专利名称：一种井口气远程测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及仪器仪表在线定量分析领域，特别涉及基于红外光谱分析的探井气测录井领域。
技术背景油气勘探气测录井的层析气体成份及其定量分析结果数据是作为油气层存在、产能以及开发价值评价的依据。目前油气勘探录井场合普遍采用的常规气测录井分析装置由于有明火的存在，不能放置在井口，被测井口气需用一条长气路管道通入气测录井分析装置。连接用气路管道越长，气测录井分析装置的响应时间越长，通常气路管道长达五十米以上，分析周期在2-4分钟以上。而当前油气田钻井速度已普遍达到数米/分，故存在油气层漏测问题，不能适应国家对薄油气田能源开发形势发展的迫切要求。基于红外光谱分析的多组分气体在线分析系统(以下简称光谱气体分析系统)是一种新型气测录井分析装置。进入该光谱气体分析系统的被分析气体的压力值保持在一允许偏差之内，是获得准确与稳定分析结果的前提。也就是说该光谱气体分析系统在出厂前或投运前的标定、测量，以及实验室或现场的不同时间、不同地点全程工作过程中，被分析气体的压力值均需保持恒定在允许偏差范围内。但是，目前没有对被分析气体压力值的调节措施，故因被分析气体压力值变化使测量分析准确性受到很大影响
实用新型内容
本实用新型目的在于，提出一种新型气测录井分析装置。它具有在线分析的实时性与快速响应性；能够为保证在不同时间、不同地点测量分析结果的准确性与稳定性奠定基础。为了实现具有在线分析的实时性与快速响应性的目的，本实用新型采用的技术方案是将本质安全的、基于红外光谱仪的在线多组分气体分析系统组建成一种新型井口气测定仪。该测定仪放置在油、气勘探的井口处，从而保证被测井口气能够经最短的气路管道直接通入井口气测定仪的红外光谱气体分析系统中。井口气远程测定仪中红外光谱气体分析系统的分析结果由数据无线远传系统远传至数百至上千米外的监测中心。这样，监测中心可以及时得到分析结果，而且还可以免去人员在井口现场日夜值班坚守，从而井口气远程测定仪可达测量周期〈15秒的最快响应速度，且维护方便，无需人员值守。为了保证不同时间、地点进入气室被分析气体的压力值恒定在允许偏差之内的目的，将气室气体压力不同对测量分析准确度的影响降至最小，本实用新型采用的方案是一种井口气远程测定仪，该测定仪由气路连接管道、自校准闭环调压系统、红外光谱气体分析系统和数据无线远传系统依次顺序连接组成；所述气路连接管道入口与井口阀相连、通入被测井口气，气路连接管道出口与红外光谱气体分析系统入口相连；所述自校准闭环调压系统，由标气阀、调节阀、三通、标气钢瓶以及红外光谱气体分析系统组成。[0009]所述自校准闭环调压系统能保证进入系统气室的气体压力值恒定在允许范围内；红外光谱气体分析系统分析气室中的气体组分及其浓度，输出的分析结果由数据无线远传系统远传至监测中心；所述气路连接管道入口与井口阀相连、通入被测井口气，气路连接管道出口与红外光谱气体分析系统入口相连；该气路连接管道具有最短长度，是由井口气远程测定仪以最近距离放置在井口处来限制。所述最短气路连接管道出口接三通的第一通路，标气阀入口与三通的第二通路相连，其出口与标气钢瓶相连，标气是烷烃标准气；红外光谱气体分析系统的入气口与三通的第三通路相连，调节阀入口与红外光谱气体分析系统排气口相连，调节阀的出口通大气。所述烷烃标准气是100%浓度的甲烷，或者是乙烷、丙烷、丁烷。所述自校准闭环调压系统，为手动，或者为自动式；当为手动式时，标气阀、调节阀均为手可动式；当为自动式时，为电可控的，它们应与红外光谱气体分析系统中的计算机通过RS232/485串口总线相连。所述红外光谱气体分析系统是由中红外光谱仪及计算机两大部分组成；中红外光谱仪是傅里叶变换红外光谱仪或者是非傅里叶变换型；两大部分通过计算机串口总线RS232/485相连接；光谱仪输出的光谱数据输至计算机后，由专用分析软件分析获得被测多组分气体各组分浓度值。所述数据无线远传系统，一种无线收发模块与红外光谱气体分析系统中的计算机串口总线RS232/485相连接；监测中心处的无线收发模块经上位机的串口总线RS232/485与上位计算机相连；无线收发模块可以采用基于ZigBee通讯协议的模块，也可以采用遵守蓝牙、WiFi通讯协议的无线收发模块。本实用新型构建了一个气压自校准闭环调压系统。该调压系统由红外光谱气体分析系统、标气阀、标准样气钢瓶、调节阀及三通组成。进入光谱气体分析仪气室入口的被测气体，不论该气体是被测井口气还是标准样气，其气体压力值均由调节阀的开度来保证。在光谱分析系统进行标定前或其用于现场测量前，必须先对调节阀开度进行自校准。自校准时，井口阀切“断”被测井口气气路；标气阀接通标准样气气路；标气钢瓶提供标气样本;红外光谱气体分析系统对标气进行测定分析后，将分析结果测量值与标气的标称标准值进行对比，若二者偏差小于允许范围(可以是2%或者其他)，则调节阀开度保持不变，否则需要调节直至标气测量值满足要求。

图1为本实用新型的井口气远程测定仪系统结构框图；图2为本实用新型的红外光谱气体分析系统示意图；图3为本实用新型的支持向量机结构示意图；图4为本实用新型的自校准闭环调压系统结构框图；图5为本实用新型的数据无线远传系统结构框图；其中1为最短气路连接管道；2为自校准调压系统；3为红外光谱气体分析系统；4为数据无线远传系统；5为进气口 ；6为出气口 ；7为井口气远程测定仪。
具体实施方式
[0022]
以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述参见图1-5，井口气远程测定仪的结构示意图如附图1所示。图中标示1_最短气路连接管道；2_自校准调压系统；3_红外光谱气体分析系统；4-数据无线远传系统。红外光谱气体分析系统由傅里叶变换红外光谱仪与计算机组成，其中计算机采用具有多于3个RS232/485串口接口的工控机，或者只有一个这样的串口接口的计算机接一个串口接口扩展卡，其结构示意图如附图2所示。红外光谱气体分析系统的任务是对进入系统的气体进行成分与浓度的定量分析。分析系统的按如下步骤进行标定I)样本制作在光谱气体系统的气室中输入某组气体样本Xi,并进行光谱扫描，获取光谱数据Φρ对傅里叶变换红外光谱仪(以下简称光谱仪)进行η次这样的标定实验，获得η组标定样本对集合{Φρ Xj，表征光谱仪的输入与输出关系，其中Φ 为一个I维向量，Φι , Φι2，···，<Pflc，…是第i次标定时，输入光谱仪的1=9种被测气体浓度的标定值-Ji为一个m维向量，Xil, Xi2, ···, Xij,…，Xim是第i次标定时，光谱仪输出的光谱数据，即输入样本集Φ =[ψι , φ 2,…,9ik, ···, φη]，1=9，i = I, 2,…，η
输出样本集Xi= [xn, X12, ...，Xij,…，XiJ，m=1866, i = I, 2,…，η其中η表示样本的数量。当η足够大，且样本对集合是完备的，该集合就构成了光谱仪的正模型。当总计标定次数η=500时，则由500组{OyXj样本对集合组成标定样本集,表征光谱仪的正模型。其中Xi的元素为一个比值Xij = I(Yj)ZI0(Yj)(I)式中为以波数Yj入射进入气室的红外光强；I (Yj)为气室透射出去波数为Y j的红外光强；光谱仪输出的光谱数据Xu表示某种浓度的某类气体对波数Y j红外光吸收或透射的程度，它反映了气体的种类与其浓度值.故光谱仪的正模型反映了光谱仪是一个可以敏感多种气体类型与量值的多传感器陈列，从而可用来建立监测多组分气体的多传感器系统。2)建立分析模型分析模型是以某些谱线数据为输入，目标气体浓度为输出的模型，也称之为系统的逆模型。本实用新型以支持向量机算法为例来建立逆模型。逆模型输出yn，yi2，…，Yil表示I种待测气体浓度。它们应最大限度接近系统输入的被测气体各组分的真实浓度值Φι ，(pi2，···，二者接近程度应满足准确度要求。支持向量结构示意图如图3所示，图中α i，b为支持向量机的结构参数，a j(i = I, 2，···, η)是权系数，b为阀值或偏移量,通过对支持向量机的“训练”与“检验”来确定。⑴训练以支持向量机输出甲烷浓度^他⑷瓜…邓⑴…，φη1)，i = 1，2，…，η为例随机取标定样本集合总数的3/5作为训练用样本，即取η=300。将全部300组训练样本集向量 Xi=Xij= [Xn，Xi2，…，Xij，…，XiJ，j=l, 2，...，m=1866, i = I, 2, ···, η,以并行、串行两种方式输入支持向量机，并分别称为并行支持向量与串行支持向量。[0039]每一个串行输入样本的串行向量X=(Xj) = Iix1, X2,…，Xj,…，xm]与每一个并行输入行核向量Xi=IXijH[Xil, Xi2,…，Xij,…，Xim]，进行函数运算K (X，Xi),若选RBF核,则支持向量机的输出Y由下式决定
权利要求1.一种井口气远程测定仪，其特征在于该测定仪由气路连接管道、自校准闭环调压系统、红外光谱气体分析系统和数据无线远传系统依次顺序连接组成；所述气路连接管道入口与井口阀相连、通入被测井口气，气路连接管道出口与红外光谱气体分析系统入口相连；所述自校准闭环调压系统，由标气阀、调节阀、三通、标气钢瓶以及红外光谱气体分析系统组成。
2.如权利要求1所述的一种井口气远程测定仪，其特征在于 所述自校准闭环调压系统能保证进入系统气室的气体压力值恒定在允许范围内；红外光谱气体分析系统分析气室中的气体组分及其浓度，输出的分析结果由数据无线远传系统远传至监测中心；所述气路连接管道入口与井口阀相连、通入被测井口气，气路连接管道出口与红外光谱气体分析系统入口相连；该气路连接管道具有最短长度，是由井口气远程测定仪以最近距离放置在井口处来限制。
3.如权利要求2所述一种的井口气远程测定仪，其特征在于最短气路连接管道出口接三通的第一通路，标气阀入口与三通的第二通路相连，其出口与标气钢瓶相连，标气是烷烃标准气；红外光谱气体分析系统的入气口与三通的第三通路相连，调节阀入口与红外光谱气体分析系统排气口相连，调节阀的出口连通大气。
4.如权利要求3所述一种的井口气远程测定仪，其特征在于所述自校准闭环调压系统，为手动，或者为自动式；当为手动式时，标气阀、调节阀均为手可动式；当为自动式时，为电可控的，它们应与红外光谱气体分析系统中的计算机通过RS232/485串口总线相连。
5.如权利要求1所述的一种井口气远程测定仪，其特征在于所述数据无线远传系统包括无线收发模块，无线收发模块与红外光谱气体分析系统中的计算机串口总线RS232/485相连接；监测中心处的无线收发模块经上位机的串口总线RS232/485与上位计算机相连；无线收发模块采用基于ZigBee通讯协议的模块，或者采用遵守蓝牙、WiFi通讯协议的无线收发模块。
专利摘要本实用新型公开了一种井口气远程测定仪，该测定仪由气路连接管道、自校准闭环调压系统、红外光谱气体分析系统和数据无线远传系统依次顺序连接组成；所述气路连接管道入口与井口阀相连、通入被测井口气，气路连接管道出口与红外光谱气体分析系统入口相连；所述自校准闭环调压系统，由标气阀、调节阀、三通、标气钢瓶以及红外光谱气体分析系统组成。该测定仪解决了油气勘探录井场合常规气测录井装置不能放置在井口、具有长气路连接管道、响应时间长、存在薄油气层漏测的问题，以及光谱仪气体分析系统气室中气体压力影响测量分析结果的问题。
文档编号G01N21/35GK202886273SQ201220108859
公开日2013年4月17日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者刘君华, 汤晓君, 杨仁政, 赵安新, 李玉军, 蔺宏斌, 李明瑞, 王建, 丁雪峰, 黄子舰, 吴非 申请人:西安交通大学