CN113588558B - 一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统及其方法，包括原油进样结构及在线检测单元，线检测单元包括前处理模块、分析检测模块、电源‑工控模块、数据在线可视化展示单元、通讯模块；原油进样结构与前处理模块的输入口连接，前处理模块输出与分析检测模块的输入端连接，分析检测模块通过通讯模块与数据在线可视化展示单元连接，原油进样结构包括储液室、排液室、采油输送管、油液流入旁路以及油液流出旁路，且油液流入旁路及油液流出旁路的另一端与采油输送管连通，在油液流入旁路及油液流出旁路上均设置有第一微电控阀；前处理模块包括依次连接的微流控过滤芯片、微流控分离芯片和微流控萃取芯片。本发明实现对原油在线光谱检测。
Description
技术领域
本发明涉及微流控与物联网交叉传输的技术领域，具体为一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统及其方法。
背景技术
原油表征是指通过量化分析井口原油的组分，酸/碱值，含水率和可溶/不溶杂质等指标，反映原油品质和评价油田运行开发状况，下面对上述的各个分析参数进行具体说明：
原油组分：包括油分、胶质和沥青质。其中油分的基本组成为烷烃，环烷烃，芳香烃及少量不饱和烃。对原油组分进行在线测定，有助于实时定量了解井口出油的品相(如原油胶质(分子量：600-2000)含量、原油沥青质(分子量：2000-6000)含量、原油含蜡量等)，检测油气储层的分布及确定其组成成分的变化,而且对定储层类别、解决勘探和产能配比问题、监控油井运行状况、判断评估油井结蜡风险，制定油田开发规划和运行策略也很重要。
原油酸值是指中和1g原油中的酸性物质所需的氢氧化钾(KOH)的毫克数，单位g/mg。原油碱值是指中和1g原油中的碱性物质所需的高氯酸(HClO4)的毫克数，单位g/mg。原油的酸性主要由所含的有机酸如羧酸和含硫化合物如硫化氢、硫醇等组分贡献。酸值可大概地判断石油产品对油井、管道等的腐蚀性能。石油产品中的有机酸含量多及有水存在时，就能腐蚀油井和管道。酸值还能判断石油产品的使用性能。如果酸度过高，不仅会影响石油产品的颜色安定性，而且燃烧后生成的有害气体会腐蚀机件和污染环境。原油的碱性主要由碱性氮化物，如胺类、吡啶类等组分贡献，会使原油加工过程中的催化剂中毒失活，影响石油产品质量。实时测定原油酸/碱值有助于辅助判断油井、管道等部件的腐蚀风险和使用寿命以及原油产品的品质和环境污染程度。
原油含水率是指采出原油中水的质量分数，是石油开采、输送和油品交易中的一个关键数据。油井含水率在线计量对油井出水、出油层位、估算原油产量、预测油井的开发寿命、油井的产量质量控制、油井状态检测、注水作业等数字化油田建设具有重要意义。
原油不溶杂质主要由泥沙和金属颗粒组成，泥沙颗粒直径较大，一般能直接过滤。而原油中的金属颗粒钙、镁、镍、钒、铜、砷、铅等不仅粒径小，而且含量低，不易识被别检测。原油可溶杂质包括含硫化合物，含氮化合物及三次开发后存在的表面活性剂等。原油中金属元素的含量虽然不高，但它们对原油的加工和使用危害很大。原油中的金属元素，在原油加工过程中都能直接或间接的引起有关设备的结垢与腐蚀，催化剂的中毒失活和产品质量的下降等问题。原油中的可溶性杂质同样影响原油产品的质量。同时，部分含硫化合物是原油的酸性来源，而含氮化合物是原油的碱性来源，影响油井、管道等油田设备的使用寿命。
综上所述，关于及时对井口原油的组分，酸/碱值，含水率和可溶/不溶杂质进行检测能够有助于了解油田，因此相当重要。目前，国内油田井口原油组分、酸/碱值、含水率和不溶/可溶杂质等指标的测量大部分采用的是人工取样测量法，该方法严重依赖取样点的代表性和人工操作的可靠性，测量结果影响因素较多，无法适用指标变化频繁的井况，导致检测精度不准确，且存在费时费力的弊端，而且人工取样测量法无法用于在线测量系统实时计量，更不能满足油田生产自动化管理的要求，在确定注水方案，评估原油品质，预测油井的开发寿命上的局限性较大，因此如何采用自动化检测原油情况显得相当重要。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的要解决的技术问题是：如何实现原油组份的自动化在线表征。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，包括原油进样结构和在线检测单元；
所述原油进样结构用于缓冲压力并输送原油样品，所述在线检测单元包括以下设备：
用于分离原油不溶杂质，分离不同摩尔质量的原油组分和萃取原油可溶杂质的前处理模块；
用于对原油与萃取液的混合物进行光谱、显色和分光光度检测的分析检测模块；
与各个电器设备连接并用于为系统供电并管理、调配系统各模块协调运行的电源-工控模块，所述的电源-工控模块包括供电电源和控制器；
用于实时在线可视化原油表征结果的数据在线可视化展示单元；
用于将检测结果信号传输至数据在线可视化展示单元的通讯模块；
所述原油进样结构包括用于储存原油的储液室、用于储存检测后原油样品的排液室、用于引流原油的采油输送管、与储液室输入口连接的油液流入旁路和与排液室的输出连接的油液流出旁路，所述的油液流入旁路和油液流出旁路均与采油输送管连通，在油液流入旁路和油液流出旁路上均设置有用于控制引流原油流量的第一微电控阀；
所述的原油进样结构的储液室与前处理模块的输入口连接，所述的前处理模块的输出端与分析检测模块的输入端连接，所述的分析检测模块的通信端通过通讯模块与数据在线可视化展示单元通信连接；
所述的前处理模块包括微流控过滤芯片、微流控分离芯片和微流控萃取芯片，微流控分离芯片和微流控萃取芯片并列，微流控过滤芯片分别与微流控分离芯片和微流控萃取芯片连通；
所述的微流控过滤芯片用于过滤原油中的小金属颗粒和泥沙，所述微流控过滤芯片过滤后的原油输出与分析检测模块的输入连接；
所述的微流控分离芯片用于利用惯性离心力分离不同摩尔质量的原油，所述的微流控分离芯片的输出与分析检测模块的输入连接；
所述微流控萃取芯片用于萃取原油中酸性化合物或碱性化合物及可溶性杂质，所述微流控萃取芯片萃取液的输出与分析检测模块的输入连接；
所述的分析检测模块包括多通道样品皿、配备有氙灯光源的全波段光谱仪和分光光度计，全波段光谱仪和分光光度计分别与多通道样品皿连接，所述全波段光谱仪的输出端与排液室连通。
作为优选，所述的微流控分离芯片包括结构相同的三个螺旋输送通道，其中一个螺旋输送通道作为第1级螺旋输送通道，另外两个螺旋输送通道并列作为第2级螺旋输送通道；
所述三个螺旋输送通道均包括一个位于螺旋输送通道中心的样品入口和位于螺旋输送通道边缘的且并列的内侧出口和外侧出口；
第1级螺旋输送通道的第1级内侧出口和第1级外侧出口分别连接两个第2级螺旋输送通道的第2级样品入口。
作为优选，所述微流控分离芯片的孔隙直径为100μm。
作为优选，所述的微流控萃取芯片包括“>-<”形的输送通道，所述输送通道包括主流通道，分别与主流通道左侧连通的原油样品入口流道和萃取溶剂入口流道，分别与主流通道右侧连通的原油样品出口流道和萃取液出口流道；
原油样品出口流道与所述排液室连通；
所述原油样品入口流道、萃取溶剂入口流道、原油样品出口流道和萃取液出口流道的孔隙直径为50μm，所述主流道孔隙直径为100μm。
作为优选，所述多通道样品皿包括相互并联的八个通道和一个出油通道，其中第三通道、第四通道、第五通道和第六通道分别与第2级螺旋输送通道的两个第2级外侧出口和两个第2级内侧出口连接；第七通道与微流控萃取芯片中的萃取溶剂入口流道连接，第八通道与微流控萃取芯片中的萃取液出口流道连接；
所述多通道样品皿的出油通道与排液室连通。
作为优选，所述的微流控过滤芯片包括原油样本进样口，右侧出口及下方出口；
过滤得到的带金属颗粒的原油从下方出口流出，过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口流出；
所述下方出口与多通道样品皿的第一通道连通；
所述右侧出口分别与第1级螺旋输送通道的第1级样品入口、原油样品入口流道和多通道样品皿的第二通道连通。
作为优选，所述数据在线可视化展示单元包括信号接收器和显示屏，所述的通讯模块包括信号转换器和信号发射器，所述的信号发射器与信号接收器通信连接，且所述的信号转换器用于将分析检测模块内的原油表征结果转换为电磁波信号。
作为优选，所述全波段光谱仪的波段范围为180-4000nm。
作为优选，所述微流控过滤芯片的孔隙直径范围为1-500μm。
一种原油快速定量表征的在线式光谱检测方法，采用上述的原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其特征在于包括以下几个步骤：
S400:通过储液室收集原油样本，然后从储液室中收集原油检测样本送入前处理模块中；
S500:原油样本经原油样本进样口进入微流控过滤芯片内，过滤得到的带金属颗粒的原油从下方出口流出进入多通道样品皿的第一通道，使用全波段光谱仪对带金属颗粒的原油进行原油金属杂质定量分析，得到原油样本中金属杂质的成分和含量；
过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口流出分成三条线路进行分析，具体如下：
第一条线路：过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口流出进入多通道样品皿的第二通道，使用全波段光谱仪对过滤后无金属颗粒的原油进行原油含水率定量分析，得到原油样本中含水率；
第二条线路：过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口流出进入第1级螺旋输送通道的第1级样品入口中，过滤后无金属颗粒的原油在第1级螺旋输送通道和两个第2级螺旋输送通道的离心作用下将过滤后无金属颗粒的原油中不同比重范围的组分实现分离，经过两个第2级螺旋输送通道分离后得到四个分离后的原油样本，四个分离后的原油样本分别进入多通道样品皿的第三通道、第四通道、第五通道和第六通道，使用全波段光谱仪对四个分离后的原油样本进行原油组分定量分析，得到原油样本各个组份的含量；
第三条线路：过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口流出进入微流控萃取芯片的原油样品入口流道，同时从萃取溶剂入口流道加入萃取液对过滤后无金属颗粒的原油进行萃取，萃取溶剂入口流道还同时与多通道样品皿的第七通道连通，使用分光光度计对萃取溶剂酸碱度和物质含量进行分析，萃取后得到的原油萃取液进入多通道样品皿的第八通道，使用分光光度计进行原油酸碱度检测及可溶杂质组分定量分析，得到原油样本的酸碱值和可溶杂质组分的含量；
所述S200中得到的原油样本的含水率、原油样本各个组份的含量、酸碱值和可溶杂质组分的含量通过通讯模块传出至数据在线可视化展示单元进行展示。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明公开的一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其整体结构简单，操作方便，实现自动化检测。该系统可以通过高带宽低延迟传输技术，能适应野外无Wi-Fi环境，实时传送系统检测结果并实现数据可视化展示。
2.本发明公开的一种原油快速定量表征的在线式光谱检测方法，该能够自动、实时、精确、定量测定原油中各种轻烃、石蜡的分子量和含量及胶质、沥青质的含量，原油的酸/碱值，原油中油相和水相的含量以及原油中含硫、含氮化合物及表面活性剂组分含量，最终能够辅助决策油田开发运行方案，判断油井、管道等部件的腐蚀风险和使用寿命以及原油产品的品质和环境污染程度，实现原油的实时定量表征。
附图说明
图1为原油快速定量表征的在线式光谱检测系统的连接示意图。
图2为原油快速定量表征的在线式光谱检测系统中原油样本流向过程示意图。
图3为微流控过滤芯片的结构示意图。
图4为微流控分离芯片的结构示意图。
图5微流控分离芯片的结构示意图。
图6数据在线可视化展示单元与通讯模块的连接示意图。
图中：原油进样结构1、在线检测单元2、前处理模块3、分析检测模块4、电源-工控模块5、供电电源6、控制器7、数据在线可视化展示单元8、通讯模块9、储液室10、排液室11、采油输送管12、油液流入旁路13、油液流出旁路14、第一微电控阀15、微流控过滤芯片16、原油样本进样口16-1、下方出口16-2、微流控分离芯片17、第1级螺旋输送通道17-1、第1级样品入口17-1-1、第1级内侧出口17-1-2、第1级外侧出口17-1-3、微流控萃取芯片18、第二微电控阀19、全波段光谱仪20、多通道分光光度计21、第三微电控阀22、主流通道23、原油样品入口流道24、萃取溶剂入口流道25、原油样品出口流道26、萃取液出口流道27、信号接收器28、显示屏29、信号转换器30、信号发射器31、多通道样品皿32、第一通道32-1。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：请参阅图1-图6，一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，包括原油进样结构1和在线检测单元2。
所述原油进样结构1用于缓冲压力并输送原油样品，所述在线检测单元2包括以下设备：
用于分离原油不溶杂质，分离不同摩尔质量的原油组分和萃取原油可溶杂质的前处理模块3；用于对原油与萃取液的混合物进行光谱、显色和分光光度检测的分析检测模块4；与各个电器设备连接并用于为系统供电并管理、调配系统各模块协调运行的电源-工控模块5，所述的电源-工控模块5包括供电电源6和控制器7；用于实时在线可视化原油表征结果的数据在线可视化展示单元8；用于将检测结果信号传输至数据在线可视化展示单元8的通讯模块9。所述的供电电源6的输入端采用220VAC，输出采用12VDC，且所述供电电源6支持户外汽车取电方式。
所述原油进样结构1包括用于储存原油的储液室10、用于储存检测后原油样品的排液室11、用于引流原油的采油输送管12、与储液室10输入口连接的油液流入旁路13和与排液室11的输出连接的油液流出旁路14，所述的油液流入旁路13和油液流出旁路14均与采油输送管12连通，在油液流入旁路13和油液流出旁路14上均设置有用于控制引流原油流量的第一微电控阀15；
所述的原油进样结构1的储液室10与前处理模块3的输入口连接，所述的前处理模块3的输出端与分析检测模块4的输入端连接，所述的分析检测模块4的通信端通过通讯模块9与数据在线可视化展示单元8通信连接；
所述的前处理模块3包括微流控过滤芯片16、微流控分离芯片17和微流控萃取芯片18，微流控分离芯片17和微流控萃取芯片18并列，微流控过滤芯片16分别与微流控分离芯片17和微流控萃取芯片18连通。
所述的微流控过滤芯片16用于过滤原油中的小金属颗粒和泥沙，所述微流控过滤芯片16过滤后的原油输出与分析检测模块4的输入连接；所述的微流控分离芯片17用于利用惯性离心力分离不同摩尔质量的原油，所述的微流控分离芯片17的输出与分析检测模块4的输入连接；所述微流控萃取芯片18用于萃取原油中酸性化合物或碱性化合物及可溶性杂质，所述微流控萃取芯片18萃取液的输出与分析检测模块4的输入连接。
所述的分析检测模块4包括多通道样品皿32、配备有氙灯光源的全波段光谱仪20和分光光度计21，全波段光谱仪20和分光光度计21分别与多通道样品皿32连接，所述全波段光谱仪20的输出端与排液室11连通。所述全波段光谱仪20的波段范围为180-4000nm。
作为改进，所述的微流控分离芯片17包括结构相同的三个螺旋输送通道，其中一个螺旋输送通道作为第1级螺旋输送通道17-1，另外两个螺旋输送通道并列作为第2级螺旋输送通道17-2；所述三个螺旋输送通道均包括一个位于螺旋输送通道中心的样品入口和位于螺旋输送通道边缘的且并列的内侧出口和外侧出口；第1级螺旋输送通道17-1的第1级内侧出口17-1-2和第1级外侧出口17-1-3分别连接两个第2级螺旋输送通道17-2的第2级样品入口17-2-1，17-2-2。
所述微流控分离芯片17的孔隙直径为100μm。
作为改进，所述的微流控萃取芯片18包括“>-<”形的输送通道，所述输送通道包括主流通道23，分别与主流通道23左侧连通的原油样品入口流道24和萃取溶剂入口流道25，分别与主流通道23右侧连通的原油样品出口流道26和萃取液出口流道27；原油样品出口流道26与所述排液室11连通；所述原油样品入口流道24、萃取溶剂入口流道25、原油样品出口流道26和萃取液出口流道27的孔隙直径为50μm，所述主流道孔隙直径为100μm。
作为改进，所述多通道样品皿32包括相互并联的八个通道和一个出油通道，其中第三通道32-3、第四通道32-4、第五通道32-5和第六通道32-6分别与第2级螺旋输送通道的两个第2级外侧出口17-2-3，17-2-5和两个第2级内侧出口17-2-4，17-2-6连接；第七通道32-7与微流控萃取芯片18中的萃取溶剂入口流道25连接，第八通道32-8与微流控萃取芯片18中的萃取液出口流道27连接；所述多通道样品皿32的出油通道与排液室11连通。所述的微流控萃取芯片18萃取前的萃取溶剂进入分析检测模块4中的多通道样品皿32的第七通道32-7，待全波段光谱仪20进行萃取溶剂组分标定；所述的微流控萃取芯片18萃取后的萃取液进入分析检测模块4中的多通道样品皿32的第八通道32-8。
作为改进，所述的微流控过滤芯片16包括原油样本进样口16-1，右侧出口16-3及下方出口16-2；过滤得到的带金属颗粒的原油从下方出口16-2流出，过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口16-3流出；所述下方出口16-2与多通道样品皿32的第一通道32-1连通；所述右侧出口16-3分别与第1级螺旋输送通道17-1的第1级样品入口17-1-1、原油样品入口流道24和多通道样品皿32的第二通道32-2连通。经过微流控过滤芯片16过滤得到的带金属颗粒的原油从第一通道32-1进入多通道样品皿32，经过微流控过滤芯片16过滤后无金属颗粒的原油从第二通道32-2进入多通道样品皿32。所述微流控过滤芯片16的孔隙直径范围为1-500μm；所述微流控分离芯片17的孔隙直径为100μm。
作为改进，所述数据在线可视化展示单元8包括信号接收器28和显示屏29，所述的通讯模块9包括信号转换器30和信号发射器31，所述的信号发射器31与信号接收器28通信连接，且所述的信号转换器30用于将分析检测模块4内的原油表征结果转换为电磁波信号。
所述的微流控萃取芯片18萃取后的原油与萃取液混合物进入分析检测模块4进行检测；所述微流控萃取芯片18萃取后的原油样品流入排液室11，在前处理模块3的输入口设置有用于控制进入前处理模块3的原油流量并减缓原油对微流控分离芯片17和微流控萃取芯片18的压力的第二微电控阀19。
实施例2：一种原油快速定量表征的在线式光谱检测方法，通过储液室10收集原油样本，然后从储液室10中收集原油检测样本送入前处理模块3中；
S100:原油样本经原油样本进样口16-1进入微流控过滤芯片16内，过滤得到的带金属颗粒的原油从下方出口16-2流出进入多通道样品皿32的第一通道32-1，使用全波段光谱仪20对带金属颗粒的原油进行原油金属杂质定量分析，得到原油样本中金属杂质的成分和含量；使用全波段光谱仪20对带金属颗粒的原油进行原油金属杂质定量分析的过程为现有技术。
过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口16-3流出分成三条线路进行分析，具体如下：
第一条线路：过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口16-3流出进入多通道样品皿32的第二通道32-2，使用全波段光谱仪20对过滤后无金属颗粒的原油进行原油含水率定量分析，得到原油样本中含水率；使用全波段光谱仪20对过滤后无金属颗粒的原油进行原油含水率定量分析的过程为现有技术。
第二条线路：过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口16-3流出进入第1级螺旋输送通道17-1的第1级样品入口17-1-1中，过滤后无金属颗粒的原油在第1级螺旋输送通道17-1和两个第2级螺旋输送通道17-2的离心作用下将过滤后无金属颗粒的原油中不同比重范围的组分实现分离，经过两个第2级螺旋输送通道17-2分离后得到四个分离后的原油样本，四个分离后的原油样本分别进入多通道样品皿32的第三通道32-3、第四通道32-4、第五通道32-5和第六通道32-6，使用全波段光谱仪20对四个分离后的原油样本进行原油组分定量分析，得到原油样本各个组份的含量；使用全波段光谱仪20对四个分离后的原油样本进行原油组分定量分析的过程为现有技术。
微流控分离芯片17的作用就是对于多组分原油，可通过多级的微流控分离芯片17实现原油组分多级分离，具体实施时，还可以设置4个第3级螺旋输送通道17-1，4个第3级螺旋输送通道17-1的样品入口分别连接两个第2级螺旋输送通道17-2中的两个内侧出口和外侧出口。
第三条线路：过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口16-3流出进入微流控萃取芯片18的原油样品入口流道24，同时从萃取溶剂入口流道25加入萃取液对过滤后无金属颗粒的原油进行萃取，萃取溶剂入口流道25还同时与多通道样品皿32的第七通道32-7连通，使用分光光度计21对萃取溶剂酸碱度和物质含量进行分析，萃取后得到的原油萃取液进入多通道样品皿32的第八通道32-8，使用分光光度计21进行原油酸碱度检测及可溶杂质组分定量分析，得到原油样本的酸碱值和可溶杂质组分的含量，分光光度计21进行原油酸碱度检测及可溶杂质组分定量分析的过程为现有技术。
S200中得到的原油样本的含水率、原油样本各个组份的含量、酸碱值和可溶杂质组分的含量通过通讯模块9传出至数据在线可视化展示单元8进行展示。
原油组分及含水率定量分析方法是采用测量吸收光谱的分子光谱分析法，主要是对原油样品在全波段波长范围内，连续不断地变换波长，并记录样品在每一波长的吸收峰，最后绘制出样品的波长-吸收峰分布图，具体检测分析步骤如下：通过微流控分离芯片17分离后的各级原油组分分别进入多通道进行分子光谱检测，光谱仪释放180-4000nm波长的电磁波对各级原油组分进行扫描，实现原油组分多通道并行检测，各级组分的特征官能团会吸收特定波长的电磁波，最终在光谱图上显示出各级组分的特征吸收峰，最终确定各级组分的化合物类型及含量；同时在光谱图上会显示出水分子的特征吸收峰，从而确定各级组分的水分含量，并通过各级组分所含水分的质量总和与原有样品质量之比来确定原油含水率；
原油酸/碱值定量分析方法采用测量吸光度的分光光度法，是对原油样品所含的酸/碱性物质进行萃取后，进行显色反应，并记录显色萃取液的吸光度，最后基于吸光度-酸/碱值标准曲线确定原油酸/碱值；
具体检测分析步骤如下：对原油中的酸/碱性组分萃取完成后，可通过显色反应间接反映萃取液中酸/碱性溶质的浓度，应用Lambert-Beer定律来描述显色萃取液对某一波长光吸收的强弱与萃取液中酸性化合物或碱性化合物的浓度及萃取液层厚度间的关系，具体公式如下：
A＝lg(1/T)＝Kbc
其中，A表示显色萃取液吸光度，％；T为显色萃取液透射比，是出射光强度比入射光强度；K为摩尔吸光系数，其与显色萃取液的性质及入射光波长有关，其取值需通过标准曲线测定，L/mol·cm；b为显色萃取液在入射光方向的厚度，cm；c为显色萃取液的浓度，mol/L；
原油金属杂质采用测量吸收光谱的原子光谱分析法，可溶杂质定量分析是采用测量吸收光谱的分子光谱分析法。原子光谱和分子光谱都是基于能级跃迁的原理，区别是原子光谱只含有电子态跃迁，光谱分布呈线状光谱；分子光谱除了电子态跃迁外，还有振动态跃迁和转动态跃迁，光谱分布呈带状光谱。原子光谱和分子光谱均对原油样品在全波段波长范围内，连续不断地变换波长，并记录样品在每一波长的吸收峰，最后绘制出样品的波长-吸收峰分布图；
具体检测分析步骤如下：含金属颗粒杂质的原油送入光谱检测通道后进行原子光谱检测，光谱仪释放180-4000nm波长的电磁波对含金属颗粒杂质的原油进行扫描，通过不同的金属原子会吸收特定波长的电磁波的原理，最终在光谱图上显示出各金属原子的特征吸收峰，从而确定原油中金属杂质的类型及含量；
具体检测分析步骤如下：过滤后的原油进入微流控萃取芯片18，原油中的可溶性杂质如呈中性的含硫化合物和含氮化合物被萃取溶剂萃取分离后，原油可溶杂质萃取液送入光谱检测通道进行分子光谱检测，光谱仪释放180-4000nm波长的电磁波对原油可溶杂质萃取液进行扫描，萃取液内的特征官能团、会吸收特定波长的电磁波，最终在光谱图上显示出原油可溶杂质的特征吸收峰，从而确定原油中不溶杂质的化合物类型及含量
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其特征在于：包括原油进样结构(1)和在线检测单元(2)；
所述原油进样结构(1)用于缓冲压力并输送原油样品，所述在线检测单元(2)包括以下设备：
用于分离原油不溶杂质，分离不同摩尔质量的原油组分和萃取原油可溶杂质的前处理模块(3)；
用于对原油与萃取液的混合物进行光谱、显色和分光光度检测的分析检测模块(4)；
与各个电器设备连接并用于为系统供电并管理、调配系统各模块协调运行的电源-工控模块(5)，所述的电源-工控模块(5)包括供电电源(6)和控制器(7)；
用于实时在线可视化原油表征结果的数据在线可视化展示单元(8)；
用于将检测结果信号传输至数据在线可视化展示单元(8)的通讯模块(9)；
所述原油进样结构(1)包括用于储存原油的储液室(10)、用于储存检测后原油样品的排液室(11)、用于引流原油的采油输送管(12)、与储液室(10)输入口连接的油液流入旁路(13)和与排液室(11)的输出连接的油液流出旁路(14)，所述的油液流入旁路(13)和油液流出旁路(14)均与采油输送管(12)连通，在油液流入旁路(13)和油液流出旁路(14)上均设置有用于控制引流原油流量的第一微电控阀(15)；
所述的原油进样结构(1)的储液室(10)与前处理模块(3)的输入口连接，所述的前处理模块(3)的输出端与分析检测模块(4)的输入端连接，所述的分析检测模块(4)的通信端通过通讯模块(9)与数据在线可视化展示单元(8)通信连接；
所述的前处理模块(3)包括微流控过滤芯片(16)、微流控分离芯片(17)和微流控萃取芯片(18)，微流控分离芯片(17)和微流控萃取芯片(18)并列，微流控过滤芯片(16)分别与微流控分离芯片(17)和微流控萃取芯片(18)连通；
所述的微流控过滤芯片(16)用于过滤原油中的小金属颗粒和泥沙，所述微流控过滤芯片(16)过滤后的原油输出与分析检测模块(4)的输入连接；
所述的微流控分离芯片(17)用于利用惯性离心力分离不同摩尔质量的原油，所述的微流控分离芯片(17)的输出与分析检测模块(4)的输入连接；
所述微流控萃取芯片(18)用于萃取原油中酸性化合物或碱性化合物及可溶性杂质，所述微流控萃取芯片(18)萃取液的输出与分析检测模块(4)的输入连接；
所述的分析检测模块(4)包括多通道样品皿(32)、配备有氙灯光源的全波段光谱仪(20)和分光光度计(21)，全波段光谱仪(20)和分光光度计(21)分别与多通道样品皿(32)连接，所述全波段光谱仪(20)的输出端与排液室(11)连通。
2.根据权利要求1所述的一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其特征在于：所述的微流控分离芯片(17)包括结构相同的三个螺旋输送通道，其中一个螺旋输送通道作为第1级螺旋输送通道(17-1)，另外两个螺旋输送通道并列作为第2级螺旋输送通道(17-2)；
所述三个螺旋输送通道均包括一个位于螺旋输送通道中心的样品入口和位于螺旋输送通道边缘的且并列的内侧出口和外侧出口；
第1级螺旋输送通道(17-1)的第1级内侧出口(17-1-2)和第1级外侧出口(17-1-3)分别连接两个第2级螺旋输送通道(17-2)的第2级样品入口(17-2-1，17-2-2)。
3.根据权利要求2所述的一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其特征在于：所述微流控分离芯片(17)的孔隙直径为100μm。
4.根据权利要求2所述的一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其特征在于：所述的微流控萃取芯片(18)包括“>-<”形的输送通道，所述输送通道包括主流通道(23)，分别与主流通道(23)左侧连通的原油样品入口流道(24)和萃取溶剂入口流道(25)，分别与主流通道(23)右侧连通的原油样品出口流道(26)和萃取液出口流道(27)；
原油样品出口流道(26)与所述排液室(11)连通；
所述原油样品入口流道(24)、萃取溶剂入口流道(25)、原油样品出口流道(26)和萃取液出口流道(27)的孔隙直径为50μm，所述主流道孔隙直径为100μm。
5.根据权利要求4所述的一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其特征在于：所述多通道样品皿(32)包括相互并联的八个通道和一个出油通道，其中第三通道(32-3)、第四通道(32-4)、第五通道(32-5)和第六通道(32-6)分别与第2级螺旋输送通道的两个第2级外侧出口(17-2-3，17-2-5)和两个第2级内侧出口(17-2-4，17-2-6)连接；第七通道(32-7)与微流控萃取芯片(18)中的萃取溶剂入口流道(25)连接，第八通道(32-8)与微流控萃取芯片(18)中的萃取液出口流道(27)连接；
所述多通道样品皿(32)的出油通道与排液室(11)连通。
6.根据权利要求5所述的一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其特征在于：所述的微流控过滤芯片(16)包括原油样本进样口(16-1)，右侧出口(16-3)及下方出口(16-2)；
过滤得到的带金属颗粒的原油从下方出口(16-2)流出，过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口(16-3)流出；
所述下方出口(16-2)与多通道样品皿(32)的第一通道(32-1)连通；
所述右侧出口(16-3)分别与第1级螺旋输送通道(17-1)的第1级样品入口(17-1-1)、原油样品入口流道(24)和多通道样品皿(32)的第二通道(32-2)连通。
7.根据权利要求6所述的一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其特征在于：所述数据在线可视化展示单元(8)包括信号接收器(28)和显示屏(29)，所述的通讯模块(9)包括信号转换器(30)和信号发射器(31)，所述的信号发射器(31)与信号接收器(28)通信连接，且所述的信号转换器(30)用于将分析检测模块(4)内的原油表征结果转换为电磁波信号。
8.根据权利要求7所述的一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其特征在于：所述全波段光谱仪(20)的波段范围为180-4000nm。
9.根据权利要求7所述的一种原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其特征在于：所述微流控过滤芯片(16)的孔隙直径范围为1-500μm。
10.一种原油快速定量表征的在线式光谱检测方法，采用权利要求8或9所述的原油快速定量表征的在线式光谱检测系统，其特征在于包括以下几个步骤：
S100:通过储液室(10)收集原油样本，然后从储液室(10)中收集原油检测样本送入前处理模块(3)中；
S200:原油样本经原油样本进样口(16-1)进入微流控过滤芯片(16)内，过滤得到的带金属颗粒的原油从下方出口(16-2)流出进入多通道样品皿(32)的第一通道(32-1)，使用全波段光谱仪(20)对带金属颗粒的原油进行原油金属杂质定量分析，得到原油样本中金属杂质的成分和含量；
过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口(16-3)流出分成三条线路进行分析，具体如下：
第一条线路：过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口(16-3)流出进入多通道样品皿(32)的第二通道(32-2)，使用全波段光谱仪(20)对过滤后无金属颗粒的原油进行原油含水率定量分析，得到原油样本中含水率；
第二条线路：过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口(16-3)流出进入第1级螺旋输送通道(17-1)的第1级样品入口(17-1-1)中，过滤后无金属颗粒的原油在第1级螺旋输送通道(17-1)和两个第2级螺旋输送通道(17-2)的离心作用下将过滤后无金属颗粒的原油中不同比重范围的组分实现分离，经过两个第2级螺旋输送通道(17-2)分离后得到四个分离后的原油样本，四个分离后的原油样本分别进入多通道样品皿(32)的第三通道(32-3)、第四通道(32-4)、第五通道(32-5)和第六通道(32-6)，使用全波段光谱仪(20)对四个分离后的原油样本进行原油组分定量分析，得到原油样本各个组份的含量；
第三条线路：过滤后无金属颗粒的原油从右侧出口(16-3)流出进入微流控萃取芯片(18)的原油样品入口流道(24)，同时从萃取溶剂入口流道(25)加入萃取液对过滤后无金属颗粒的原油进行萃取，萃取溶剂入口流道(25)还同时与多通道样品皿(32)的第七通道(32-7)连通，使用分光光度计(21)对萃取溶剂酸碱度和物质含量进行分析，萃取后得到的原油萃取液进入多通道样品皿(32)的第八通道(32-8)，使用分光光度计(21)进行原油酸碱度检测及可溶杂质组分定量分析，得到原油样本的酸碱值和可溶杂质组分的含量；
S300:所述S200中得到的原油样本的含水率、原油样本各个组份的含量、酸碱值和可溶杂质组分的含量通过通讯模块(9)传出至数据在线可视化展示单元(8)进行展示。
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