基于遺傳算法的烴類氣體激光拉曼光譜定量分析方法研究.pdf

1、在油田勘探開發(fā)中，氣測錄井在鉆井監(jiān)控過程中具有十分重要的意義。氣測錄井是通過分析鉆井液中烴類氣體的組分及其含量，正確判斷地層中油氣含量、及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解釋評價(jià)油氣顯示。在氣測錄井中不僅需要全烴檢測，而且需要對各種烴類組分含量進(jìn)行分析。激光拉曼光譜（Laser Raman Spectroscopy，簡稱Raman）從物質(zhì)的分子振動光譜來識別和區(qū)分不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，可對多種成分同時(shí)進(jìn)行分析，還具有原位在線、連續(xù)快速等優(yōu)點(diǎn)，為油氣勘探中的氣測錄井開

2、辟了新的途徑。本論文針對錄井現(xiàn)場烴類氣體組分連續(xù)快速識別和定量分析的需求，將激光拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用于烴類氣體的探測與分析，在實(shí)驗(yàn)室條件下對烴類氣體的拉曼光譜進(jìn)行探測研究，針對譜峰交叉重疊、信息難以提取的問題，采用遺傳算法研究實(shí)測烴類混合氣體的定量分析。
　　論文的前三章介紹了選題背景和意義，從Raman定量分析的依據(jù)、光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法及定量分析方法等方面綜述了國內(nèi)外研究進(jìn)展，并介紹了本論文所用實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方法。論文的第四、第五

3、章是論文的主體——作者完成的主要工作，包括：烴類氣體拉曼光譜探測實(shí)驗(yàn)研究和遺傳算法用于烴類氣體拉曼光譜定量分析。
　　第四章是烴類氣體拉曼光譜探測的實(shí)驗(yàn)研究。首先采用實(shí)驗(yàn)室探測系統(tǒng)對烴類氣體進(jìn)行探測分析，考慮到應(yīng)用于錄井現(xiàn)場探測的可能，又采用現(xiàn)場探測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對烴類氣體進(jìn)行探測。對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，烴類氣體拉曼光譜特征峰密集且交叉重疊嚴(yán)重，采用實(shí)驗(yàn)室探測系統(tǒng)探測的烴類氣體激光拉曼光譜，來進(jìn)行定量分析方法的研究；而現(xiàn)場探測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分辨率

4、較低，無法滿足烴類氣體的探測需求，可通過選用高分辨率光柵等方法提高系統(tǒng)分辨率，為現(xiàn)場儀器選型提供了依據(jù)。
　　第五章針對烴類混合氣體拉曼特征峰交叉重疊異常嚴(yán)重，特征峰信息提取異常困難的問題，建立遺傳算法用于烴類混合氣體的定量分析。為驗(yàn)證遺傳算法對多組分烴類氣體拉曼光譜定量分析的性能，首先測試混合氣體模擬光譜輸入算法的濃度預(yù)測情況，混合氣體模擬光譜的光譜數(shù)據(jù)由單質(zhì)氣體的拉曼光譜按實(shí)際濃度比例擬合疊加得到。測試結(jié)果表明，無論拉曼特征峰

5、有無交叉重疊，遺傳算法對混合氣體模擬光譜的預(yù)測結(jié)果誤差接近于零，且重復(fù)性好，這說明遺傳算法應(yīng)用于混合氣體定量分析的可行有效性。將遺傳算法用于實(shí)測烴類混合氣體的原始拉曼數(shù)據(jù)，對于拉曼特征峰無交叉重疊的三元混合氣體，遺傳算法定量分析預(yù)測結(jié)果的相對誤差小于13.38％，對于實(shí)測的拉曼特征峰有交叉重疊的四元混合氣體，遺傳算法定量分析預(yù)測結(jié)果的相對誤差小于6.7%.
　　為盡量減小定量分析誤差，采用小波變換方法對拉曼光譜進(jìn)行平滑去噪和去基線