本發(fā)明屬于油氣藏井勘探和開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于井下隨鉆光譜鉆井過程中H₂S監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當前，鉆井施工現(xiàn)場H₂S的監(jiān)測主要通過地面檢測H₂S在鉆井液、巖屑和井場大氣中的體積分數(shù)。主要的檢測方法是施工現(xiàn)場硫化氫地面監(jiān)測方法和地層硫化氫預測法。施工現(xiàn)場硫化氫地面監(jiān)測主要是通過專門儀器隨鉆檢測硫化氫在鉆井液、巖屑和井場大氣中的體積分數(shù)，以達到確定地層流體是否含有硫化氫。地層硫化氫監(jiān)測法是通過鉆前地層分析、地層對比分析、錄井數(shù)據(jù)分析等方法預測相似地層或鄰近底層流體是否含有硫化氫。硫化氫是酸性氣體，在目前最常用的堿性鉆井液中，早期的侵入將發(fā)生酸堿中和反應地面檢測設(shè)備不能發(fā)現(xiàn)硫化氫的侵入。當高溫高壓油氣井鉆井過程中，大量氣侵時，過量的硫化氫將以氣體形式裹在鉆井液中迅速竄到地面上，因此，地面檢測方式存著這較為嚴重的預警滯后問題。尤其，在高壓含硫油氣藏鉆井中，發(fā)生井噴時間極短，從發(fā)生流體侵入到井噴只有5到10min，高壓油氣藏時間更短，甚至溢流和井噴同時發(fā)生，較短的滯后時間將會給井控安全及地面人員設(shè)備安全帶來巨大安全隱患。地面檢測存在較大的滯后性和準確性低等問題，目前還沒有井下隨鉆實時監(jiān)測硫化氫的方法和設(shè)備。

綜上所述，在高壓含硫油氣藏鉆井中現(xiàn)有的地面檢測方法存在較大的滯后性和準確性低等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于井下隨鉆光譜鉆井過程中H₂S監(jiān)測方法及系統(tǒng)，旨在解決在高壓含硫油氣藏鉆井中現(xiàn)有的常規(guī)地面硫化氫監(jiān)測預警方法中存的滯后性和準確性低等的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于井下近紅外隨鉆光譜鉆井過程中H₂S監(jiān)測方法，所述基于井下隨鉆光譜鉆井過程中H₂S監(jiān)測方法包括：

(1)井下隨鉆光譜短節(jié)與鉆柱連接，流體通過流體檢測通道經(jīng)檢測模塊后，由流體檢測通道出口排到環(huán)空；

(2)入射近紅外檢測信號照射穿過流體檢測通道的流體，出射近紅外檢測進入檢測器并通過信號傳輸系統(tǒng)與上位機建立通訊并完成隨鉆測量數(shù)據(jù)上傳；

(3)上位機結(jié)合電子設(shè)備和硫化氫分析系統(tǒng)實現(xiàn)隨鉆近紅外測量工具的控制同時分析所的近紅外光譜數(shù)據(jù)完成實時隨鉆監(jiān)測分析并顯示結(jié)果。

進一步，所述基于井下近紅外隨鉆光譜硫化氫監(jiān)測方法中地面上位機硫化氫分析系統(tǒng)接收信號傳輸系統(tǒng)上傳的信號數(shù)據(jù)進行解碼得到測試信號，根據(jù)硫化氫指紋譜圖確定地層流體中是否含有硫化氫；根據(jù)標準硫化氫樣品集和標準樣品集的近紅外圖譜進行關(guān)聯(lián)從而建立定量數(shù)學模型，可采用人工神經(jīng)網(wǎng)路、多遠線性回歸、主成分回歸、支持向量機等建立定量數(shù)學模型。本發(fā)明采用主成分回歸建立數(shù)學模型X＝TP^T+E，使用矩陣X主成分分析得到前n個向量得到矩陣T＝[t₁,,t₂,t₃,…,t_n]，代替吸光度進行多遠回歸得到主成分回歸模型y＝Tb+E；采用間隔偏最小二乘回歸法建立地層流體中硫化氫含量的校正模型，對定量模型進行校正。將目標光譜區(qū)間等分為多個等寬子區(qū)間，對每個等寬子區(qū)間進行最小二乘回歸，找到交互驗證均方根誤差對應的區(qū)間，再以此區(qū)間為中心單向或雙向消減波長變量得到最佳波長區(qū)間根據(jù)標準樣品集近紅外吸光度確定定量數(shù)學模型。

所述步驟(3)進一步包括：

標準樣品光譜集建立：通過標準化學計量方法確定硫化氫氣體濃度，測量硫化氫的標準光譜；對同一樣品進行多次測量；對不同批次樣品進行多次重復測量，以平均光譜作為目標物質(zhì)標準光譜；

所述步驟(3)進一步包括：

上位機接收到來自井底上傳的信號數(shù)據(jù)進行解碼得到測試信號，根據(jù)指紋譜圖確定地層流體是否含有硫化氫；然后，由標準樣品集近紅外吸光度確定定量數(shù)學模型和根據(jù)測量譜圖預測被測流體中硫化氫的濃度，輸出檢測結(jié)果。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述基于井下隨鉆光譜鉆井過程中H₂S監(jiān)測方法的基于井下隨鉆光譜鉆井過程中H₂S監(jiān)測系統(tǒng)，所述基于井下隨鉆光譜鉆井過程中H₂S監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置有：

電源模塊；

電源模塊置于隨鉆短接內(nèi)為光源模塊供電；光源模塊輸出預定一個或者幾個預定帶寬的近紅外光信號；

光源模塊發(fā)出的近紅外光信號通過入射光窗口，穿過流體檢測室內(nèi)的流體透過出射光窗口；

出射光攜帶所測信號通過連接出射光窗口的光纖束的傳輸路徑進入流體檢測模塊；流體檢測模塊基于出射光生成電流，電流與入射光的量成比例；

被測電流信號進入信號傳輸模塊，提供測量信號的編碼及上傳，采用泥漿脈沖法上傳編碼信號至上位機。

進一步，所述流體檢測模塊的檢測器采用紅外光子檢測器或者電感耦合探測器；探測器基于入射光生成電流，電流與入射光的量成比例檢測器得到的信號輸入到井下信號傳輸模塊將檢測信息上傳到地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的基于井下隨鉆光譜鉆井過程中H₂S監(jiān)測方法及系統(tǒng)，采用低功耗、窄帶寬、耐高溫的近紅外光源裝置，提供特定波長區(qū)域的穩(wěn)定近紅外光信號，近紅外光源信號穿透過無堆積、滯后流體檢測通道內(nèi)的井下流體，通過光纖束進入光電檢測器完成光電轉(zhuǎn)換，再通過光電耦合方式輸出，通過泥漿脈沖器傳輸?shù)缴衔粰C完成解碼，輸出地層流體是否含有硫化氫及含有硫化氫的濃度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的基于井下隨鉆光譜鉆井過程中H₂S監(jiān)測方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的井下近紅外隨鉆近紅外光譜短節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的井下近紅外隨鉆光譜檢測結(jié)構(gòu)細節(jié)示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例提供的井下近紅外隨鉆光譜對隨鉆地層流體中某一帶寬內(nèi)硫化氫的吸收譜線圖。

圖中：1、電源模塊；2、光源模塊；3、流體檢測通道；31、流體檢測通道入口；32、被測流體混合組件；33、流體檢測室；34、入射光窗口；35、出射光窗口；36、泵抽組件；37、流體檢測通道出口。4、光纖束；5、流體檢測模塊；6、信號傳輸裝置；7、上位機。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應用原理作詳細的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的基于井下隨鉆光譜鉆井過程中H₂S監(jiān)測方法包括以下步驟：

S101：井下隨鉆光譜短節(jié)以常規(guī)方式同鉆柱連接，流體通過流體檢測通道經(jīng)檢測模塊后，由流體檢測通道出口排到環(huán)空；

S102：入射近紅外檢測信號照射穿過流體檢測通道的流體，出射近紅外檢測光信號進入檢測器并通過信號傳輸系統(tǒng)與上位機建立通訊并完成隨鉆測量分析；

S103：上位機結(jié)合適當?shù)碾娮釉O(shè)備和硫化氫定性及定量分析系統(tǒng)控制隨鉆近紅外測量工具同時分析、顯示隨鉆監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應用原理作進一步的描述。

圖2為本發(fā)明實施例的井下近紅外隨鉆光譜短節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；井下光譜短節(jié)以常規(guī)方式與位于在鉆井井眼中鉆桿相連。鉆井施工過程中，由泵抽組件36抽汲隨鉆短節(jié)下端環(huán)空流體進入流體檢測通道被測流體混合組件32，被測流體流經(jīng)流體檢測通道3由流體檢測通道出口37排至隨鉆短節(jié)上端環(huán)空。

流體檢測通道入口31、流體檢測通道出口37分別布置在細長主體短節(jié)的同側(cè)或異側(cè)。裝配的流體檢測通道通3過預設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)置，利用鉆井液的壓力做為泵抽組件36的動力，從而建立隨鉆短節(jié)下端的流體檢測通道入口31、流體檢測室33、隨鉆短接上端流體檢測通道出口37在環(huán)空地層流體中的連通。被測流體進入流體檢測通道入口31后通過被測流體混合組件32實現(xiàn)充分混合，流經(jīng)流體檢測室33并從隨鉆短節(jié)上端的流體檢測通道出口37排放到環(huán)空內(nèi)。從而實現(xiàn)隨鉆測量過程中的被測流體無堆積、滯后流過檢測系統(tǒng)。

電源模塊1置于隨鉆短接內(nèi)為光源模塊2供電，光源模塊2輸出預定一個或者幾個預定帶寬的近紅外光信號，光源發(fā)出的近紅外光信號通過入射光窗口34,穿過流體檢測室33內(nèi)的流體透過出射光窗口35。出射光攜帶所測信號通過連接出射光窗口35的光纖束4的傳輸路徑進入流體檢測模塊5，該流體檢測模塊5基于出射光生成電流，電流與入射光的量成比例。檢測信號進入信號傳輸模塊6，提供測量信號的編碼及上傳，采用泥漿脈沖法上傳編碼信號至上位機7。上位機7接收到來自井底上傳的信號數(shù)據(jù)進行解碼得到測試信號，對比已知物質(zhì)的指紋譜圖確定流體成分；然后，對比根據(jù)已知濃度和吸光度建立的定量數(shù)學模型，利用已建立定量數(shù)學模型和被測流體的吸光度計算得到被測流體中硫化氫的濃度，輸出檢測結(jié)果。

圖3為流體檢測模塊5示意圖。穿過流體后的光信號通過光纖束進入不同的檢測器，檢測器將不同波段內(nèi)的光強轉(zhuǎn)化為電流信號輸出。檢測器采用紅外光子檢測器或者電感耦合探測器，本發(fā)明采用紅外光子類銦鎵砷探測器,但不限于銦鎵砷可采用鍺、銦鎵砷、砷化銦、硫化鉛、硒化鉛等探測器。該光探測器基于入射光生成電流，電流與入射光的量成比例檢測器得到的信號輸入到井下信號傳輸模塊將檢測信息上傳到地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

本發(fā)明實施例的近紅外光譜信號處理系統(tǒng)包括：

標準樣品光譜集建立：通過標準方法確定硫化氫濃度，測量硫化氫的標準光譜；對同一樣品進行多次測量；對不同批次樣品進行多次重復測量，以平均光譜作為硫化氫標準光譜并優(yōu)選近紅外波段區(qū)間。

光譜預處理及目標物質(zhì)特征光譜提?。翰捎米钚《藬M合法對原光譜進行卷積平滑處理，采取若干個峰組作為定性判斷依據(jù)，可采用特征波長吸收比、PCA、FFT、小波變換；

光譜基線的校正與數(shù)據(jù)規(guī)范化處理:附加散射校正、變量標準化、數(shù)據(jù)規(guī)范化。

本發(fā)明實施例的硫化氫定性及定量分析系統(tǒng)包括：

上位機接收到來自井底上傳的信號數(shù)據(jù)進行解碼得到測試信號，對比已知物質(zhì)的指紋譜圖確定流體成分；然后，根據(jù)已知硫化氫濃度和吸光度建立的定量數(shù)學模型，利用已知定量數(shù)學模型和被測流體的吸光度計算得到被測流體中硫化氫的濃度，輸出檢測結(jié)果。

本發(fā)明優(yōu)選低功耗、窄帶寬的光源裝置，提供特定波長區(qū)域的穩(wěn)定光信號。光源信號穿透過無堆積、滯后流體接受排放裝置內(nèi)的井下流體，通過光纖束進入光電探測器完成光電轉(zhuǎn)換，再通過光電耦合方式輸出。通過泥漿脈沖器傳輸?shù)缴衔粰C完成解碼，輸出環(huán)空流體是否含有硫化氫及含有硫化氫的濃度。根據(jù)朗伯—比爾定律流體被測物質(zhì)的吸光度與光程、被測物質(zhì)濃度成正比，與被測物質(zhì)的吸光系數(shù)成正比。

圖4為應用本發(fā)明提供的井下近紅外隨鉆光譜對隨鉆地層流體中硫化氫在中某一帶寬吸收譜線圖。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。