专利名称：一种测量生油岩成熟度的装置的制作方法
技术领域：
一种用光的干涉方法测量生油岩成熟度的装置。
背景技术：
在石油勘探领域中，生油岩指能生成石油与天然气的岩石。生油岩中有机质类型不同，其性质也不相同，含有机物类型不同的生油岩，具有不同的生油潜力。而生油岩的有机质类型，可从可溶有机质(沥青)和不溶有机质(干酪根)的结构和组成来区分。根据干酪根热降解机理，石油和天然气是有机质被温度作用达到一定的演化阶段时产生的。数量可观和性质良好的生油岩有机质，还需经过成熟作用才能形成石油和天然气。陆相与海相地层均可划分为未成熟、成熟(进一步分为低、中、高成熟三个亚段)和过成熟三个阶段。未成熟阶段为产烃阶段；成熟阶段具有较强的生油能力，此阶段可生成低成熟石油、成熟石油、凝析油和湿气；过成熟阶段具有很低的生成气态烃的能力。勘探实践证明，只有在成熟生油岩分布区才有较高的油气勘探成功率，所以生油岩的成熟度评价也是决定油气勘探成败的关键。
目前用于测量生油岩成熟度的最普遍的光学方法有镜质体反射率法、透射光法。鏡质体反射率法的缺点是当生油岩对应地层深度较深时，由于生油岩被氧化，尽管其有机质含量不同，但其镜质体反射率不再发生变化。而透射光法为定性判断，受人眼及周围环境光的影响。其它测量方法还有干酪根的物理-化学方法，干酪根的元素组成和红外光谱法，可溶有机质的化学方法，热解法，用C2-C7轻烃组成判断有机质的成熟度，以及根据C15+烃类的特征鉴定成熟度等，其主要是成本高，方法较为复杂。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种制作工艺简单、成本低廉、适合于商品化生产、测量精度高、自动化高、速度快的测量生油岩成熟度的装置。
为了便于理解，简述本实用新型的测量原理是必要的。由于不同成熟度的生油岩含有不同的可溶有机质，因而相应萃取液的折射率有所不同。根据光的干涉原理，样品不同的折射率必然对应不同的干涉条纹，即成熟度不同的生油岩，对应不同的干涉条纹。本实用新型采用激光器作为光源，通过光束的空间变换形成条形光束照射并覆盖盛有生油岩萃取液的毛细管上，光束足以覆盖毛细管的径向尺度，通过毛细管上下方的光束与通过毛细管内部的光束相干涉，形成人眼可见的干涉条纹，此干涉条纹直接与折射角的方向相垂直，因而与毛细管内萃取液的折射率相关。测量时先用高精度CCD照像机拍摄干涉条纹，不难将干涉条纹的亮暗经计算机进行数字化处理进而编程识别干涉条纹的坐标，再利用已有的阿贝逆变换公式计算出生油岩萃取液的折射率，其精度高达5×10-6。因此，关键工作是先将若干个已知成熟度的生油岩系列的萃取液的折射率与成熟度的标准曲线制成的软件存储在单片机或计算机中，以此作为标准测试未知样品。
本实用新型由激光器在内的形成条形光束的光学系统、处在焦平面附近的毛细管及其后的观察屏以及CCD照相机和与导线相连的含有计算程序的计算机组成，且毛细管水平放置，其轴与柱面透镜的轴平行，并保持或符合光学系统与激光束共轴等相关光学原理。
上述形成条形光束的光学系统是由凹透镜，凸透镜和柱面透镜组成，且凹透镜与凸透镜前焦点重合，在技术上保证条形光束照射并覆盖毛细管中部至少3cm，以4-6cm为宜，而不是一个细光束照射在毛细管的特殊点上。这也是本装置的特点之一。
利用本装置可直接测量生油岩萃取液折射率，进而得到相应的生油岩成熟度，而且本装置结构简单，测量范围大，成本低，光路无须精细校准，易操作。
本实用新型是用已知成熟度的生油岩平行样品，以高精度CCD照相机记录其生油岩萃取液的干涉条纹，通过图像处理精确地区分干涉图样的明暗条纹及干涉级数，应用计算机编程形成一个精确确定各级干涉条纹最大及最小亮度坐标的程序，应用阿贝逆变换反推溶液的折射率，由于一定的折射率对应一定成熟度的生油岩，便可得到生油岩样品成熟度与折射率的对应关系，建立一条标准曲线。对未知成熟度的生油岩样品，先用上述装置测得其萃取液的折射率，然后再与标准曲线比较，便可得到其成熟度，从而建立一套新的自动化的测量生油岩成熟度的测量装置。
图1为本实用新型的总体结构示意图。
图2为本实用新型的结构参数示意图。
图3为本实用新型的测量流程示意图。
其中1激光器；2凹透镜；3凸透镜；4柱面透镜；5毛细管；6观察屏；7箱体；8照像机；9导线；10计算机。
具体实施方式
如附图1、图2所示，本实用新型由激光器1在内的形成条形光束的光学系统、处在焦平面附近的毛细管5及其后的观察屏6以及CCD照相机8和与导线9相连的含有计算程序的计算机10组成，且毛细管5水平放置，其轴与柱面透镜的轴平行，并保持光学系统与激光束共轴。
上述形成条形光束的光学系统由凹透镜2，凸透镜3和柱面透镜4组成，且凹透镜2与凸透镜3前焦点重合，在技术上保证条形光束照射并覆盖在毛细管上。为缩小整个装置的尺寸，凸透镜3可用平凸透镜代替，此时它与柱面透镜紧邻，如图所示。
如图2，上述凹透镜2的焦距为f1，凸透镜3的焦距为f2，凹透镜2与凸透镜3的前焦点重合，两者的间距为f2-f1。焦距为f3的柱面透镜4相邻凸透镜3放置。毛细管水平放置在柱面透镜4的焦平面附近，其轴与柱面透镜的轴平行。观察屏6为带有坐标及刻度的半透明屏。可以将凹透镜2、凸透镜3、柱面透镜4、毛细管5和观察屏6固定于一个箱体7中。激光器发出的光束通过图1中所有光学元器件的中心，经凹透镜2、凸透镜3、柱面透镜4变成条形光束。该条形光束照射并覆盖装有生油岩萃取液的毛细管5上，上述毛细管外、内半径比小于1.5为宜。柱面透镜的轴与毛细管的轴相平行。在毛细管之后放置一观察屏6，观察干涉条纹，并用一CCD照像机8拍摄此干涉条纹，且将干涉条纹经由计算机进行图像处理，保留各级干涉条纹上亮度最大的那些点的位置，增强条纹对比度，以精确确定干涉条纹级数，不难编程确定各级干涉条纹最大和最小亮度的坐标，再通过已有的阿贝逆变换公式计算生油岩萃取液的折射率。
为保证测量的精度，样品的测量彼此是独立的，样品均在恒温下测量。
上述激光器1可用半导体激光器、气体或固体激光器，如He-Ne激光器；各种连续功率输出的发绿光或红光的激光器，其输出功率皆应大于10mW为宜；特别是功率合适的半导体激光器，具有体积小、重量轻，可以制成便于携带的装置；CCD照像机可选用具有GAMMA修正功能、高精度的为宜。
权利要求1一种测量生油岩成熟度的装置，其特征在于它是由激光器(1)在内的形成条形光束的光学系统、处在焦平面附近的毛细管(5)及其后的观察屏(6)以及CCD照相机(8)和导线(9)相连的含有计算程序的计算机(10)组成，且毛细管(5)水平放置，其轴与柱面透镜的轴平行，并保持光学系统与激光束共轴。
2如权利要求1所述的测量生油岩成熟度的装置，其特征在于上述形成条形光束的光学系统是由凹透镜(2)，凸透镜(3)和柱面透镜(4)组成，而且凹透镜(2)与凸透镜(3)的前焦点重合，且条形光束照射并覆盖在毛细管(5)上。
3如权利要求2所述的测量生油岩成熟度的装置，其特征在于可以将上述凹透镜(2)、凸透镜(3)、柱面透镜(4)、毛细管(5)和观察屏(6)固定于一个箱体(7)中并仍保持共轴关系。
4如权利要求2或3所述的测量生油岩成熟度的装置，其特征在于上述凸透镜(3)可用平凸透镜代替。
5如权利要求1或3所述的测量生油岩成熟度的装置，其特征在于上述毛细管(5)外内半径比小于1.5。
6如权利要求1所述的测量生油岩成熟度的装置，其特征在于上述观察屏(6)为带有坐标及刻度的半透明屏。
7如权利要求1所述的测量生油岩成熟度的装置，其特征在于上述激光器(1)可用各种连续功率输出的发绿光或红光的半导体激光器。
8如权利要求1所述的测量生油岩成熟度的装置，其特征在于上述激光器(1)可以是气体或固体激光器，如He-Ne激光器。
9如权利要求1所述的测量生油岩成熟度的装置，其特征在于上述激光器(1)的输出功率大于10mW。
专利摘要一种测量生油岩成熟度的装置。由激光器在内的形成条形光束的光学系统、毛细管及其后的观察屏以及CCD照相机和与导线相连的含有计算程序的计算机组成，且毛细管水平放置，其轴与柱面透镜的轴平行，并保持光学系统与激光束共轴。上述形成条形光束的光学系统是由凹透镜、凸透镜和柱面透镜组成，而且凹透镜与凸透镜的前焦点重合，且条形光束照射并覆盖在毛细管上。对未知成熟度的生油岩样品，先用上述装置测得其萃取液的折射率，然后再与已建立的生油岩成熟度与萃取液折射率的标准曲线比较，便可得到其成熟度。本装置结构简单，成本低，易操作，精度高。
文档编号G01N21/41GK2729701SQ20042005282
公开日2005年9月28日 申请日期2004年8月3日 优先权日2004年8月3日
发明者杨爱玲, 郑荣儿, 张京亮 申请人:中国海洋大学