專利名稱：一種測量生油巖成熟度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用光的干涉方法測量生油巖成熟度的裝置。
背景技術(shù)：
在石油勘探領(lǐng)域中，生油巖指能生成石油與天然氣的巖石。生油巖中有機(jī)質(zhì)類型不同，其性質(zhì)也不相同，含有機(jī)物類型不同的生油巖，具有不同的生油潛力。而生油巖的有機(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產(chǎn)生的。數(shù)量可觀和性質(zhì)良好的生油巖有機(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、高成熟三個亞段)和過成熟三個階段。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?？碧綄嵺`證明，只有在成熟生油巖分布區(qū)才有較高的油氣勘探成功率，所以生油巖的成熟度評價也是決定油氣勘探成敗的關(guān)鍵。
目前用于測量生油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。鏡質(zhì)體反射率法的缺點是當(dāng)生油巖對應(yīng)地層深度較深時，由于生油巖被氧化，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。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種制作工藝簡單、成本低廉、適合于商品化生產(chǎn)、測量精度高、自動化高、速度快的測量生油巖成熟度的裝置。
為了便于理解，簡述本實用新型的測量原理是必要的。由于不同成熟度的生油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應(yīng)不同的干涉條紋，即成熟度不同的生油巖，對應(yīng)不同的干涉條紋。本實用新型采用激光器作為光源，通過光束的空間變換形成條形光束照射并覆蓋盛有生油巖萃取液的毛細(xì)管上，光束足以覆蓋毛細(xì)管的徑向尺度，通過毛細(xì)管上下方的光束與通過毛細(xì)管內(nèi)部的光束相干涉，形成人眼可見的干涉條紋，此干涉條紋直接與折射角的方向相垂直，因而與毛細(xì)管內(nèi)萃取液的折射率相關(guān)。測量時先用高精度CCD照像機(jī)拍攝干涉條紋，不難將干涉條紋的亮暗經(jīng)計算機(jī)進(jìn)行數(shù)字化處理進(jìn)而編程識別干涉條紋的坐標(biāo)，再利用已有的阿貝逆變換公式計算出生油巖萃取液的折射率，其精度高達(dá)5×10-6。因此，關(guān)鍵工作是先將若干個已知成熟度的生油巖系列的萃取液的折射率與成熟度的標(biāo)準(zhǔn)曲線制成的軟件存儲在單片機(jī)或計算機(jī)中，以此作為標(biāo)準(zhǔn)測試未知樣品。
本實用新型由激光器在內(nèi)的形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)、處在焦平面附近的毛細(xì)管及其后的觀察屏以及CCD照相機(jī)和與導(dǎo)線相連的含有計算程序的計算機(jī)組成，且毛細(xì)管水平放置，其軸與柱面透鏡的軸平行，并保持或符合光學(xué)系統(tǒng)與激光束共軸等相關(guān)光學(xué)原理。
上述形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)是由凹透鏡，凸透鏡和柱面透鏡組成，且凹透鏡與凸透鏡前焦點重合，在技術(shù)上保證條形光束照射并覆蓋毛細(xì)管中部至少3cm，以4-6cm為宜，而不是一個細(xì)光束照射在毛細(xì)管的特殊點上。這也是本裝置的特點之一。
利用本裝置可直接測量生油巖萃取液折射率，進(jìn)而得到相應(yīng)的生油巖成熟度，而且本裝置結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍大，成本低，光路無須精細(xì)校準(zhǔn)，易操作。
本實用新型是用已知成熟度的生油巖平行樣品，以高精度CCD照相機(jī)記錄其生油巖萃取液的干涉條紋，通過圖像處理精確地區(qū)分干涉圖樣的明暗條紋及干涉級數(shù)，應(yīng)用計算機(jī)編程形成一個精確確定各級干涉條紋最大及最小亮度坐標(biāo)的程序，應(yīng)用阿貝逆變換反推溶液的折射率，由于一定的折射率對應(yīng)一定成熟度的生油巖，便可得到生油巖樣品成熟度與折射率的對應(yīng)關(guān)系，建立一條標(biāo)準(zhǔn)曲線。對未知成熟度的生油巖樣品，先用上述裝置測得其萃取液的折射率，然后再與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，便可得到其成熟度，從而建立一套新的自動化的測量生油巖成熟度的測量裝置。


圖1為本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖。
圖3為本實用新型的測量流程示意圖。
其中1激光器；2凹透鏡；3凸透鏡；4柱面透鏡；5毛細(xì)管；6觀察屏；7箱體；8照像機(jī)；9導(dǎo)線；10計算機(jī)。
具體實施方式
如附圖1、圖2所示，本實用新型由激光器1在內(nèi)的形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)、處在焦平面附近的毛細(xì)管5及其后的觀察屏6以及CCD照相機(jī)8和與導(dǎo)線9相連的含有計算程序的計算機(jī)10組成，且毛細(xì)管5水平放置，其軸與柱面透鏡的軸平行，并保持光學(xué)系統(tǒng)與激光束共軸。
上述形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)由凹透鏡2，凸透鏡3和柱面透鏡4組成，且凹透鏡2與凸透鏡3前焦點重合，在技術(shù)上保證條形光束照射并覆蓋在毛細(xì)管上。為縮小整個裝置的尺寸，凸透鏡3可用平凸透鏡代替，此時它與柱面透鏡緊鄰，如圖所示。
如圖2，上述凹透鏡2的焦距為f1，凸透鏡3的焦距為f2，凹透鏡2與凸透鏡3的前焦點重合，兩者的間距為f2-f1。焦距為f3的柱面透鏡4相鄰?fù)雇哥R3放置。毛細(xì)管水平放置在柱面透鏡4的焦平面附近，其軸與柱面透鏡的軸平行。觀察屏6為帶有坐標(biāo)及刻度的半透明屏。可以將凹透鏡2、凸透鏡3、柱面透鏡4、毛細(xì)管5和觀察屏6固定于一個箱體7中。激光器發(fā)出的光束通過圖1中所有光學(xué)元器件的中心，經(jīng)凹透鏡2、凸透鏡3、柱面透鏡4變成條形光束。該條形光束照射并覆蓋裝有生油巖萃取液的毛細(xì)管5上，上述毛細(xì)管外、內(nèi)半徑比小于1.5為宜。柱面透鏡的軸與毛細(xì)管的軸相平行。在毛細(xì)管之后放置一觀察屏6，觀察干涉條紋，并用一CCD照像機(jī)8拍攝此干涉條紋，且將干涉條紋經(jīng)由計算機(jī)進(jìn)行圖像處理，保留各級干涉條紋上亮度最大的那些點的位置，增強(qiáng)條紋對比度，以精確確定干涉條紋級數(shù)，不難編程確定各級干涉條紋最大和最小亮度的坐標(biāo)，再通過已有的阿貝逆變換公式計算生油巖萃取液的折射率。
為保證測量的精度，樣品的測量彼此是獨立的，樣品均在恒溫下測量。
上述激光器1可用半導(dǎo)體激光器、氣體或固體激光器，如He-Ne激光器；各種連續(xù)功率輸出的發(fā)綠光或紅光的激光器，其輸出功率皆應(yīng)大于10mW為宜；特別是功率合適的半導(dǎo)體激光器，具有體積小、重量輕，可以制成便于攜帶的裝置；CCD照像機(jī)可選用具有GAMMA修正功能、高精度的為宜。
權(quán)利要求1一種測量生油巖成熟度的裝置，其特征在于它是由激光器(1)在內(nèi)的形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)、處在焦平面附近的毛細(xì)管(5)及其后的觀察屏(6)以及CCD照相機(jī)(8)和導(dǎo)線(9)相連的含有計算程序的計算機(jī)(10)組成，且毛細(xì)管(5)水平放置，其軸與柱面透鏡的軸平行，并保持光學(xué)系統(tǒng)與激光束共軸。
2如權(quán)利要求1所述的測量生油巖成熟度的裝置，其特征在于上述形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)是由凹透鏡(2)，凸透鏡(3)和柱面透鏡(4)組成，而且凹透鏡(2)與凸透鏡(3)的前焦點重合，且條形光束照射并覆蓋在毛細(xì)管(5)上。
3如權(quán)利要求2所述的測量生油巖成熟度的裝置，其特征在于可以將上述凹透鏡(2)、凸透鏡(3)、柱面透鏡(4)、毛細(xì)管(5)和觀察屏(6)固定于一個箱體(7)中并仍保持共軸關(guān)系。
4如權(quán)利要求2或3所述的測量生油巖成熟度的裝置，其特征在于上述凸透鏡(3)可用平凸透鏡代替。
5如權(quán)利要求1或3所述的測量生油巖成熟度的裝置，其特征在于上述毛細(xì)管(5)外內(nèi)半徑比小于1.5。
6如權(quán)利要求1所述的測量生油巖成熟度的裝置，其特征在于上述觀察屏(6)為帶有坐標(biāo)及刻度的半透明屏。
7如權(quán)利要求1所述的測量生油巖成熟度的裝置，其特征在于上述激光器(1)可用各種連續(xù)功率輸出的發(fā)綠光或紅光的半導(dǎo)體激光器。
8如權(quán)利要求1所述的測量生油巖成熟度的裝置，其特征在于上述激光器(1)可以是氣體或固體激光器，如He-Ne激光器。
9如權(quán)利要求1所述的測量生油巖成熟度的裝置，其特征在于上述激光器(1)的輸出功率大于10mW。
專利摘要一種測量生油巖成熟度的裝置。由激光器在內(nèi)的形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)、毛細(xì)管及其后的觀察屏以及CCD照相機(jī)和與導(dǎo)線相連的含有計算程序的計算機(jī)組成，且毛細(xì)管水平放置，其軸與柱面透鏡的軸平行，并保持光學(xué)系統(tǒng)與激光束共軸。上述形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)是由凹透鏡、凸透鏡和柱面透鏡組成，而且凹透鏡與凸透鏡的前焦點重合，且條形光束照射并覆蓋在毛細(xì)管上。對未知成熟度的生油巖樣品，先用上述裝置測得其萃取液的折射率，然后再與已建立的生油巖成熟度與萃取液折射率的標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，便可得到其成熟度。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易操作，精度高。
文檔編號G01N21/41GK2729701SQ20042005282
公開日2005年9月28日 申請日期2004年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月3日
發(fā)明者楊愛玲, 鄭榮兒, 張京亮 申請人:中國海洋大學(xué)