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需求背景

录井技术是油气勘探开发中最基础的技术之一，气体检测技术是录井的关键技术。录井气体检测的目的之一是直接发现油气层，二是做好有毒有害气体的监测预警，三是发现非烃类气体矿藏。

目前，国内油气勘探开发面临“低、深、隐、难”等问题愈来愈突出，要求录井快速、准确地发现薄层、裂缝性、弱显示油气层。录井采用氢焰色谱技术对烃类气体进行检测，该技术存在附属设备较多易出现故障，组份不能连续监测，检测速度和检测精度不能达到高效统一等问题，不利于薄层、裂缝和弱显示油气层的发现。采用热导色谱技术、红外光谱技术和金属氧化膜技术对非烃类气体进行检测，录井非烃类气体检测技术存在设备种类多、检测气体种类少、精度差等问题。在新的油气勘探开发形势下，录井还面临复杂钻井地质条件的挑战，海相高含硫油气、煤层气、页岩气勘探，以及空气钻燃爆监测等要求开展H2S、CO、O2、CO2、H2、N2等非烃类气体检测。基于目前的检测需求，通过前期调研发现使用拉曼激光技术是个很好的选择，它可以提供快速、简单、可重复、无损伤的定性与定量分析。不需要对样品进行预处理，所需样品量少，能实现对多组分样品同时无损检测，结合计算机分析方法，实现实时分析功能。

为更好地满足目前勘探开发形势的需求，迫切需要对现有录井气体分析技术进行攻关研究，研制新一代的高精度小型化拉曼激光气体气体分析仪。

需解决的主要技术难题

针对传统气相色谱技术在钻井现场的气体检测存在分析周期长、无法兼顾非烃气体、配套设备多等问题，已越来越难以满足当前勘探开发形势的要求。基于拉曼光谱技术来实现油气成分与含量的在线检测，研制高精度小型化拉曼激光气体分析仪，需解决的主要技术难题如下：

1. 在将仪器体积缩小的同时，如何大幅增强拉曼效应，增强光程与灵敏度，以提高拉曼效应，实现高精度的检测。

2. 录井地层气体成份复杂，如何解决未知气体成分多、荧光背景干扰及重组分拉曼光谱混合重叠峰识别分离等难题。

3. 如何集成化设计光学系统、气路和电源电路，优化稳定控制系统，实现整机的小型化和高可靠性。

如何实现仪器的稳定控制及拉曼光谱的智能化高速化解谱，提高检测效率。

期望实现的主要技术目标

a. 实现连续在线分析12种烃类与非烃类气体成分（包括C1-C5、CO、CO2、H2、O2等）

烃类气体（C1-C5）：最小检测浓度30ppm，分辨率1ppm。

非烃类气体（CO2、H2）：最小检测浓度30ppm，分辨率1ppm。

H2S：最小检测浓度1ppm，分辨率1ppm。

O2和N2：最小检测浓度1000ppm，分辨率1ppm。

b. 气体分析范围：C1：30ppm-100%；C2：30ppm-20%；C3：30ppm-10%；iC4、nC4、iC5、nC5：30ppm-5%；H2S：1ppm-200ppm；CO2：30ppm-20%；O2：0.1%-30%；H2：30ppm-10%；N2：0.1%-100%

c. 仪器体积大幅缩小，减小至5U及以下，适用于现场钻井环境。

d. 实现恒温临界流样气过程参数控制，仪器内部温度波动控制在±0.1℃以内，确保高精度检测环境。

e. 样机反应时间控制在5秒内，显著提升现场检测效率。

f. 重复性误差小于2%，确保数据的准确性和可靠性。

g. 仪器使用环境温度范围为-50℃至60℃，适应各种极端环境条件。

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