石油资源的太赫兹光谱检测与评价
石油是非常重要的战略资源，由于其在世界能源消耗中所占的重要地位及其广泛用途，被誉为“工业的血液”。作为一种不可再生的化石能源，石油的可持续稳定供应受到了全球范围内的广泛关注和普遍重视。历史上爆发的几次石油危机均对世界经济和区域安全产生了极大冲击。为了占有并控制某一地区的石油资源，甚至引发了战争。近年来，世界上主要的几个大国对北极圈所展开的竞争与北极圈地区所蕴藏的丰富油气资源有着密切的关系。
世界石油剩余可采储量和可采年限的来源主要依靠新油田、新层位和非常规石油资源的发现和开采。时至今日，世界上尚有一些地区或盆地的某些层位还未做资源评价，特别是广泛分布的古生界油气资源十分丰富，能否成功开采与技术创新和新方法的应用有着密切的联系。近年来，勘探新的油、气区域和勘探地层深部、海洋、海外区块的油气资源工作取得进展，以及各种非常规油气资源的陆续发现和规模开采，这些都是依靠新方法和新技术来实现稳产增产的有力例证。
石油 & 太赫兹
太赫兹(THz)波是电磁波谱家族中最为年轻的成员。与其他技术相比，太赫兹具有时间分辨率高、频带宽、辐射能量低、可实现相干测量等优点。通过对太赫兹与物质相互作用的研究，能够获取所研究物质丰富的物理和化学信息，从而对所研究的对象进行探测和表征。近年来，各种新型太赫兹器件与仪器的问世为太赫兹技术的实际应用奠定了坚实的基础。在油气领域，太赫兹方法和技术的应用已初现端倪，并逐渐发展成为一项针对性强、特色鲜明的新型实用技术。
石油勘探与评价
由于一些物质的振动和转动频率位于太赫兹波段范围，当物质和太赫兹波相互作用时，物质的振动和转动在太赫兹频段处发生共振，从而引起对特定频段处太赫兹波的吸收，也就是说，如同红外光谱一样，太赫兹光谱亦能提供物质的指纹谱特征。起初，太赫兹方法主要用来对油品种类和性能进行识别和预测，由于不同种类的油品对太赫兹波具有不同的折射率和吸收，这就导致了不同油品的太赫兹折射率和吸收系数的差异，通过对这两个参数进行更加深入的分析，可实现油品种类的精确鉴定。由于炼油工艺水平的差异，不同国家的同一油品的太赫兹光谱存在一定的差异，这些差异的原因来自于不同国家油品之间所含成分或杂质的不同，即油品中微量杂质含量能在太赫兹光谱中得到体现。研究结果表明，太赫兹技术既可用于油品种类的鉴别（如下图），又可用来实现对油品质量和纯度进行精确鉴定。
不同原油和油品的太赫兹时域光谱
随着油气领域对新方法和新技术需求的不断增大，太赫兹在石油领域应用研究的广度和深度也在不断扩展，并从油气工业的下游环节逐步走向油气勘探开发、油气输运等中上游环节，成为解决油气探测和生产过程中诸多重要难题的新手段。
对含油气储层岩石进行表征和评价，是石油勘探工作者的核心任务，能够从不同的方面和角度实现对储层油气产能的综合评价。下图为 5 种不同类型岩石的太赫兹吸收光谱，根据吸收谱的特征能够对岩石类型进行很好的区分和鉴别。
5种不同类型岩石的太赫兹吸收与折射光谱
石油开采及检测
对油气储藏获得了充足的认识并确定其具有经济开采价值之后，便可制定相应的开发方案将油气采出到地面。在地层中，原油、天然气和地层水经常存在伴生关系，因此井下产出液体通常是油、气、水的两相或多相混合物。无论是井下流体还是采出地面的原油，其含水率的测量都十分重要。下图研究证明，利用太赫兹技术不仅可以实现原油痕量含水率的检测而且可以检测高含水原油多相体系。
原油含水率与太赫兹吸收系数的关系
原油多相体系的太赫兹时域谱
地下原油的开采过程实际上是通过各种物理、化学等方法将储层岩石孔隙、裂缝中的原油驱替出来的过程。地下原油在经历了岩石、井眼、油管等的传输后通常也以乳状液的形式存在，当原油采出到地面以后，需要对其进行脱水处理，这个过程的实质为原油乳状液的破乳过程。乳状液是石油生产过程中普遍存在的一种体系，其稳定性的评价十分重要。研究表明，太赫兹波对乳状液的乳化和破乳过程十分敏感，太赫兹时域光谱技术不仅能给出乳状液破乳过程快慢的定量信息，而且还能给出乳状液中油水液滴的相对分布信息。下图给出了原油乳状液太赫兹吸收系数α与含水率的关系，以及油包水乳状液破乳过程的太赫兹时域光谱观测曲线，在破乳的不同阶段，其相对速率可通过太赫兹时域信号的强度直接体现。
(a)原油乳状液太赫兹吸收系数α与含水率的关系
(b)原油乳状液稳定性的太赫兹光谱评价
石油资源作为重要的战略资源，对于国家的经济和社会的可持续发展具有十分重要的意义。石油工业目前面临的诸多困难和挑战对现有的科学技术和方法提出了更高的要求。太赫兹技术作为一项新兴的探测和表征技术，已经从最初的石油化工产品的检测逐步渗透到油气勘探与评价、油气开采与检测等油气领域的中上游环节，显示出良好的应用前景，其在石油天然气工业中的产业化推广和应用值得大家期待！
参考文献：金武军 赵昆.油气资源的太赫兹光谱检测与评价.2013
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