵的濃度C ；將測到的288. 1納米譜線強(qiáng)度2以及硅的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的硅的常數(shù) 漢代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含硅的濃度C ；將測到的589. 6納米譜線強(qiáng)度/ ,以及鈉的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的鈉的常數(shù) α ,代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鈉的濃度C ；將測到的766. 5納米譜線強(qiáng)度以及鉀的自吸收系數(shù)fe ,由步驟f21得到的砷的常數(shù) ，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鉀的濃度C ；將測到的766. 5納米譜線強(qiáng)度/以及鉀的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的砷的常數(shù) ^代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到彼測樣品中所含鉀的濃度C ；將測到的334. 5納米譜線強(qiáng)度/ ,以及鋅的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的鋅的常數(shù) “代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鋅的濃度C ；將測到的324. 8納米譜線強(qiáng)度/ ,以及銅的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的銅的常數(shù) ^ ,代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含銅的濃度C ；將測到的405. 8納米譜線強(qiáng)度ι以及鉛的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的鉛的常數(shù) ，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鉛的濃度C ；將測到的283. 5納米譜線強(qiáng)度/ ,以及鉻的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的鉻的常數(shù) ，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鉻的濃度C ；將測到的226. 5納米譜線強(qiáng)度/，以及鎘的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的鎘的常數(shù) ，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鎘的濃度C ；將測到的253. 7納米譜線強(qiáng)度以及汞的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的汞的常數(shù) 。,代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含汞的濃度C ；將測到的228. 8納米譜線強(qiáng)度/，以及砷的自吸收系數(shù)‘，由步驟f21得到的砷的常數(shù) α ,代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含砷的濃度C ；將測到的334. 9納米譜線強(qiáng)度以及鈦的自吸收系數(shù)& ,由步驟f21得到的鈦的常數(shù) ，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鈦的濃度C ；將測到的247. 8納米譜線強(qiáng)度/，以及碳的自吸收系數(shù) ，由步驟f21得到的碳的常數(shù) ，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含碳的濃度C ；將測到的257. 6納米譜線強(qiáng)度/ ,以及錳的自吸收系數(shù)由步驟f21得到的錳的常數(shù) ，代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含錳的濃度C ；將測到的357. 3納米譜線強(qiáng)度/，以及鋇的自吸收系數(shù)由步驟f21得到的鋇的常數(shù) ^代入步驟f2公式(1. 1)，便可得到被測樣品中所含鋇的濃度C ；g、取標(biāo)準(zhǔn)巖性巖石，用權(quán)利要求1所述的地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置進(jìn)行測量，建立 標(biāo)準(zhǔn)巖石巖性數(shù)據(jù)庫，將步驟f得到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)巖石巖性數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對(duì)比，判定被測樣 品的巖性。
全文摘要
本發(fā)明公開了地層巖性實(shí)時(shí)在線識(shí)別裝置及其識(shí)別方法，涉及石油錄井過程中巖性的實(shí)時(shí)在線的監(jiān)測。該裝置由脈沖發(fā)生器(1)、脈沖激光器(2)、時(shí)序控制器(3)、中孔反射鏡(4)、全反鏡(5)、聚焦鏡(6)、反應(yīng)室(7)、流量閥(8)、鉆井液池(9)、收光器(10)、光纖(11)、光譜儀(12)、ICCD(13)和計(jì)算機(jī)(14)組成。本發(fā)明利用聚焦的高能量激光束將鉆井液中攜帶的鉆遇地層巖屑顆粒激發(fā)到高能態(tài)，在其回到基態(tài)的過程中各種物質(zhì)將輻射出各自的特征光譜，分析這些光譜可得到被測物質(zhì)的元素及濃度，從而判定被測樣品的巖性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，方法可靠，操作方便，適合石油錄井過程中對(duì)巖性進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線檢測。
文檔編號(hào)G01N21/63GK101984344SQ20101051577
公開日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者佘明軍, 劉林美, 吳金泉, 孫奉?yuàn)? 林兆祥, 陶國強(qiáng) 申請(qǐng)人:中南民族大學(xué)