本书是“油气光学系列丛书“之一，以油气光学技术—油气光学实
验的形式来构架，涵盖了石油勘探、油气储运、石油化工及环境污染和安
全的相关内容，列举了太赫兹光谱、斜入射光反射差、激光超声、激光感
生电压检测等几种光学新技术的操作流程及油气资源光学表征评价的具体
实施实验。
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目录
丛书序
前言
绪论 油气光学实验方法与技术 1
一、太赫兹光谱技术 1
（一）太赫兹时域光谱技术 2
（二）太赫兹成像技术 4
（三）太赫兹光学参数的提取 5
二、斜入射光反射差技术 6
（一）斜入射光反射差技术的探测原理 7
（二）斜入射光反射差的装置组成 8
（三）斜入射光反射差信号的数据处理 10
三、全光学激光超声技术 13
（一）激光超声技术的探测原理 14
（二）激光超声装置的组成 16
四、激光感生电压检测技术 19
（一）光与物质的相互作用 19
（二）激光感生电压检测装置 21
（三）激光感生电压的测试指标 23
五、3D 打印技术 25
（一）3D 打印技术的成型流程 25
（二）3D 打印的相关设备简介 26
实验一 天然气水合物演化过程的太赫兹光谱表征 32
一、研究背景及进展 32
二、实验目的 34
三、实验设备及实验材料 34
四、实验内容 36
（一）设计实验室用气体水合物合成装置 36
（二）实验过程与测试 41
实验二 孔隙、裂缝的光谱检测与成像 42
一、研究背景及进展 42
（一）模拟狭缝的太赫兹光谱检测 42
（二）孔隙、裂缝的斜入射光反射差成像 46
二、实验目的 52
三、实验设备及实验材料 52
四、实验内容 52
（一）模拟狭缝的太赫兹光谱检测 52
（二）孔隙、裂缝的斜入射光反射差成像 53
实验三 页岩各向异性的激光探针表征 54
一、研究背景及进展 54
（一）页岩岩心各向异性的激光感生电压表征 57
（二）页岩岩心各向异性的全光学探测 63
二、实验目的 67
三、实验设备及实验材料 67
四、实验内容 68
（一）页岩岩心各向异性的激光感生电压表征 68
（二）页岩岩心各向异性的全光学探测 69
补充实验：激光超声实验仪的运行与优化 71
一、激光超声实验仪的运行 71
（一）开启系统 71
（二）Tempo 2D 干涉仪开机及相关设置 74
（三）关闭系统 75
二、基本测试 76
（一）铝板厚度的测量 76
（二）长方胶木厚度的测量 77
（三）圆柱形粗布胶木各向异性的测量 77
（四）圆柱形细布胶木各向异性的测量 78
三、实验内容 79
实验四 基于激光超声技术的油页岩热解过程检测 81
一、研究背景及进展 81
（一）油页岩热解过程的检测 81
（二）油页岩半焦样品的检测 86
二、实验目的 90
三、实验设备及实验材料 90
四、实验内容 91
（一）油页岩热解过程的检测 91
（二）油页岩半焦样品的检测 93
实验五 油页岩含油率的光学技术表征 95
一、研究背景及进展 95
（一）基于半焦太赫兹光谱的油页岩含油率表征 96
（二）非热解条件下油页岩含油率的太赫兹光谱表征 101
（三）利用太赫兹光学参数的各向异性表征油页岩含油率 103
（四）基于光伏/光电导的油页岩含油率表征 106
二、实验目的 109
三、实验设备及实验材料 110
四、实验内容 110
（一）基于半焦太赫兹光谱的油页岩含油率表征 110
（二）非热解条件下油页岩含油率的太赫兹光谱表征 113
（三）利用太赫兹光学参数的各向异性表征油页岩含油率 113
（四）基于光伏/光电导的油页岩含油率表征 114
实验六 高含水率原油的光学技术检测 117
一、研究背景及进展 117
（一）原油含水率的激光超声表征 117
（二）结合3D 打印技术的高含水原油含水率的太赫兹光谱表征 120
二、实验目的 122
三、实验设备及实验材料 123
四、实验内容 123
（一）原油含水率的激光超声表征 123
（二）结合3D 打印技术的高含水原油含水率的太赫兹光谱表征 124
补充实验 1：设计适用于太赫兹光谱检测的 3D 打印样品池 124
一、三维模型设计及打印参数设置 124
二、3D 打印样品的制备方法 126
（一）岩石各向异性模型的 3D 打印制备方法 126
（二）可燃冰笼状结构模型的3D 打印制作方法 127
（三）适用于太赫兹光谱检测的样品池及其制作方法 129
补充实验 2：3D 打印样品池精度的太赫兹光谱检测 133
实验七 原油乳状液的太赫兹光谱表征 138
一、研究背景及进展 138
（一）原油乳状液稳定性的评价 139
（二）原油乳状液类型的识别 142
（三）低含水率原油的太赫兹光谱检测 144
二、实验目的 148
三、实验设备及实验材料 148
四、实验内容 148
（一）演示原油乳状液的油水分层过程 148
（二）原油乳状液稳定性的评价 149
（三）原油乳状液类型的识别 150
（四）低含水率原油的太赫兹光谱检测 151
实验八 原油蜡沉积与磁化降黏的太赫兹光谱表征 152
一、研究背景及进展 152
（一）烷烃冷凝相变过程的太赫兹光谱表征 153
（二）模拟油中蜡晶形态结构的太赫兹光谱检测 157
（三）原油磁化降黏的太赫兹光谱表征 162
二、实验目的 167
三、实验设备及实验材料 167
四、实验内容 168
（一）烷烃冷凝相变过程的太赫兹光谱表征 168
（二）模拟油中蜡晶形态结构的太赫兹光谱检测 169
（三）原油磁化降黏的太赫兹光谱表征 170
（四）SEM 图像的分形维数计算 170
实验九 流体的太赫兹光谱检测 174
一、研究背景及进展 174
（一）水平方形管油水两相流 175
（二）水平圆管油水两相流 178
（三）方形微通道单相水流 182
二、实验目的 185
三、实验设备及实验材料 186
四、实验内容 186
（一）水平方形管油水两相流 186
（二）水平圆管油水两相流 187
（三）方形微通道单相水流 188
实验十 金属腐蚀防护的太赫兹光谱检测 189
一、研究背景及进展 189
（一）盐雾环境下铁片腐蚀的太赫兹光谱表征 190
（二）涂层盐雾环境下铁片腐蚀的太赫兹光谱表征 192
（三）铁化合物产物及其混合物的太赫兹光谱检测 199
二、实验目的 200
三、实验设备及实验材料 200
四、实验内容 201
（一）盐雾环境下的样品制备与监测 201
（二）涂层样品的制备与监测 202
（三）铁化合物产物及其混合物的制备 203
实验十一 干馏气内烷烃成分的太赫兹光谱检测 204
一、研究背景及进展 204
二、实验目的 209
三、实验设备及实验材料 210
四、实验内容 210
（一）气室、减压阀的组装和使用 210
（二）气体样品的制备 213
（三）实验测试 215
实验十二 油气水分界面的太赫兹光谱成像 216
一、研究背景及进展 216
（一）工艺品样品中油气分界面的太赫兹光谱表征 218
（二）石英样品池中油气水分界面的太赫兹光谱表征 220
（三）3D 打印样品池中油气水分界面的太赫兹光谱表征 222
（四）油气水分布的太赫兹光谱分析 225
（五）油水混合物分离过程的太赫兹光谱表征 229
二、实验目的 232
三、实验设备及实验材料 232
四、实验内容 232
（一）油气水分界面的太赫兹光谱表征 232
（二）油气水分布的太赫兹光谱分析 233
（三）油水混合物分离过程的太赫兹光谱表征 233
实验十三 催化反应的太赫兹光谱检测 236
一、研究背景及进展 236
二、实验目的 240
三、实验设备及实验材料 240
四、实验内容 240
（一）催化剂 13X 分子筛的太赫兹光谱特性 240
（二）设计适宜于太赫兹光谱检测的有机催化反应装置 241
（三）AlCl3 催化下邻二甲苯异构化反应的太赫兹光谱特性 243
实验十四 成品油的太赫兹光谱分析 244
一、研究背景及进展 244
（一）柴油硫含量的太赫兹光谱表征 244
（二）生物柴油/石化柴油混合物的燃烧特性表征 248
（三）汽油柴油牌号识别 251
二、实验目的 253
三、实验设备及实验材料 254
四、实验内容 254
（一）实验样品池的制备 254
（二）柴油硫含量的太赫兹光谱表征 254
（三）生物柴油/石化柴油混合物的燃烧特性表征 255
（四）汽油柴油牌号识别 256
实验十五 水污染痕量的太赫兹光谱检测 257
一、研究背景及进展 257
（一）基于太赫兹光谱的不同浓度盐离子水溶液的表征 257
（二）不同浓度硝酸盐溶液的太赫兹光谱表征 259
二、实验目的 262
三、实验设备及实验材料 262
四、实验内容 262
实验十六 细颗粒物监测及来源识别 264
一、研究背景及进展 264
（一）不同地区大气环境中 PM2.5 的太赫兹光谱分析 265
（二）煤炭燃烧排放的 PM2.5 的太赫兹光谱分析 269
二、实验目的 276
三、实验设备及实验材料 276
四、实验内容 276
（一）熟悉 PM2.5 采集系统 276
（二）PM2.5 样品的收集与测试 278
（三）空气采集器的维护 279
（四）二维相关光谱技术简介 279
参考文献 282
彩图
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