專利名稱：一種烴源巖成熟度的測(cè)量裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種烴源巖成熟度的測(cè)量裝置與方法。
背景技術(shù)：
在石油勘探領(lǐng)域中，烴源巖指能生成石油與天然氣的巖石。烴源巖中有機(jī)質(zhì)類型不同，其性質(zhì)也不相同，含有機(jī)物類型不同的烴源巖，具有不同的生油潛力。而烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型，可從可溶有機(jī)質(zhì)(瀝青)和不溶有機(jī)質(zhì)(干酪根)的結(jié)構(gòu)和組成來區(qū)分。根據(jù)干酪根熱降解機(jī)理，石油和天然氣是有機(jī)質(zhì)被溫度作用達(dá)到一定的演化階段時(shí)產(chǎn)生的。數(shù)量可觀和性質(zhì)良好的烴源巖有機(jī)質(zhì)，還需經(jīng)過成熟作用才能形成石油和天然氣。陸相與海相地層均可劃分為未成熟、成熟(進(jìn)一步分為低、中、高成熟三個(gè)亞段)和過成熟三個(gè)階段。未成熟階段為產(chǎn)烴階段；成熟階段具有較強(qiáng)的生油能力，此階段可生成低成熟石油、成熟石油、凝析油和濕氣；過成熟階段具有很低的生成氣態(tài)烴的能力?？碧綄?shí)踐證明，只有在成熟烴源巖分布區(qū)才有較高的油氣勘探成功率，所以烴源巖的成熟度評(píng)價(jià)也是決定油氣勘探成敗的關(guān)鍵。目前用于測(cè)量烴源巖成熟度的最普遍的光學(xué)方法有鏡質(zhì)體反射率法、透射光法。其缺點(diǎn)是當(dāng)烴源巖對(duì)應(yīng)地層深度較深時(shí)，由于烴源巖被氧化，盡管其有機(jī)質(zhì)含量不同，但其鏡質(zhì)體反射率不再發(fā)生變化。而透射光法為定性判斷，受人眼及周圍環(huán)境光的影響。其它測(cè)量方法還有干酪根的物理-化學(xué)方法，干酪根的元素組成和紅外光譜法，可溶有機(jī)質(zhì)的化學(xué)方法，熱解法，用C2-C7輕烴組成判斷有機(jī)質(zhì)的成熟度，以及根據(jù)C15+烴類的特征鑒定成熟度等，其主要是成本高，方法較為復(fù)雜。
已有的測(cè)量生油巖成熟度的專利(ZH200420052821.1)，雖然能夠測(cè)量生油巖成熟度，但存在不足，如毛細(xì)管壁反射的光會(huì)被柱面透鏡再次反射而疊加在樣品的干涉圖樣上，會(huì)導(dǎo)致條紋對(duì)比度降低；另外由條紋反演折射率的算法要求所有條紋都要清晰，但對(duì)于較低透明度的液體，只有干涉圖樣外側(cè)的一些條紋是清晰的，中間的條紋往往是模糊的，這就給計(jì)算機(jī)圖像處理造成相當(dāng)大的困難，也使測(cè)量精度不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種烴源巖成熟度的測(cè)量裝置與方法，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本發(fā)明是在已有專利的基礎(chǔ)上，對(duì)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，并采用了新的依據(jù)干射圖樣反演折射率的方法，該方法采用了理論模擬干涉條紋與樣品干涉條紋對(duì)比的方法，且能選取干涉圖樣外側(cè)20-30條清晰的條紋進(jìn)行比較，而無需考慮中間的不清晰的干涉條紋。
為了便于理解，簡(jiǎn)述本發(fā)明的測(cè)量原理是必要的。由于不同成熟度的烴源巖含有不同的可溶有機(jī)質(zhì)，因而相應(yīng)萃取液的折射率有所不同。根據(jù)光的干涉原理，樣品不同的折射率必然對(duì)應(yīng)不同的干涉條紋，即成熟度不同的烴源巖，對(duì)應(yīng)不同的干涉條紋。
本發(fā)明的裝置包括激光器在內(nèi)的殼體中的凸透鏡和柱面透鏡產(chǎn)生的條形光束的共軸光學(xué)系統(tǒng)、處在柱面透鏡焦平面上的毛細(xì)管，及其后的半透明屏以及高精度CCD照相機(jī)和導(dǎo)線電連接的含有軟件程序的計(jì)算機(jī)，其特征在于它還包括至少為精細(xì)三維調(diào)節(jié)架上裝有的顯微物鏡、微孔，和置于毛細(xì)管前的光欄，該顯微物鏡的前焦點(diǎn)與微孔重合，微孔和凸透鏡的后焦點(diǎn)重合，毛細(xì)管水平安放在精細(xì)五維調(diào)節(jié)架上，且使條形光束照射在毛細(xì)管中間段上至少在2cm以上，以照射到毛細(xì)管中部4-5cm為宜以形成清晰的干涉圖樣。
本發(fā)明的方法是用已知成熟度Ro的烴源巖標(biāo)準(zhǔn)樣品的萃取液，以高精度CCD照相機(jī)記錄萃取液的在半透明屏上的干涉圖樣，以及半透明屏上的坐標(biāo)刻度的圖像并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中并讀取坐標(biāo)刻度每厘米的象素值p；讀取標(biāo)準(zhǔn)樣品的干涉圖樣，在其最寬處取一截線，并做出截線上各點(diǎn)的光強(qiáng)I隨位置S的變化曲線(I-S曲線)，并使光強(qiáng)歸一化；測(cè)量出柱面透鏡的最大厚度T，柱面透鏡的平面到毛細(xì)管軸線的距離L1，毛細(xì)管軸線到半透明屏的距離L2；將空氣的折射率na、柱面透鏡的折射率ncy及其曲率半徑Rcy、毛細(xì)管的折射率ng、入射激光的波長(zhǎng)λ、柱面透鏡沿豎直方向平行分割的份數(shù)z、柱面透鏡的最大高度Zmax、折射率的范圍1.4-1.8、折射率的步長(zhǎng)以及上述的T、L1、L2、p代入已有的毛細(xì)管干涉圖樣模擬程序，獲得標(biāo)品光強(qiáng)歸一化的模擬曲線(I-S曲線)；將模擬的I-S曲線與樣品的I-S曲線比較，當(dāng)兩曲線重疊最好時(shí)，程序就會(huì)給出被測(cè)液體的折射率n；取成熟度范圍Ro在0.3-2.5的至少9個(gè)烴源巖標(biāo)準(zhǔn)樣品，最后以上述步驟測(cè)量其可溶有機(jī)質(zhì)的折射率，建立成熟度Ro與折射率n的標(biāo)準(zhǔn)曲線，即Ro-n曲線；對(duì)未知成熟度烴源巖，則以上述步驟測(cè)量其可溶有機(jī)質(zhì)折射率n，與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比，即可獲得成熟度Ro。
利用本裝置可直接測(cè)量烴源巖萃取液折射率，進(jìn)而得到相應(yīng)的烴源巖成熟度，而且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍大，成本低，光路無須精細(xì)校準(zhǔn)，易操作。


圖1本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2本發(fā)明根據(jù)樣品干涉圖樣所得的光強(qiáng)-位置(I-S曲線)示意圖。
圖3本發(fā)明樣品的模擬曲線(I-S曲線)示意圖。
圖4本發(fā)明成熟度Ro與折射率n的標(biāo)準(zhǔn)曲線，即Ro-n曲線.其中*為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)線為擬合曲線。
圖5本發(fā)明的測(cè)量流程示意圖。
其中，1激光器 2顯微物鏡 3微孔 4三維調(diào)節(jié)架 5凸透鏡 6柱面透鏡7毛細(xì)管 8光欄 9調(diào)節(jié)架 10半透明屏 11殼體 12CCD照相機(jī) 13計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的裝置包括激光器1在內(nèi)的殼體11中的凸透鏡5和柱面透鏡6產(chǎn)生的條形光束的共軸光學(xué)系統(tǒng)、處在柱面透鏡6焦平面上的毛細(xì)管7及其后的半透明屏10以及高精度CCD照相機(jī)12和導(dǎo)線電連接的含有軟件程序的計(jì)算機(jī)13，其特征在于它還包括三維調(diào)節(jié)架4上裝有的顯微物鏡2、微孔3，和置于毛細(xì)管7前的光欄8，該顯微物鏡2的前焦點(diǎn)與微孔3重合，微孔3和凸透鏡5的后焦點(diǎn)重合，毛細(xì)管7水平安放在五維調(diào)節(jié)架上，且使條形光束照射在毛細(xì)管7中間段上至少在2cm以上，以照射到毛細(xì)管中部4-5cm為宜以形成清晰的干涉圖樣。上述調(diào)節(jié)架4至少為三維，或五維的。
上述顯微物鏡2的放大倍數(shù)為20倍，用于擴(kuò)展激光束，微孔3的孔徑為10-15微米，放置在顯微物鏡2的前焦點(diǎn)上，用于濾波，以便得到光強(qiáng)均勻分布的光斑，以在技術(shù)上保證干涉圖樣具有高的條紋可見度，顯微物鏡2與微孔安放在一個(gè)三維精細(xì)調(diào)節(jié)架上，微孔相對(duì)于顯微物鏡的位置可在空間三個(gè)方向上可調(diào)。凸透鏡的后焦點(diǎn)與微孔重合，擴(kuò)束后的激光束經(jīng)由凸透鏡變?yōu)槠叫泄猓叫泄饨?jīng)由柱面透鏡聚焦變?yōu)闂l形光束。毛細(xì)管水平放置在五維毛細(xì)管支架上，并使毛細(xì)管的軸處于柱面透鏡的焦平面上。通常選用毛細(xì)管內(nèi)徑2-3mm，外徑3-4mm，長(zhǎng)10cm。
對(duì)于低透明度液體，由于毛細(xì)管較細(xì)，如內(nèi)徑2mm，透過毛細(xì)管的相干的兩光束的光強(qiáng)基本相等，因而即使光強(qiáng)較弱，條紋的對(duì)比度也會(huì)很好?？紤]到毛細(xì)管管壁的反射光被柱面透鏡再次反射而疊加到半透明屏上，會(huì)降低條紋的對(duì)比度，因而在毛細(xì)管前方設(shè)置一光欄8，以遮擋這部分反射光，從而提高條紋的對(duì)比度。
如圖5，本發(fā)明的烴源巖成熟度的測(cè)量方法(a)測(cè)量柱面透鏡的最大厚度T，柱面透鏡的平面到毛細(xì)管中心的距離L1，毛細(xì)管中心到半透明屏的距離L2；(b)萃取已知成熟度Ro的烴源巖標(biāo)準(zhǔn)樣品的可溶有機(jī)質(zhì)，將其注入毛細(xì)管中；(c)用800萬象素以上的CCD照相機(jī)分別拍攝標(biāo)準(zhǔn)樣品的干涉圖樣及半透明屏上的坐標(biāo)刻度；(d)將圖像存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)，讀取坐標(biāo)刻度每厘米的象素值p，讀取標(biāo)準(zhǔn)樣品的干涉圖樣，在干涉圖樣最寬處取一截線，并做出截線上各點(diǎn)的光強(qiáng)I隨位置S的變化曲線(I-S曲線，如圖2)，并使光強(qiáng)歸一化；(e)將空氣的折射率na、柱面透鏡的折射率ncy、毛細(xì)管的折射率ng、入射激光的波長(zhǎng)λ、柱面透鏡沿豎直方向平行分割的份數(shù)z、柱面透鏡的最大高度Zmax、折射率的范圍1.4-1.8、折射率的步長(zhǎng)以及上述的T、L1、L2、p代入已有的毛細(xì)管干涉圖樣模擬程序，即獲得樣品光強(qiáng)歸一化的模擬曲線(I-S曲線，如圖3)；(f)將模擬的I-S曲線與樣品的I-S曲線比較，僅當(dāng)模擬條紋的折射率與毛細(xì)管內(nèi)液體的折射率一致時(shí)，兩曲線才會(huì)重疊最好，也即當(dāng)兩者重疊最好時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出被測(cè)液體的折射率n；(g)取成熟度范圍Ro在0.3-2.5的至少9個(gè)烴源巖標(biāo)準(zhǔn)樣品，以上述步驟測(cè)量其可溶有機(jī)質(zhì)的折射率，建立成熟度Ro與折射率n的標(biāo)準(zhǔn)曲線，即Ro-n曲線(如圖4)；(h)最后對(duì)未知成熟度烴源巖，以上述方法測(cè)量其可溶有機(jī)質(zhì)折射率n，與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比，即可獲得成熟度Ro。
上述的折射率的步長(zhǎng)可根據(jù)折射率的精度要求來選擇，可在0.1-0.00001的范圍內(nèi)選取.下表中的測(cè)量選取的步長(zhǎng)為0.0001。

為保證測(cè)量的精度，樣品的測(cè)量彼此是獨(dú)立的，樣品均在恒溫下測(cè)量。應(yīng)用本發(fā)明的裝置與方法測(cè)量了下表所列的透明度較好的樣品的折射率，同時(shí)用常規(guī)的阿貝折射儀也測(cè)量了這些樣品的折射率，兩者的測(cè)量結(jié)果極為相近。但是本發(fā)明的裝置與方法既可測(cè)量透明液體的折射率，也可測(cè)量低透明液體的折射率。
權(quán)利要求
1.一種烴源巖成熟度的測(cè)量裝置，它包括激光器(1)在內(nèi)的殼體(11)中的凸透鏡(5)和柱面透鏡(6)產(chǎn)生的條形光束的共軸光學(xué)系統(tǒng)、處在柱面透鏡(6)焦平面上的毛細(xì)管(7)及其后的帶有刻度的半透明屏(10)以及高精度CCD照相機(jī)(12)和導(dǎo)線相連的含有軟件程序的計(jì)算機(jī)(13)，其特征在于它還包括至少為三維調(diào)節(jié)架(4)上裝有的顯微物鏡(2)、微孔(3)，和置于毛細(xì)管(7)前的光欄(8)，該顯微物鏡(2)的前焦點(diǎn)與微孔(3)重合，微孔(3)和凸透鏡(5)的后焦點(diǎn)重合，已知折射率為ng毛細(xì)管(7)水平安放在五維調(diào)節(jié)架(9)上，且使條形光束照射在毛細(xì)管(7)中間段上至少在2cm以上以形成清晰的干涉圖樣。
2.如權(quán)利要求1所述的烴源巖成熟度的測(cè)量裝置，其特征在于上述毛細(xì)管(7)一端封閉，一端開口，內(nèi)徑為2-3mm，外徑為3-4mm，長(zhǎng)8-10cm。
3.如權(quán)利要求1所述的烴源巖成熟度的測(cè)量裝置，其特征在于半透明屏(10)的周邊上帶有最小刻度為1mm的坐標(biāo)刻度尺。
4.如權(quán)利要求1所述的烴源巖成熟度的測(cè)量裝置，其特征在于上述激光器(1)是連續(xù)功率輸出的綠光或紅光激光器，且激光器(1)的輸出功率大于40mW。
5.烴源巖成熟度的測(cè)量方法(a)測(cè)量柱面透鏡的最大厚度T，柱面透鏡的平面到毛細(xì)管中心的距離L1，毛細(xì)管中心到半透明屏的距離L2；(b)萃取已知成熟度Ro的烴源巖標(biāo)準(zhǔn)樣品的可溶有機(jī)質(zhì)，將其注入毛細(xì)管中；(c)用CCD照相機(jī)分別拍攝標(biāo)準(zhǔn)樣品的干涉圖樣及半透明屏上的坐標(biāo)刻度；(d)將圖像存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)，讀取坐標(biāo)刻度每厘米的象素值p，讀取標(biāo)準(zhǔn)樣品的干涉圖樣，在干涉圖樣最寬處取一截線，并做出截線上各點(diǎn)的光強(qiáng)I隨位置S的變化曲線(I-S曲線)，并使光強(qiáng)歸一化；(e)將空氣的折射率na、柱面透鏡的折射率ncy及其曲率半徑Rcy、的毛細(xì)管的折射率ng、入射激光的波長(zhǎng)λ、柱面透鏡沿豎直方向平行分割的份數(shù)z、柱面透鏡的最大高度Zmax、折射率的范圍1.4-1.8、折射率的步長(zhǎng)0.1-0.00001以及上述的T、L1、L2、p代入已有的毛細(xì)管干涉圖樣模擬程序，即獲得樣品光強(qiáng)歸一化的模擬曲線(I-S曲線)；(f)將模擬的I-S曲線與樣品的I-S曲線比較，當(dāng)兩者重疊最好時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出被測(cè)液體的折射率n；(g)取成熟度范圍Ro在0.3-2.0的至少9個(gè)烴源巖標(biāo)準(zhǔn)樣品，以上述步驟測(cè)量其可溶有機(jī)質(zhì)的折射率，建立成熟度Ro與折射率n的標(biāo)準(zhǔn)曲線，即Ro-n曲線；(h)最后對(duì)未知成熟度烴源巖，以上述方法測(cè)量其可溶有機(jī)質(zhì)折射率n，與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比，即可獲得成熟度Ro。
全文摘要
一種烴源巖成熟度的測(cè)量裝置與方法包括激光器在內(nèi)的殼體中的凸透鏡和柱面透鏡產(chǎn)生的條形光束的共軸光學(xué)系統(tǒng)、處在柱面透鏡焦平面上的毛細(xì)管，及其后的半透明屏以及高精度CCD照相機(jī)和導(dǎo)線電連接的含有軟件程序的計(jì)算機(jī)，其特征在于它還包括至少為三維調(diào)節(jié)架上裝有的顯微物鏡、微孔，和置于毛細(xì)管前的光欄，該顯微物鏡的前焦點(diǎn)與微孔重合，微孔和凸透鏡的后焦點(diǎn)重合，毛細(xì)管水平安放在五維調(diào)節(jié)架上，且使條形光束照射在毛細(xì)管中間段上以形成清晰的干涉圖樣。通過模擬的I－S曲線與樣品的I－S曲線比較，當(dāng)兩者重疊最好時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出烴源巖的可溶有機(jī)質(zhì)折射率n，通過n可獲得成熟度。
文檔編號(hào)G01N21/01GK1936544SQ20061006929
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月10日
發(fā)明者楊愛玲, 張金亮, 董軍宇, 李文東, 鄧美寅 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)