气测录井是油气勘探的关键环节之一,可直接发现油水气分层信息。近年来,页岩气等非常规油气储藏的开发,对气测录井的检测速度提出了严苛要求。然而,常规的气相色谱法费时、费力且易漏检,难以适应复杂油气储藏的实时检测需求,发展新型、高效的气测录井在线分析技术迫在眉睫。在各种气体在线分析技术中,拉曼光谱技术以其简单、快速、高通量等优势,在气测录井中具备良好的应用前景。然而,录井气体成分复杂且拉曼特征谱峰高度重叠,给光谱定量分析带来了巨大挑战。针对以上问题,本文重点开发录井气体拉曼光谱定量分析算法,针对录井气体中最重要的7种烷烃组分(CH4、C2H6、C3H8、n-C4H10、i-C4H10、n-C5H12、i-C5H12),开展了以下研究工作:1.本文研究了基于多元线性回归原理的背景扣除方法和基于交替最小二乘法的标准谱库构建方法。采集了各待测纯组分的系列浓度光谱,并基于交替最小二乘法拟合其标准光谱,以构建烷烃标准谱库,有效降低了随机噪声对标准光谱形状的干扰。针对传统背景扣除方法需要人工干预的问题,将背景光谱视为待测物加入标准谱库,在最小二乘回归运算中自适应地完成背景扣除。2.本文研究了录井气体拉曼光谱噪声滤除方法,并优化了相关参数设置方法。测试了SG滤波器与离散小波变换的滤噪效果,并通过设计对比实验,确定了二者应用于烷烃混合拉曼光谱的最佳参数。在此基础上,研究了两种方法组合使用的滤噪效果,结果表明,离散小波变换—SG滤波组合使用能够取得最佳滤噪效果,有效提高了拉曼光谱的信噪比。3.本文采用分段校正与提高积分时间的方法对多种烷烃组分的重叠谱峰进行解析。针对多种烷烃拉曼谱峰重叠的问题,将烷烃的拉曼响应波段分为主、副特征段。使用主特征段计算CH4浓度、使用副特征段计算其余烷烃浓度,实现了在烷烃谱峰重叠条件下对CH4-i-C4H10的精准定量分析。针对副特征段拉曼响应微弱的问题,通过提高光谱仪CCD积分时间改善副特征段拉曼信号的信噪比,显著改善了n-C5H12和i-C5H12的定量分析结果。本文将所发展的拉曼光谱分析方法应用于实际录井气体检测,并采集21份混合气体拉曼光谱样本进行定量分析测试。结果表明,除n-C5H12外,其余组分平均相对误差均低于11%,相关系数R~2达到0.98以上,相关技术在气测录井领域具备良好的应用前景。