專利名稱：一種光纖式激光拉曼鉆井液多參數(shù)分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆井液激光拉曼譜烴類檢測裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的鉆井液分析檢測裝置首先需要進行氣液膜分離，然后檢測烴類物質(zhì)，本發(fā)明采用激光拉曼譜分析，實現(xiàn)了鉆井液的多參數(shù)分析，不用氣液分離，并可以實現(xiàn)實驗室模擬井下隨鉆，對鉆井液烴類進行檢測。采用激光拉曼譜對鉆井液進行多參數(shù)分析，有以下優(yōu)勢由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光譜是研究水溶液中的烴類化合物的理想工具；拉曼一次可以同時覆蓋50-4000 波數(shù)的區(qū)間，可對有機物及無機物進行分析；拉曼光譜譜峰清晰尖銳，更適合定量研究、 數(shù)據(jù)庫搜索、以及運用差異分析進行定性研究；激光束的直徑在它的聚焦部位通常只有 0. 2-2毫米，常規(guī)拉曼光譜只需要少量的樣品就可以得到，這是拉曼光譜相對常規(guī)紅外光譜一個很大的優(yōu)勢；利用聚光鏡可將激光束進一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面積的樣品；共振拉曼效應(yīng)可以用來有選擇性地增強分子特個基團的振動，這些發(fā)色基團的拉曼光強能被選擇性地增強1000到10000倍；可檢查背散射光，適合安裝在鉆具內(nèi)，而紅外光譜一般檢查透射吸收光譜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于鉆井液多參數(shù)分析的光纖式激光拉曼裝置。該裝置可根據(jù)隨鉆檢測要求的溫度和震動條件，研究鉆井液烴類拉曼譜響應(yīng)特征，并分析溫度和震動對譜線的影響(圖1所示)。該裝置用于地面鉆井液激光拉曼譜烴類檢測，可實現(xiàn)井下隨鉆烴類檢測的實驗室模擬。該裝置主要包括波長^0nm、^8nm、840nm和1046nm微型半導(dǎo)體激光器(功率> 50mw)四臺、染料激光器一臺、高硬度聚光探頭一個、振蕩器一臺、合金外殼一個、譜分析儀一臺和分析計算機一臺。光纖探頭絲接在步進電機驅(qū)動的震動模塊(振幅范圍lmm-20mm， 頻率范圍1HZ-1000HZ)上，初步模擬震動參數(shù)對激光拉曼譜信號的影響(圖2所示)；鉆井液流動池放置在透明恒溫平臺(溫度范圍20°C -150°C )上，初步模擬溫度參數(shù)對鉆井液中烴類激光拉曼散射譜信號的影響；光學(xué)模塊、探頭模塊(圖3所示)、光纖傳輸部分均無機動部分，譜儀模塊內(nèi)單片機為抗高溫單片機.(_55°C _150°C )，抗高溫抗震動。


圖1.光纖式激光拉曼鉆井液多參數(shù)分析裝置圖(a_激光器陣列，b_合金外殼， C-光纖導(dǎo)向器，d-光纖，e_藍寶石光纖探頭，f_光纖式譜儀，g_振蕩器，h-譜分析系統(tǒng)， i_鉆井液池。儀器平放，光學(xué)器件與外殼固定裝配)圖2.光纖聯(lián)接的拉曼譜探測系統(tǒng)(a-280nm激光器，b-480nm激光器，c-840nm激光器，d-1064nm激光器，e_光纖橋接器，f-中央輸出光光纖，g_光纖束，h_合金外殼，i_藍寶石窗口，j"聚光系統(tǒng)，k-拉曼譜輸入光纖，1-濾波鏡，m-譜儀)圖3.高硬度聚光探頭(a_藍寶石，b-錐形槽，C-光纖束包體，d-光纖，e-中央激光輸出光纖，f"合金外殼，g"聚光系統(tǒng)，h-拉曼散射光收集光纖，i- 一次反射凹面鏡，j"內(nèi)充液，k- 二次反射凹面鏡，m-合金外殼，η-光纖，ο-聚光透鏡)
具體實施例方式(1)四臺半導(dǎo)體激光器提供激光光源，染料激光器用于初步分析鉆井液中烴類成份的共振拉曼效應(yīng)，激光器通過光學(xué)接口與光纖連接，輸出激光信號；(2)光纖聯(lián)接探測系統(tǒng)，利于模塊排布；(3)光纖探頭采用藍寶石(或外加薄層金剛石保護層)等高硬度、耐磨損、耐腐蝕、 耐高溫光學(xué)材料作為探頭的光學(xué)窗口，隔離外界環(huán)境；(4)探頭光學(xué)窗口后為聚焦系統(tǒng)，收集拉曼散射信號，提高信號強度；(5)高硬度聚光探頭的錐形槽可以防止藍寶石窗口在鉆桿高速轉(zhuǎn)動被離心力推出，保證機械強度；(6)光纖探頭絲接在步進電機驅(qū)動的震動模塊(振幅范圍lmm-20mm，頻率范圍 1HZ-1000HZ)上，初步模擬震動參數(shù)對激光拉曼譜信號的影響；(7)鉆井液流動池放置在透明恒溫平臺(溫度范圍20°C -150°C )上，初步模擬溫度參數(shù)對鉆井液中烴類激光拉曼散射譜信號的影響；(8)光學(xué)模塊、探頭模塊、光纖傳輸部分均無機動部分，抗高溫抗震動。譜儀模塊內(nèi)單片機為抗高溫單片機.(_55°C -150°C )；(9)密封劑采用全氟彈性體，耐高溫 316°C，耐酸、堿等1600種化學(xué)品，進一步保證隔離效果。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種用于鉆井液多參數(shù)分析的光纖式激光拉曼裝置。該裝置可根據(jù)隨鉆檢測要求的溫度和震動條件，研究鉆井液烴類拉曼譜響應(yīng)特征，并分析溫度和震動對譜線的影響。該裝置用于地面鉆井液激光拉曼譜烴類檢測，可實現(xiàn)井下隨鉆烴類檢測的實驗室模擬。該裝置主要包括波長觀011111、似811111、84011111和1046nm微型半導(dǎo)體激光器(功率> 50mw)四臺、染料激光器一臺、高硬度聚光探頭一個、振蕩器一臺、合金外殼一個、譜分析儀一臺和分析計算機一臺。光纖探頭絲接在步進電機驅(qū)動的震動模塊(振幅范圍lmm-20mm， 頻率范圍1HZ-1000HZ)上，初步模擬震動參數(shù)對激光拉曼譜信號的影響；鉆井液流動池放置在透明恒溫平臺(溫度范圍20°C -150°C )上，初步模擬溫度參數(shù)對鉆井液中烴類激光拉曼散射譜信號的影響；光學(xué)模塊、探頭模塊、光纖傳輸部分均無機動部分，譜儀模塊內(nèi)單片機為抗高溫單片機(_55°C _150°C )，抗高溫抗震動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉆井液多參數(shù)分析的光纖式激光拉曼裝置，用四臺半導(dǎo)體激光器提供激光光源，染料激光器用于初步分析鉆井液中烴類成份的共振拉曼效應(yīng)，激光器通過光學(xué)接口與光纖連接，輸出激光信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉆井液多參數(shù)分析的光纖式激光拉曼裝置，探測系統(tǒng)采用光纖聯(lián)接，利于模塊排布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉆井液多參數(shù)分析的光纖式激光拉曼裝置，光纖探頭采用藍寶石(或外加薄層金剛石保護層)等高硬度、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫光學(xué)材料作為探頭的光學(xué)窗口，可以起到隔離環(huán)境的作用；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉆井液多參數(shù)分析的光纖式激光拉曼裝置，探頭光學(xué)窗口后為聚焦系統(tǒng)，收集拉曼散射信號，可以提高信號強度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉆井液多參數(shù)分析的光纖式激光拉曼裝置，高硬度聚光探頭的錐形槽可以防止藍寶石窗口在鉆桿高速轉(zhuǎn)動被離心力推出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉆井液多參數(shù)分析的光纖式激光拉曼裝置，密封劑采用全氟彈性體，耐高溫可達316°C，耐酸、堿等1600種化學(xué)品，進一步保證隔離效果。
全文摘要
本發(fā)明的目的就是提供一種用于鉆井液多參數(shù)分析的光纖式激光拉曼裝置。該裝置可根據(jù)隨鉆檢測要求的溫度和震動條件，研究鉆井液烴類拉曼譜響應(yīng)特征，并分析溫度和震動對譜線的影響。光纖式倒置顯微激光拉曼鉆井液多參數(shù)分析裝置包括波長280nm、428nm、840nm和1046nm微型半導(dǎo)體激光器(功率＞50mw)四臺、染料激光器一臺、高硬度聚光探頭一個、振蕩器一臺、合金外殼一個、譜分析儀一臺和分析計算機一臺。光纖探頭采用藍寶石作為探頭的光學(xué)窗口；鉆井液流動池放置在透明恒溫平臺(溫度范圍20℃-150℃)上，初步模擬溫度參數(shù)對鉆井液中烴類激光拉曼散射譜信號的影響。該裝置用于地面鉆井液激光拉曼譜烴類檢測，并可以實現(xiàn)實驗室模擬井下隨鉆，對鉆井液烴類進行檢測。
文檔編號G01N21/65GK102305783SQ20111012319
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者任偉偉, 唐明明, 張金亮 申請人:北京師范大學(xué)