油氣光學實驗

目錄
叢書序
前言
緒論 油氣光學實驗方法與技術 1
一、太赫茲光譜技術 1
（一）太赫茲時域光譜技術 2
（二）太赫茲成像技術 4
（三）太赫茲光學參數(shù)的提取 5
二、斜入射光反射差技術 6
（一）斜入射光反射差技術的探測原理 7
（二）斜入射光反射差的裝置組成 8
（三）斜入射光反射差信號的數(shù)據(jù)處理 10
三、全光學激光超聲技術 13
（一）激光超聲技術的探測原理 14
（二）激光超聲裝置的組成 16
四、激光感生電壓檢測技術 19
（一）光與物質(zhì)的相互作用 19
（二）激光感生電壓檢測裝置 21
（三）激光感生電壓的測試指標 23
五、3D 打印技術 25
（一）3D 打印技術的成型流程 25
（二）3D 打印的相關設備簡介 26
實驗一 天然氣水合物演化過程的太赫茲光譜表征 32
一、研究背景及進展 32
二、實驗目的 34
三、實驗設備及實驗材料 34
四、實驗內(nèi)容 36
（一）設計實驗室用氣體水合物合成裝置 36
（二）實驗過程與測試 41
實驗二 孔隙、裂縫的光譜檢測與成像 42
一、研究背景及進展 42
（一）模擬狹縫的太赫茲光譜檢測 42
（二）孔隙、裂縫的斜入射光反射差成像 46
二、實驗目的 52
三、實驗設備及實驗材料 52
四、實驗內(nèi)容 52
（一）模擬狹縫的太赫茲光譜檢測 52
（二）孔隙、裂縫的斜入射光反射差成像 53
實驗三 頁巖各向異性的激光探針表征 54
一、研究背景及進展 54
（一）頁巖巖心各向異性的激光感生電壓表征 57
（二）頁巖巖心各向異性的全光學探測 63
二、實驗目的 67
三、實驗設備及實驗材料 67
四、實驗內(nèi)容 68
（一）頁巖巖心各向異性的激光感生電壓表征 68
（二）頁巖巖心各向異性的全光學探測 69
補充實驗：激光超聲實驗儀的運行與優(yōu)化 71
一、激光超聲實驗儀的運行 71
（一）開啟系統(tǒng) 71
（二）Tempo 2D 干涉儀開機及相關設置 74
（三）關閉系統(tǒng) 75
二、基本測試 76
（一）鋁板厚度的測量 76
（二）長方膠木厚度的測量 77
（三）圓柱形粗布膠木各向異性的測量 77
（四）圓柱形細布膠木各向異性的測量 78
三、實驗內(nèi)容 79
實驗四 基于激光超聲技術的油頁巖熱解過程檢測 81
一、研究背景及進展 81
（一）油頁巖熱解過程的檢測 81
（二）油頁巖半焦樣品的檢測 86
二、實驗目的 90
三、實驗設備及實驗材料 90
四、實驗內(nèi)容 91
（一）油頁巖熱解過程的檢測 91
（二）油頁巖半焦樣品的檢測 93
實驗五 油頁巖含油率的光學技術表征 95
一、研究背景及進展 95
（一）基于半焦太赫茲光譜的油頁巖含油率表征 96
（二）非熱解條件下油頁巖含油率的太赫茲光譜表征 101
（三）利用太赫茲光學參數(shù)的各向異性表征油頁巖含油率 103
（四）基于光伏/光電導的油頁巖含油率表征 106
二、實驗目的 109
三、實驗設備及實驗材料 110
四、實驗內(nèi)容 110
（一）基于半焦太赫茲光譜的油頁巖含油率表征 110
（二）非熱解條件下油頁巖含油率的太赫茲光譜表征 113
（三）利用太赫茲光學參數(shù)的各向異性表征油頁巖含油率 113
（四）基于光伏/光電導的油頁巖含油率表征 114
實驗六 高含水率原油的光學技術檢測 117
一、研究背景及進展 117
（一）原油含水率的激光超聲表征 117
（二）結合3D 打印技術的高含水原油含水率的太赫茲光譜表征 120
二、實驗目的 122
三、實驗設備及實驗材料 123
四、實驗內(nèi)容 123
（一）原油含水率的激光超聲表征 123
（二）結合3D 打印技術的高含水原油含水率的太赫茲光譜表征 124
補充實驗 1：設計適用于太赫茲光譜檢測的 3D 打印樣品池 124
一、三維模型設計及打印參數(shù)設置 124
二、3D 打印樣品的制備方法 126
（一）巖石各向異性模型的 3D 打印制備方法 126
（二）可燃冰籠狀結構模型的3D 打印制作方法 127
（三）適用于太赫茲光譜檢測的樣品池及其制作方法 129
補充實驗 2：3D 打印樣品池精度的太赫茲光譜檢測 133
實驗七 原油乳狀液的太赫茲光譜表征 138
一、研究背景及進展 138
（一）原油乳狀液穩(wěn)定性的評價 139
（二）原油乳狀液類型的識別 142
（三）低含水率原油的太赫茲光譜檢測 144
二、實驗目的 148
三、實驗設備及實驗材料 148
四、實驗內(nèi)容 148
（一）演示原油乳狀液的油水分層過程 148
（二）原油乳狀液穩(wěn)定性的評價 149
（三）原油乳狀液類型的識別 150
（四）低含水率原油的太赫茲光譜檢測 151
實驗八 原油蠟沉積與磁化降黏的太赫茲光譜表征 152
一、研究背景及進展 152
（一）烷烴冷凝相變過程的太赫茲光譜表征 153
（二）模擬油中蠟晶形態(tài)結構的太赫茲光譜檢測 157
（三）原油磁化降黏的太赫茲光譜表征 162
二、實驗目的 167
三、實驗設備及實驗材料 167
四、實驗內(nèi)容 168
（一）烷烴冷凝相變過程的太赫茲光譜表征 168
（二）模擬油中蠟晶形態(tài)結構的太赫茲光譜檢測 169
（三）原油磁化降黏的太赫茲光譜表征 170
（四）SEM 圖像的分形維數(shù)計算 170
實驗九 流體的太赫茲光譜檢測 174
一、研究背景及進展 174
（一）水平方形管油水兩相流 175
（二）水平圓管油水兩相流 178
（三）方形微通道單相水流 182
二、實驗目的 185
三、實驗設備及實驗材料 186
四、實驗內(nèi)容 186
（一）水平方形管油水兩相流 186
（二）水平圓管油水兩相流 187
（三）方形微通道單相水流 188
實驗十 金屬腐蝕防護的太赫茲光譜檢測 189
一、研究背景及進展 189
（一）鹽霧環(huán)境下鐵片腐蝕的太赫茲光譜表征 190
（二）涂層鹽霧環(huán)境下鐵片腐蝕的太赫茲光譜表征 192
（三）鐵化合物產(chǎn)物及其混合物的太赫茲光譜檢測 199
二、實驗目的 200
三、實驗設備及實驗材料 200
四、實驗內(nèi)容 201
（一）鹽霧環(huán)境下的樣品制備與監(jiān)測 201
（二）涂層樣品的制備與監(jiān)測 202
（三）鐵化合物產(chǎn)物及其混合物的制備 203
實驗十一 干餾氣內(nèi)烷烴成分的太赫茲光譜檢測 204
一、研究背景及進展 204
二、實驗目的 209
三、實驗設備及實驗材料 210
四、實驗內(nèi)容 210
（一）氣室、減壓閥的組裝和使用 210
（二）氣體樣品的制備 213
（三）實驗測試 215
實驗十二 油氣水分界面的太赫茲光譜成像 216
一、研究背景及進展 216
（一）工藝品樣品中油氣分界面的太赫茲光譜表征 218
（二）石英樣品池中油氣水分界面的太赫茲光譜表征 220
（三）3D 打印樣品池中油氣水分界面的太赫茲光譜表征 222
（四）油氣水分布的太赫茲光譜分析 225
（五）油水混合物分離過程的太赫茲光譜表征 229
二、實驗目的 232
三、實驗設備及實驗材料 232
四、實驗內(nèi)容 232
（一）油氣水分界面的太赫茲光譜表征 232
（二）油氣水分布的太赫茲光譜分析 233
（三）油水混合物分離過程的太赫茲光譜表征 233
實驗十三 催化反應的太赫茲光譜檢測 236
一、研究背景及進展 236
二、實驗目的 240
三、實驗設備及實驗材料 240
四、實驗內(nèi)容 240
（一）催化劑 13X 分子篩的太赫茲光譜特性 240
（二）設計適宜于太赫茲光譜檢測的有機催化反應裝置 241
（三）AlCl3 催化下鄰二甲苯異構化反應的太赫茲光譜特性 243
實驗十四 成品油的太赫茲光譜分析 244
一、研究背景及進展 244
（一）柴油硫含量的太赫茲光譜表征 244
（二）生物柴油/石化柴油混合物的燃燒特性表征 248
（三）汽油柴油牌號識別 251
二、實驗目的 253
三、實驗設備及實驗材料 254
四、實驗內(nèi)容 254
（一）實驗樣品池的制備 254
（二）柴油硫含量的太赫茲光譜表征 254
（三）生物柴油/石化柴油混合物的燃燒特性表征 255
（四）汽油柴油牌號識別 256
實驗十五 水污染痕量的太赫茲光譜檢測 257
一、研究背景及進展 257
（一）基于太赫茲光譜的不同濃度鹽離子水溶液的表征 257
（二）不同濃度硝酸鹽溶液的太赫茲光譜表征 259
二、實驗目的 262
三、實驗設備及實驗材料 262
四、實驗內(nèi)容 262
實驗十六 細顆粒物監(jiān)測及來源識別 264
一、研究背景及進展 264
（一）不同地區(qū)大氣環(huán)境中 PM2.5 的太赫茲光譜分析 265
（二）煤炭燃燒排放的 PM2.5 的太赫茲光譜分析 269
二、實驗目的 276
三、實驗設備及實驗材料 276
四、實驗內(nèi)容 276
（一）熟悉 PM2.5 采集系統(tǒng) 276
（二）PM2.5 樣品的收集與測試 278
（三）空氣采集器的維護 279
（四）二維相關光譜技術簡介 279
參考文獻 282
彩圖