RU2649222C1 - Способ и система для геохимической характеризации с пространственным разрешением - Google Patents
Способ и система для геохимической характеризации с пространственным разрешением Download PDFInfo
- Publication number
- RU2649222C1 RU2649222C1 RU2016143360A RU2016143360A RU2649222C1 RU 2649222 C1 RU2649222 C1 RU 2649222C1 RU 2016143360 A RU2016143360 A RU 2016143360A RU 2016143360 A RU2016143360 A RU 2016143360A RU 2649222 C1 RU2649222 C1 RU 2649222C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- information
- spatial
- laser
- geochemical
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 title description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 51
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 50
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 40
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 26
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 26
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 19
- 238000002536 laser-induced breakdown spectroscopy Methods 0.000 claims description 19
- 238000012933 kinetic analysis Methods 0.000 claims description 18
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 claims description 17
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 13
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 claims description 10
- 238000000305 Fourier transform infrared microscopy Methods 0.000 claims description 9
- 238000005011 time of flight secondary ion mass spectroscopy Methods 0.000 claims description 9
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 claims description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 claims description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 6
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 claims description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 5
- 238000002290 gas chromatography-mass spectrometry Methods 0.000 claims description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 238000001956 neutron scattering Methods 0.000 claims description 4
- 238000003709 image segmentation Methods 0.000 claims description 3
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 3
- 238000013475 authorization Methods 0.000 claims description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 32
- 238000000491 multivariate analysis Methods 0.000 description 16
- 238000004141 dimensional analysis Methods 0.000 description 12
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 8
- 238000002042 time-of-flight secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000015076 Shorea robusta Nutrition 0.000 description 2
- 244000166071 Shorea robusta Species 0.000 description 2
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- -1 sandstone Substances 0.000 description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 1
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000007473 univariate analysis Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
- G01N33/241—Earth materials for hydrocarbon content
-
- G01V20/00—
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V9/00—Prospecting or detecting by methods not provided for in groups G01V1/00 - G01V8/00
- G01V9/007—Prospecting or detecting by methods not provided for in groups G01V1/00 - G01V8/00 by detecting gases or particles representative of underground layers at or near the surface
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
- G16C20/00—Chemoinformatics, i.e. ICT specially adapted for the handling of physicochemical or structural data of chemical particles, elements, compounds or mixtures
- G16C20/20—Identification of molecular entities, parts thereof or of chemical compositions
Abstract
Изобретение относится к области геохимии и может быть использовано при проведении геохимических исследований. Предложен способ, позволяющий определить с пространственным разрешением геохимию геологических материалов или других материалов. Заявленный способ включает получение спектральных данных о по меньшей мере одной пробе, получение пространственной информации о по меньшей мере одной пробе, получение геохимической информации об упомянутой по меньшей мере одной пробе с использованием упомянутых спектральных данных и определение геохимической информации с пространственным разрешением для упомянутой по меньшей мере одной пробы с использованием упомянутой геохимической информации и упомянутой пространственной информации. Также предложена система для осуществления способа. Технический результат – повышение информативности получаемых данных. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
ПЕРКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Данная заявка испрашивает согласно §119(e) раздела 35 U.S.C. приоритет предшествующей предварительной заявки на патент США № 61/989621, поданной 7 мая 2014 года, содержание которой целиком включено сюда по ссылке.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящее изобретение относится к геохимической характеризации с пространственным разрешением и, в частности, к способу определения геохимии с пространственным разрешением и системе для выполнения таких определений, которые можно использовать для определения геохимии геологических материалов, таких как горные породы, или других материалов.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Характеризация материнских горных пород играет важную роль при оценке традиционных и нетрадиционных залежей. На дне озер, морей и в дельтах рек осаждается и накапливается органическое вещество. По мере того, как осаждается все больше материала, органическое вещество залегает все глубже, при этом под воздействием тепла и давления в залегании происходит преобразование органического вещества в геополимеры, такие как кероген и битум. Когда содержащие органическое вещество горные породы залегают достаточно глубоко, они претерпевают кеногенез, при котором температура начинает преобразовывать кероген в битум и, в конечном счете, в углеводороды, такие как нефть и газ. Горные породы, в которых образуются углеводороды, называются материнскими породами.
[0004] Кероген и битум представляют собой большие органические молекулы с нефиксированной структурой. Состав веществ зависит как от органического вещества, послужившего для образования геополимеров, так и от термической зрелости (степени преобразованности) пробы. Хотя кероген и битум имеют разные молекулярные структуры, и они, как правило, функционально разделены: последний растворяется в обычных органических растворителях, в то время как первый – нет. Большая часть битума образуется во время кеногенеза, а его малая часть образуется в ходе диагенеза.
[0005] Исследование керогена и битума важно для оценки термической зрелости и потенциальной отдачи углеводородов. Термическая зрелость указывает на ожидаемые объем добычи и тип углеводорода, образованного данной материнской породой. Кроме керогена и битума, в более термически зрелых материнских системах может существовать третий класс органических веществ, а именно пиробитум. Как и кероген, пиробитум также не растворяется в типовых органических растворителях. Однако, в то время как кероген происходит из исходно осажденного органического вещества, пиробитум возникает в результате крекинга битума в процессе катагенеза и метагенеза.
[0006] Современным стандартным способом определения термической зрелости является программируемый пиролиз, например, такие его технологии, как «Rock-EvalTM» или «Source Rock Analysis». В этих системах выполняется нагревание измельченной части пробы до заданной температуры. Пробу выдерживают при начальной температуре в течение некоторого периода времени и выполняют измерения полученных органических соединений-продуктов с использованием пламенно-ионизационного детектора (ПИД). Это именуется пиком S1, который относится к содержанию свободного углеводорода и битума в пробе. Затем температуру плавно увеличивают и снова выдерживают в течение некоторого периода времени, причем снова выполняют измерения полученных органических соединений ПИД-детектором. Полученные органические соединения при указанной температуре связаны с волитизацией керогена и именуются пиком S2. При охлаждении пробы наблюдается высвобождение двуокиси углерода (СО2) и окиси углерода (CO), которое измеряют инфракрасными детекторами. Этот пик, S3, связан с органическим связанным кислородом в пробе. Имеется потенциальная возможность нагревания пробы до еще более высоких температур и наблюдения за образующимися продуктами. Программируемый высокотемпературный пиролиз используют для измерения пиробитума, идентифицированного в истощенном сланце (пик Spy).
[0007] Способы программируемого пиролиза являются весьма громоздкими; они требуют измельчения и гомогенезации проб перед проведением измерений. Таким образом, в процессе измельчения теряется любая пространственная информация, касающаяся распределения органического вещества. Также эти способы деструктивны, так как пробы нельзя будет использовать для дальнейших испытаний после программируемого пиролиза. Измерения при программируемом пиролизе занимают много времени, обычно требуя на выполнение около часа на каждую пробу. Результаты измерений также могут вызывать проблемы, связанные с их искажением из-за карбоната в пробе. Если пробы богаты карбонатами, необходимо будет их предварительно обработать соляной кислотой для предотвращения искажений результатов измерений.
[0008] Термическую зрелость часто оценивают, используя температуру, при которой создается максимальное число продуктов-органических соединений. Такой подход может оказаться ненадежным, поскольку упомянутые пики часто оказываются достаточно размытыми, так что точное местоположение пика может изменяться, и могут возникнуть трудности с воспроизводимостью при последующих измерениях.
[0009] Для оценки указанных геохимических параметров использовалась инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR). Анализ FTIR спектра вместе с многовариантным анализом показал, что можно получить удовлетворительные прогнозные значения для геохимических параметров, таких как S1, S2 и в меньшей степени S3. Прогнозные возможности FTIR на сегодняшний день по водородному и кислородному индексам были низкого качества. FTIR имеет тот же недостаток, заключающийся в потере пространственного разрешения органического вещества, что и при программируемом пиролизе, так как пробы часто измельчают в порошок перед измерением.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] Признаком настоящего изобретения является способ определения геохимии с пространственным разрешением у таких геологических материалов, как пробы горных пород, или других материалов.
[0011] Еще одним признаком настоящего изобретения является система для выполнения таких определений.
[0012] Для достижения этих и других преимуществ и в соответствии с целями настоящего изобретения, воплощенными и подробно описанными ниже, настоящее изобретение относится, отчасти, к способу определения геохимии по меньшей мере одной пробы, содержащему: а) получение спектральных данных об упомянутой по меньшей мере одной пробе, b) получение пространственной информации о по меньшей мере одной пробе, с) получение геохимической информации об упомянутой по меньшей мере одной пробе с использованием спектральных данных и d) определение геохимической информации с пространственным разрешением для упомянутой по меньшей мере одной пробы с использованием упомянутой геохимической информации и упомянутой пространственной информации.
[0013] Также предложена система для осуществления этого способа.
[0014] Настоящее изобретение дополнительно относится к способу определения геохимической информации, относящейся к кинетическому анализу пробы, содержащему: а) нагревание по меньшей мере одной пробы посредством лазеро-индуцированного пиролиза, например LIBS; b) мониторинг скорости реакции, например значения константы k скорости в уравнении Аррениуса, по меньшей мере одной пробы, содержащий по меньшей мере один из: i) мониторинга изменений количеств элементов, связанных с органическим веществом и углеводородами, для той части по меньшей мере одной пробы, которая нагревается посредством лазеро-индуцированного пиролиза, ii) сбора и анализа разновидностей углеводородов, полученных при пиролизе части по меньшей мере одной пробы в результате лазеро-индуцированного пиролиза, пламенно-ионизационным детектором или газовой хроматографией-масс-спектрометрией (ГХ-МС), iii) мониторинга массы по меньшей мере одной пробы во время лазеро-индуцированного пиролиза по меньшей мере одной пробы, iv) мониторинга температуры по меньшей мере одной пробы и определения количества энергии, введенной в часть пробы лазером во время лазеро-индуцированного пиролиза. Предшествующий коэффициент в уравнении Аррениуса может быть введен на основе априорный сведений или получен на основе измерений, выполненных на двух или более разных скоростях нагрева пробы. Разные скорости нагрева можно получить, используя одно или более сочетаний разных мощности лазера, размера лазерного пятна или частоты лазерных выстрелов. Кинетический анализ методом LIBS можно использовать для получения распределения энергии активации в пробе или скоростей реакций при заданном известном подводе энергии (например, подведенной лазером энергии).
[0015] Следует понимать, что как предшествующее общее описание, так и нижеследующее подробное описание носят лишь иллюстративный и разъяснительный характер и предназначены для обеспечения дополнительного разъяснения настоящего изобретения, заявленного в формуле изобретения.
[0016] Сопроводительные фигуры, которые включены в эту заявку и составляют ее часть, иллюстрируют различные признаки настоящего изобретения и вместе с упомянутым описанием служат для объяснения принципов настоящего изобретения. Изображенные на фигурах признаки не обязательно выполнены в масштабе. Элементы с одинаковыми цифровыми обозначениями на разных фигурах представляют подобные компоненты, если не указано иное.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0017] На Фиг. 1 показана блок-схема процесса определения геохимии пробы с пространственным разрешением согласно одному примеру настоящей заявки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0018] Настоящее изобретение относится, отчасти, к способу, который позволяет определить геохимию горных пород или других материалов с пространственным разрешением. Кроме того, данный способ может обеспечить негромоздкий способ характеризации геохимии пробы с пространственным разрешением. Способ можно реализовать на практике в качестве быстрого, неразрушающего способа геохимического анализа применительно к пробе. Измерения могут выполняться на точно тех же пробах или разных пробах с подобным составом, а для оценки геохимической информации может быть использована конструкция, не требующая предварительной подготовки. Результаты способа по этому изобретению можно использовать для различения керогена и битума в пробах. Быстрые оценки термической зрелости можно последовательно провести по длине колонки породы. Карты с пространственным разрешением, полученные способом по настоящему изобретению, можно применить в моделях проб, чтобы помочь различить кероген и битум в этих моделях.
[0019] Материалы, также называемые здесь пробами, к которым может быть применено настоящее изобретение, нет необходимости ограничивать. Этими материалами могут быть геологические материалы, такие как горные породы или их пробы. Виды горных пород, к которым можно применить способ по настоящему изобретению, нет необходимости ограничивать. Пробой горной породы может быть, например, органическая глинистая порода, сланцевая глина, карбонат, песчаник, известняк, доломитит или другие горные породы, либо любые их сочетания, или другие виды. Горные породы могут быть пористыми или непористыми. С настоящим изобретением можно использовать любой источник проб скальных пород подходящих физического размера и формы. Подходящие фрагментарные пробы горных пород для анализа с использованием способов по изобретению могут быть обеспечены в виде микроколонок, измельченных или раздробленных кусков колонки, обломков выбуренной породы, отобранных грунтоносами проб, обнаженной карьерной породы, неповрежденной цельной породы и т.п.
[0020] Настоящее изобретение относится, отчасти, к способу определения геохимии пробы, который включает в себя этапы получения спектральных данных о пробе, получения пространственной информации о пробе, получения геохимической информации о пробе с использованием спектральных данных и определения геохимической информации с пространственным разрешением для этой пробы с использованием указанных геохимической информации и пространственной информации. Спектральные и пространственные измерения могут выполняться на одной и той же пробе или двух или более пробах с аналогичными составом и структурой.
[0021] Обратимся к фиг. 1, где представлена блок-схема способа по настоящему изобретению, который включает в себя этапы A, B, C и D.
[0022] Спектральные измерения могут быть сосредоточены на органическом веществе, неорганическом веществе, или же и на органическом, и на неорганическом веществе, при этом вклады органического вещества и неорганического вещества могут быть выведены посредством ручной идентификации, одномерного или многомерного анализа.
[0023] На этапе А получают спектральные данные. Спектры создают посредством, но не ограничиваясь ими, LIBS, TOF-SIMS, SIMS, FTIR, FTIR-микроскопии, рамановской спектроскопии или гиперспектральной съемки или другого оборудования, способного генерировать спектральные данные. Спектральные данные можно использовать для создания геохимической информации о поверхности пробы.
[0024] На этапе В получают пространственную информацию. Пространственную информацию можно создать посредством, но не ограничиваясь ими, рентгеновского КТ-сканирования, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), сканирующей электронной микроскопии с фокусированным ионным пучком (СЭМ-ФИП), ядерного магнитного резонанса (ЯМР), нейтронного рассеяния, тонких шлифов, фотографии с высоким разрешением или другого оборудования, способного создавать пространственную информацию.
[0025] Пробы могут подвергаться спектральному измерению и получению пространственных изображений в одной и той же установке, либо пробы могут подвергаться спектральному измерению и затем переносятся на вторую установку для получения пространственных изображений, либо пробы могут подвергаться получению пространственных изображений, а затем переносятся во второе оборудование для спектрального измерения, либо пробы могут подвергаться спектральному измерению и получению пространственных изображений и одному или более промежуточным измерениям между этими двумя типами измерений. Спектральные и пространственные измерения могут выполняться на одной и той же пробе или спектральные измерения могут выполняться на одной пробе (пробах), а пространственные измерения могут выполняться на второй пробе (пробах), причем пробы имеют подобные (аналогичные) состав и структуру.
[0026] На этапе С устанавливают корреляцию спектров для обеспечения геохимической информации. Корреляция на этапе С может содержать одну или более из следующих операций:
а) используют одномерный анализ для корреляции спектров с атомным отношением водорода/углерода (H/C), или
b) используют многомерный анализ для корреляции спектров с отношением H/C, или
с) используют одномерный анализ для корреляции спектров с атомным отношением водорода/кислорода (H/O), или
d) используют многомерный анализ для корреляции спектров с отношением H/O, или
e) используют одномерный анализ для корреляции спектров с атомным отношением углерода/кислорода (C/O), или
f) используют многомерный анализ для корреляции спектров с отношением C/O, или
g) используют одномерный анализ для корреляции спектров с водородным индексом, или
h) используют многомерный анализ для корреляции спектров с водородным индексом, или
i) используют одномерный анализ для корреляции спектров с кислородным индексом, или
j) используют многомерный анализ для корреляции спектров с кислородным индексом, или
k) используют одномерный анализ для корреляции спектров с результатами программируемого пиролиза, или
l) используют многомерный анализ для корреляции спектров с результатами программируемого пиролиза, или
m) используют одномерный анализ для корреляции спектров с характеристикой термической зрелости (например, термическая зрелость, кинетический анализ), или
n) используют многомерный анализ для корреляции спектров с характеристикой термической зрелости (например, термическая зрелость, кинетический анализ), или
o) используют одномерный анализ для корреляции спектров с содержанием керогена и битума, или
p) используют многомерный анализ для корреляции спектров с содержанием керогена и битума, или
q) используют одномерный анализ для корреляции спектров с типом керогена, или
r) используют многомерный анализ для корреляции спектров с типом керогена, или
s) используют одномерный анализ для корреляции спектров с содержанием углеводорода, или
t) используют многомерный анализ для корреляции спектров с содержанием углеводорода, или
u) используют одномерный анализ для корреляции спектров с типом углеводорода, или
v) используют многомерный анализ для корреляции спектров с типом углеводорода, или
w) используют многомерный анализ для корреляции спектров с изотопным анализом, или
x) используют одномерный анализ для корреляции спектров с изотопным анализом.
[0027] На этапе C может быть использована любая одна единственная корреляция или любое сочетание из двух или более, или трех или более, или четырех или более и т.д. корреляций, указанных в подпунктах а)-х).
[0028] На этапе D спектральные данные интегрируют в двумерные (2D) или трехмерные (3D) модели, создаваемые по результатам получения пространственных изображений, для создания геохимической информации с пространственным разрешением о данной пробе. Подходящая пространственная геохимическая информация в 2D или 3D моделях может быть определена посредством сегментации изображений, задана вручную, определена путем имитации капиллярного давления или его измерения, либо определена из ранее выполненных спектральных измерений с пространственным разрешением.
[0029] Как было указано, спектральную информацию, которую можно использовать для оценки геохимии проб в способах по настоящему изобретению, можно получить множеством различных способов, включая, но не ограничиваясь ими, FTIR, FTIR-микроскопию, SIMS, TOF-SIMS, LIBS, рамановскую спектроскопию и гиперспектральную съемку. На фиг. 1 показаны многие из этих вариантов получения спектральных данных, которые могут иметь нижеследующие и/или иные признаки.
[0030] В спектроскопии возбуждения лазерным пробоем (LIBS) используется лазер для абляции мельчайшего фрагмента пробы. Стандартом для LIBS является использование твердотельного лазера с переключением добротности, который создает кратковременный импульс, как правило, с длительностью порядка от пико- до наносекунд. Для фокусирования энергии в одном пятне на пробе используется соответствующая оптика. Лазер аблирует небольшое количество пробы в этом пятне, превращая его в высокотемпературную плазму. Возбужденные атомы возвращаются затем в основное состояние, испуская свет характеристических частот. Размер пятна, из которого происходит испарение лазером, может находится в диапазоне размеров от нескольких микрон до сотен микрон, что дает большой диапазон разрешения, и зависит от оптики в системе. Качество сигнала возрастает с увеличением размера пятна, но за счет разрешающей способности. И хотя при этом расходуется небольшое количество пробы, это количество настолько мало, что его можно считать пренебрежимым, и а этот метод можно считать неразрушающим. Длина волны света от плазмы находится в диапазоне от 200 до 980 нм. Результирующие спектры можно анализировать с использованием многомерных данных для корреляции спектров с концентрацией элементов. Ранее LIBS использовалась в качестве способа минералогической идентификации как альтернатива способам минералогического анализа проб методами рентгеновской дифракции (XRD) и рентгеновской флуоресценции (XRF). Она обладает преимуществом перед XRF для минералогической идентификации, поскольку она позволяет измерять все элементы, в то время как XRF не способен обнаруживать легкие элементы. LIBS дает возможность выполнять глубокое профилирование при направлении лазерного пучка на одно и то же пятно и контролируя различные продукты, которые получаются по мере увеличения глубины. LIBS также обладает высоким быстродействием, занимая всего несколько секунд на измерение, что делает ее пригодной для высокопроизводительного промышленного применения. LIBS-измерения можно растрировать для получения двумерной карты поверхностного состава.
[0031] Другой тип геохимической информации можно получить посредством лазеро-индуцированного пиролиза, например, LIBS, которую можно использовать для выполнения быстрого кинетического анализа с целью определения того, как термическая зрелость одной или более проб нарастает в зависимости от подвода энергии. Для приведенных здесь целей скорость реакции может относиться к скорости образования углеводородов из-за термоиндуцированного разложения керогена в пробе, например, скорости образования углеводорода. При оценке скоростей образования углеводородов с использованием кинетического анализа можно оценить количество, типы и скорость, с которыми углеводороды образуются из керогена при заданных конкретных условиях нагрева, в дополнение к определению типа и количества углеводородов, уже созданных из керогена. Кинетический анализ можно использовать для лучшего понимания процесса преобразования органического вещества из керогена в продукты типа термобитума, нефти, газа и пиробитума. Его можно использовать для лучшего понимания того, какие нефтепродукты могут быть созданы материнскими породами и породами-резервуарами, например, в случае сланцев с трудно извлекаемой нефтью и газом и в случае нефтяных сланцев, из которых можно получить нефтепродукты в будущем, и при каких скоростях образования. Можно считать, что зрелость керогена тесно связана со скоростями химических реакций. Во множестве кинетических формул предполагается, что кероген непосредственно преобразуется в углеводороды нефти и газа, а в других формулах предполагается, что кероген преобразуется в углеводороды через промежуточный битум. В кинетических моделях возможно использование уравнения Аррениуса, которое задается выражением (1): k=Ae-Ea/RT. В указанном уравнении Аррениуса k – константа скорости химической реакции, такая как константа скорости реакции потери реагирующих (разлагающихся) составляющих керогена при трансформации керогена в углеводороды, что может быть выражено как изменение молярной массы реагента с течением времени. А – предэкспоненциальный или частотный коэффициент, который описывает число потенциальных элементарных реакций в единицу времени (например, в единицах мин-1). Ea – энергия активации, характеризующая энергетический барьер, который должен быть превышен для протекания реакции (в единицах энергия/моль, например, килоджоуль/моль). R – газовая постоянная (например, 0,008314 кДж/°K-моль), и T – абсолютная температура (°K). Если кинетический анализ осуществляется путем выполнения измерений при программируемом пиролизе, и температура печи известна, то количество полученных органических продуктов контролируется (отслеживается) и может быть использовано для получения распределения значения Eа для пробы. При определении Ea из данных, полученных с использованием пиролизной печи в процессе измерений при программируемом пиролизе, проблема заключается в определении значения A. Как правило, в целях определения значения A при программируемом пиролизе может выполняться несколько измерений с разными скоростями нагрева. При кинетическом анализе, в котором используется стратегия открытой системы пиролиза с многократным нагреванием по линейному закону, кинетический анализ начинается с пиролиза проб материнской породы в печи с использованием двух, трех или более различных скоростей нагрева (например, различных скоростей нагрева в °С/мин). Если исследуемая реакция является реакцией первого порядка и протекает при изотермических условиях, то энергии (Ea) активации и частотные коэффициенты (A) можно получить из графика зависимости натурального логарифма скорости реакции (ln k) от обратной абсолютной температуры (1/Т), где k – скорость реакции (масса/время), а T – температура (T в °K). Энергии активации и частотные коэффициенты также можно найти, используя неизотермические эксперименты, при условии, что температура изменяется с постоянной скоростью. Для приближенного решения уравнения Аррениуса при этих условиях можно использовать метод Киссинджера или другие подходы. Например, работу S. H. Nordeng, ʺEvaluating Source Rock Maturity Using Multi-Sample Kinetic Parameters…,ʺ Geol. Investig. No. 164, North Dak. Geol. Survey, 2013, pp. 1-19, целиком включенную сюда по ссылке. В некоторых случаях A может иметь фиксированное значение или значение, присвоенное исходя из априорных сведений, так что нужна только одна скорость нагрева в эксперименте с однократным пиролизом в открытой системе (пиролиз «с однократным линейным нарастанием температуры», от англ. «“single ramp” pyrolysis»). Настоящее изобретение может включать в себя способ определения кинетических характеристик, таких как скорости реакций или энергии активации для пробы, который не требует нагревания всей пробы в пиролизной печи и может обеспечить надежную информацию о том, какую термическую зрелость имеет и будет иметь проба.
[0032] Вместо нагревания всей пробы в печи для создания данных, необходимых для кинетического моделирования, в настоящем изобретении можно использовать лазер для пиролиза пробы в одном или множестве выбранных мест, таких как дискретные точки на пробе. Данные могут быть получены указанным способом с использованием лазеро-индуцированного пиролиза, который можно использовать при кинетическом анализе пробы. Собранные данные могут быть локально отображены (картографированы) по поверхности пробы и/или для разных значений глубины одной и той же пробы (или другой пробы). Лазер можно использовать в качестве источника тепла, обеспечивающего пиролиз пробы, а k, Ea и/или другие данные о кинетических характеристиках можно определить для нагреваемой лазером части пробы, используя одну или несколько различных стратегий. В этой связи k, Ea и/или другие данные о кинетических характеристиках можно определить из данных, полученных во время нагревания лазером части пробы на основе изменений количеств элементов, связанных с органическим веществом и углеводородами, например, путем мониторинга увеличения или уменьшения элементов, связанных с органическим веществом и углеводородами. По другому аспекту k, Ea и/или другие данные о кинетических характеристиках можно определить из данных, полученных во время нагревания лазером части пробы, путем сбора и анализа полученных разновидностей углеводородов пламенно-ионизационным детектором или газовой хроматографией-масс-спектрометрией (ГХ-МС), или путем мониторинга массы пробы во время лазеро-индуцированного пиролиза. В качестве альтернативы, так как количество введенной в систему лазером энергии известно, отслеживая температуру пробы, можно вычислить константу k для той части пробы, которая нагрета в ходе лазеро-индуцированного пиролиза. В этой связи можно выполнить одно единственное LIBS-измерение, или же можно выполнить множественные измерения, которые могут иметь одинаковые или различные настройки мощности лазера, частоты повторения или размера пятна. LIBS-измерение может содержать один или более выстрелов лазера, с последующим изучением излученных спектров. Значение температуры можно предположить на основе априорной информации или вычислить через интенсивность пиков LIBS в спектрах, либо путем мониторинга пробы посредством такого устройства, как инфракрасная (ИК) камера. Сочетание мониторинга подводимой в систему энергии, температуры пробы и полученных продуктов может обеспечить понимание химической кинетики созревания органического вещества, например, скорости реакции или распределении энергий активации. Если при определении температуры пробы, являющейся результатом обработки лазером, используется ИК камера, то, вдобавок к пониманию кинетического анализа органического вещества, можно отслеживать свойства теплопереноса сланца путем мониторинга температуры пробы после лазерных выстрелов и то, каким образом изменяется температура около лазерного пятна как функция времени.
[0033] При время-пролетной масс-спектроскопии вторичных ионов (TOF-SIMS) ионы используются для выбивания молекул с поверхности пробы. Для этого могут использоваться различные ионы, включая , но не ограничиваясь ими, ионы Ga, Au, Au2, Au3, Bi, Cs и C60. Эти ионы могут быть использованы с энергиями, которые составляют в диапазоне от примерно 0,3 до примерно 30 кэВ, например, от примерно 1 до примерно 25 кэВ или от примерно 1 до примерно 10 кэВ, либо значения в других диапазонах. В отличие от динамической SIMS здесь используются более низкие энергии, так что молекулярная структура абляционного материала остается неизменной. При динамической SIM используется более высокая энергия, так что молекулярная структура разрушается и измеряются только ее элементы. Абляционные компоненты при TOF-SIMS затем ускоряются до постоянной кинетической энергии. Если кинетическая энергия поддерживается постоянной, то тогда время, затраченное на перемещение частиц, будет сильно зависеть от их массы. Измеряя время пролета, то есть время прохождения молекулярных частиц через детектор, можно определить их массу. Затем, исходя из массы компонента, можно идентифицировать эти молекулярные частицы. Измерения выполняют в режиме растра, так что можно создать карту состава поверхности с высоким разрешением. Затем анализируют результаты с использованием методов многомерного анализа, таких как анализ по методу главных компонент и регрессия методом дробных наименьших квадратов, применительно к составу поверхности. TOF-SIMS была использована для определения угла контакта в самых различных отраслях, таких как полупроводниковая, медицинская промышленность. В горнодобывающей промышленности TOF-SIMS используется для определения смачиваемости поверхности геологических проб при оценке того, насколько хорошо будут разделяться различные компоненты во время флотационной сепарации.
[0034] При динамической вторичной масс-спектроскопии используются ионы для выбивания молекул с поверхностей проб. Для этого может быть использовано множество различных ионов, включая, но не ограничиваясь ими: Ar, Xe, O, SF5 и C60. Тогда масс-спектрометр используют для измерения массы полученных частиц. Энергия используемых ионов такова, что молекулярные связи поверхностных материалов разрушаются и измеряются только элементы. Такие измерения выполняют в растровом режиме, так чтобы можно было создать карту состава поверхности с высоким разрешением. Затем результаты анализируются с использованием методов многомерного анализа, таких как анализ по методу главных компонент и регрессия методом дробных наименьших квадратов, применительно к составу поверхности.
[0035] Инфракрасная микроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) сочетает FTIR-измерения с пространственным разрешением для получения спектра FTIR. FTIR работает путем освещения пробы инфракрасным излучением. В зависимости от состава пробы некоторые длины волн излучения будут поглощаться, в то время как другие будут проходить через пробу. Затем выполняется измерение прошедшего излучения с получением спектра, показывающего профиль поглощения как функцию длины волны. Органическое вещество и неорганические минералы имеют характеристические профили поглощения, которые можно использовать для идентификации составляющих пробы. Это можно выполнять качественно или количественно с использованием библиотек минералов, ручной идентификации, одномерного анализа или многомерного анализа. FTIR-микроскоп осуществляет нормальные FTIR-измерения путем комбинирования этого метода с оптическим микроскопом, так чтобы можно было выделить отдельные области пробы и снятые спектры FTIR, что позволяет определить состав пробы с более высоким разрешением. В отличие от стандартных FTIR-измерений, которые обычно выполняются на порошках, FTIR-микроскопия может выполняться на неразрушенных пробах. В стандартной процедуре геологической FTIR-микроскопии используют пробу, отполированную до получения ровной поверхности. FTIR-микроскопия может быть выполнена посредством просвечивающей FTIR-микроскопии, ИК-Фурье-спектроскопии с диффузным отражением (DRIFTS) или FTIR-микроскопии с нарушенным полным внутренним отражением (НПВО).
[0036] В рамановской спектроскопии используется монохроматический свет, обычно от лазера, для возбуждения в пробе вращательных и колебательных мод. В процессе рамановской спектроскопии измеряется комбинационное рассеяние, то есть неупругое рассеяние, которое происходит при взаимодействии света с веществом. При взаимодействии фотонов из лазера с молекулярными колебаниями в пробе они изменяют состояние возбуждения молекулы. По мере того как молекула возвращается в равновесие, это приводит к эмиссии неупруго рассеянного фотона, которая может происходить с более высокой или более низкой частотой, чем частота возбуждения, в зависимости от того, является ли конечное колебательное состояние молекулы более высоким или более низким, чем исходное состояние. Эти сдвиги дают информацию о колебательных и вращательных модах пробы, которая может иметь отношение к составу ее материала. Отношение сигнал-шум при рамановской спектроскопии обычно ниже, чем в других способах, таких как FTIR.
[0037] При гиперспектральной съемке создается спектр для каждого пикселя изображения. Свет от объекта проходит через рассеивающий элемент, такой как призма или дифракционная решетка, а затем попадает в детектор. Между рассеивающим элементом и детектором, как правило, используется соответствующая оптика для повышения качества изображения и разрешающей способности. Гиперспектральная съемка может выполняться в широком диапазоне длин волн света, включая как видимый, так и невидимый свет. Мультиспектральный режим является одним из режимов гиперспектральной съемки, который сосредотачивается на нескольких длинах волн, представляющих особый интерес. Гиперспектральная съемка характеризуется измерениями в узком, четко заданном диапазоне смежных длин волн. В отличие от этого, мультиспектральная съемка имеет широкое разрешение, или измеряемые длины волн не являются смежными друг другу. Ранее гиперспектральная съемка использовалось в широком диапазоне отраслей. В частности, гиперспектральная съемка использовалось в аэрофотосъемке для определения минералогического состава при разведке нефти, газа и минералов.
[0038] На фиг. 1 показаны варианты получения пространственной информации, в том числе рентгеновская компьютерная томография (КТ), ЯМР, СЭМ, СЭМ-ФИП, нейтронное рассеяние, тонкие шлифы и фотография с высоким разрешением. Их можно адаптировать для использования в настоящем изобретении с применением известного оборудования и способов эксплуатации.
[0039] Настоящее изобретение включает в себя следующие аспекты/варианты/признаки в любом порядке и/или в любом сочетании:
1. Настоящее изобретение относится к способу определения геохимии пробы, содержащему:
а) получение спектральных данных о по меньшей мере одной пробе;
b) получение пространственной информации о по меньшей мере одной пробе;
с) получение геохимической информации об упомянутой по меньшей мере одной пробе с использованием спектральных данных;
d) определение геохимической информации с пространственным разрешением для упомянутой по меньшей мере одной пробы с использованием упомянутой геохимической информации и упомянутой пространственной информации, причем проба в подпункте а) и проба в подпункте b) являются одной и той же или являются разными, но обладают одинаковыми или подобными составом и структурой.
2. Способ по любому предшествующему или последующему варианту/признаку/аспекту, причем спектральные данные о пробе создают посредством LIBS, TOF-SIMS, SIMS, FTIR, FTIR-микроскопии, рамановской спектроскопии, гиперспектральной съемки или любых их сочетаний.
3. Способ по любому предшествующему или последующему варианту/признаку/аспекту, причем пространственную информацию о пробе получают посредством рентгеновского КТ-сканирования, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), сканирующей электронной микроскопии с фокусированным ионным пучком (СЭМ-ФИП), ядерного магнитного резонанса (ЯМР), нейтронного рассеяния, тонких шлифов, фотографии с высоким разрешением или любых их сочетаний.
4. Способ по любому предшествующему или последующему варианту/признаку/аспекту, причем проба подвергается спектральному измерению и получению пространственных изображений в одной и той же установке, либо проба подвергается спектральному измерению и затем переносится во вторую установку для получения пространственных изображений, либо проба подвергается получению пространственных изображений, а затем переносится во второе оборудование для спектрального измерения, либо проба подвергается спектральному измерению и получению пространственных изображений и одному или более промежуточным измерениям между этими двумя типами измерений. Спектральные и пространственные измерения могут выполняться на той же самой пробе или двух или более пробах аналогичных состава и структуры.
5. Способ по любому предшествующему или последующему варианту/признаку/аспекту, причем геохимическую информацию получают с определенными значениями отношения H/C, отношения H/O, отношения C/O, водородного индекса HI, кислородного индекса OI, обнаружения изотопов, типизации органического вещества, термической зрелости, различения керогена/битума или любых их сочетаний.
6. Способ по любому предшествующему или последующему варианту/признаку/аспекту, причем геохимическую информацию с пространственным разрешением подают в 2D или 3D модель, которая определяется посредством сегментации изображения, задается вручную, определяется путем имитации капиллярного давления или измерений, либо определяется из ранее выполненных спектральных измерений с пространственным разрешением.
7. Способ по любому предшествующему или последующему варианту/признаку/аспекту, причем проба является геологической пробой.
8. Способ по любому предшествующему или последующему варианту/признаку/аспекту, причем проба является пробой горной породы.
9. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу определения геохимии пробы, содержащему:
а) получение спектральных данных о по меньшей мере одной пробе, причем спектральные данные о пробе создают посредством лазеро-индуцированного пиролиза, такого как LIBS;
b) получение пространственной информации о по меньшей мере одной пробе;
с) получение геохимической информации о по меньшей мере одной пробе с использованием спектральных данных, причем геохимическая информация содержит кинетический анализ для по меньшей мере одной пробы;
d) определение геохимической информации с пространственным разрешением для по меньшей мере одной пробы с использованием упомянутой геохимической информации и упомянутой пространственной информации, причем проба в подпункте а) и проба в подпункте b) являются одной и той же или являются разными, но обладают одинаковыми или подобными составом и структурой.
10. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу осуществления кинетического анализа как геохимической информации о пробе, содержащему:
а) нагревание по меньшей мере одной пробы посредством лазеро-индуцированного пиролиза, такого как LIBS;
b) определение скорости реакции, например значения константы k скорости в уравнении Аррениуса, по меньшей мере одной пробы, включая по меньшей мере одно из:
i) определения изменений количеств элементов, связанных с органическим веществом и углеводородами, для той части по меньшей мере одной пробы, которая нагревается при лазеро-индуцированном пиролизе,
ii) сбора и анализа разновидностей углеводородов, полученных при пиролизе части по меньшей мере одной пробы в результате лазеро-индуцированного пиролиза, пламенно-ионизационным детектором или газовой хроматографией-масс-спектрометрией (ГХ-МС),
iii) мониторинга массы по меньшей мере одной пробы во время лазеро-индуцированного пиролиза по меньшей мере одной пробы,
iv) мониторинга температуры по меньшей мере одной пробы и определения количества энергии, введенной в часть пробы лазером во время лазеро-индуцированного пиролиза, или использования любого сочетания из подпунктов i), ii), iii) и iv), например, ii) и/или iii) в сочетании с любым из подпунктов i) или iv).
11. Способ по любому предшествующему или последующему варианту/признаку/аспекту, причем предшествующий коэффициент в уравнении Аррениуса вводят на основе априорных сведений или получают на основе измерений, выполненных на двух или более разных скоростях нагрева пробы.
12. Способ по любому предшествующему или последующему варианту/признаку/аспекту, причем разные скорости нагрева получают, используя одно или более из разных мощности лазера, размера лазерного пятна или частоты лазерных выстрелов, или любое их сочетание.
13. Способ по любому предшествующему или последующему варианту/признаку/аспекту, причем кинетический анализ с помощью LIBS используют для получения распределения энергии активации в пробе или скоростей реакций при заданном известном подводе энергии.
14. Система для осуществления любого из способов по любому предшествующему пункту.
15. Система для определения геохимии пробы, содержащая: i) устройство сбора спектральных данных для получения спектральных данных о по меньшей мере одной пробе; ii) устройство сбора пространственной информации для получения пространственной информации о по меньшей мере одной пробе, причем устройство сбора спектральных данных и устройство сбора пространственной информации являются одним и тем же устройством или разными устройствами, и при этом проба, используемая в подпункте i), и проба, используемая в подпункте ii), являются одной и той же или являются разными, но обладают одинаковыми или подобными составом и структурой; iii) одну или более компьютерных систем, содержащих по меньшей мере один процессор и/или компьютерные программы, хранящиеся на считываемом компьютером невременном носителе, пригодные для получения геохимической информации об используемой в подпункте i) пробе с использованием спектральных данных и для определения геохимической информации с пространственным разрешением для пробы или проб, используемых в подпунктах i) и ii), с использованием геохимической информации и пространственной информации; и iv) по меньшей мере одно устройство для отображения, печати и/или запоминания в качестве невременного носителя результатов вычислений.
[0040] Настоящее изобретение может включать в себя любую комбинацию этих различных признаков или вариантов, указанных выше и/или ниже и изложенных в предложениях и/или абзацах. Любая комбинация раскрытых здесь признаков считается частью настоящего изобретения, и не предполагается какого-либо ограничения в отношении комбинируемых признаков.
[0041] Заявители специально включили в данное раскрытие все содержание всех приведенных ссылок. Кроме того, когда количество, концентрация или иное значение или иной параметр заданы в виде либо диапазона, либо предпочтительного диапазона, либо списка верхних предпочтительных значений и нижних предпочтительных значений, это следует понимать как намеренное раскрытие всех диапазонов, образующихся из любой пары любого верхнего предела или предпочтительного значения диапазона и любого нижнего предела или предпочтительного значения диапазона, независимо от того, раскрыты ли эти диапазоны в отдельности. При упоминании здесь диапазона численных значений предполагается, если не указано иное, что этот диапазон включает свои конечные точки и все целочисленные и дробные значения в этом диапазоне. Здесь не предполагается, что объем изобретения ограничен конкретными значениями, упомянутыми при определении диапазона.
[0042] Из рассмотрения настоящего описания и практики применения настоящего изобретения, раскрытого здесь, специалистам в данной области техники станут очевидными другие варианты воплощения настоящего изобретения. Предполагается, что настоящее описание изобретения и примеры носят исключительно иллюстративный характер, а действительный объем и суть изобретения указаны нижеследующей формулой изобретения и ее эквивалентами.
Claims (28)
1. Способ определения геохимии пробы, содержащий:
а) получение спектральных данных о по меньшей мере одной пробе;
b) получение пространственной информации о по меньшей мере одной пробе;
с) получение геохимической информации об упомянутой по меньшей мере одной пробе с использованием упомянутых спектральных данных; и
d) определение геохимической информации с пространственным разрешением для упомянутой по меньшей мере одной пробы с использованием упомянутой геохимической информации и упомянутой пространственной информации, причем проба в подпункте а) и проба в подпункте b) являются одной и той же или являются разными, но обладают одинаковыми или подобными составом и структурой.
2. Способ по п. 1, в котором спектральные данные о пробе создают посредством LIBS, TOF-SIMS, SIMS, FTIR, FTIR-микроскопии, рамановской спектроскопии, гиперспектральной съемки или любых их сочетаний.
3. Способ по п. 1, в котором пространственную информацию о пробе получают посредством рентгеновского КТ-сканирования, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), сканирующей электронной микроскопии с фокусированным ионным пучком (СЭМ-ФИП), ядерного магнитного резонанса (ЯМР), нейтронного рассеяния, тонких шлифов, фотографии с высоким разрешением или любых их сочетаний.
4. Способ по п.1, в котором проба подвергается спектральному измерению и получению пространственных изображений в одной и той же установке, либо проба подвергается спектральному измерению и затем переносится во вторую установку для получения пространственных изображений, либо проба подвергается получению пространственных изображений и затем переносится на второе оборудование для спектрального измерения, либо проба подвергается спектральному измерению и получению пространственных изображений и одному или более промежуточным измерениям между этими двумя типами измерений, причем спектральные и пространственные измерения могут выполняться на той же самой пробе или двух или более пробах аналогичных состава и структуры.
5. Способ по п.1, в котором геохимическую информацию получают с определенными значениями отношения H/C, отношения H/O, отношения C/O, водородного индекса HI, кислородного индекса OI, обнаружения изотопов, типизации органического вещества, термической зрелости, различения керогена/битума или любых их сочетаний.
6. Способ по п.1, в котором геохимическую информацию с пространственным разрешением подают в 2D или 3D модель, которая определяется посредством сегментации изображения, задается вручную, определяется путем имитации капиллярного давления или измерений, либо определяется из ранее выполненных спектральных измерений с пространственным разрешением.
7. Способ по п.1, в котором проба является геологической пробой.
8. Способ по п.1, в котором проба является пробой горной породы.
9. Способ определения геохимии пробы, содержащий:
а) получение спектральных данных о по меньшей мере одной пробе, причем спектральные данные о пробе создают посредством лазеро-индуцированного пиролиза;
b) получение пространственной информации о по меньшей мере одной пробе;
с) получение геохимической информации для по меньшей мере одной пробы с использованием спектральных данных, причем геохимическая информация содержит кинетический анализ для по меньшей мере одной пробы;
d) определение геохимической информации с пространственным разрешением для по меньшей мере одной пробы с использованием упомянутой геохимической информации и упомянутой пространственной информации, причем проба в подпункте а) и проба в подпункте b) являются одной и той же или являются разными, но обладают одинаковыми или подобными составом и структурой.
10. Способ осуществления кинетического анализа как геохимической информации о пробе, содержащий:
а) нагревание по меньшей мере одной пробы посредством лазеро-индуцированного пиролиза;
b) определение константы k скорости реакции для уравнения Аррениуса по меньшей мере одной пробы, содержащее по меньшей мере одно из:
i) определения изменений количеств элементов, связанных с органическим веществом и углеводородами, для той части по меньшей мере одной пробы, которая нагревается при лазеро-индуцированном пиролизе,
ii) сбора и анализа разновидностей углеводородов, полученных пиролизом части по меньшей мере одной пробы в результате лазеро-индуцированного пиролиза, пламенно-ионизационным детектором или газовой хроматографией-масс-спектрометрией,
iii) мониторинга массы по меньшей мере одной пробы во время лазеро-индуцированного пиролиза упомянутой по меньшей мере одной пробы,
iv) мониторинга температуры по меньшей мере одной пробы и определения количества энергии, введенной в часть пробы лазером во время лазеро-индуцированного пиролиза.
11. Способ по п. 10, в котором предшествующий коэффициент в уравнении Аррениуса вводят на основе априорных сведений или получают на основе измерений, выполненных на двух или более разных скоростях нагрева пробы.
12. Способ по п.11, в котором разные скорости нагрева получают, используя одно или более из разных мощности лазера, размера лазерного пятна или частоты лазерных выстрелов, или любое их сочетание.
13. Способ по п. 10, в котором кинетический анализ с помощью LIBS используют для получения распределения энергии активации в пробе или скоростей реакций при заданном известном подводе энергии.
14. Система для определения геохимии пробы, содержащая: i) устройство сбора спектральных данных для получения спектральных данных о по меньшей мере одной пробе; ii) устройство сбора пространственной информации для получения пространственной информации о по меньшей мере одной пробе, причем устройство сбора спектральных данных и устройство сбора пространственной информации являются одним и тем же устройством или разными устройствами, и при этом проба, используемая в подпункте i), и проба, используемая в подпункте ii), являются одной и той же или являются разными, но обладают одинаковыми или подобными составом и структурой; iii) одну или более компьютерных систем, содержащих по меньшей мере один процессор и/или компьютерные программы, хранящиеся на считываемом компьютером невременном носителе, пригодные для получения геохимической информации об используемой в подпункте i) пробе с использованием спектральных данных и для определения геохимической информации с пространственным разрешением для пробы или проб, используемых в подпунктах i) и ii), с использованием геохимической информации и пространственной информации; и iv) по меньшей мере одно устройство для отображения, печати и/или запоминания в качестве невременного носителя результатов вычислений.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201461989621P | 2014-05-07 | 2014-05-07 | |
| US61/989,621 | 2014-05-07 | ||
| PCT/US2015/029332 WO2015171669A1 (en) | 2014-05-07 | 2015-05-06 | Method and system for spatially resolved geochemical characterisation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2649222C1 true RU2649222C1 (ru) | 2018-03-30 |
Family
ID=53267604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016143360A RU2649222C1 (ru) | 2014-05-07 | 2015-05-06 | Способ и система для геохимической характеризации с пространственным разрешением |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150323516A1 (ru) |
| EP (1) | EP3140758A1 (ru) |
| AU (1) | AU2015256157B2 (ru) |
| BR (1) | BR112016025347A2 (ru) |
| CA (1) | CA2948326A1 (ru) |
| MX (1) | MX2016013992A (ru) |
| RU (1) | RU2649222C1 (ru) |
| WO (1) | WO2015171669A1 (ru) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3164697A1 (en) | 2014-08-19 | 2017-05-10 | Ingrain, Inc. | Method and system for obtaining geochemistry information from pyrolysis induced by laser induced breakdown spectroscopy |
| US10324039B2 (en) | 2014-11-25 | 2019-06-18 | Halliburton Energy Services, Inc. | Fluid characterization of porous materials LIBS |
| US10113952B2 (en) | 2015-06-01 | 2018-10-30 | Ingrain, Inc. | Combined vibrational spectroscopy and laser induced breakdown spectroscopy for improved mineralogical and geochemical characterization of petroleum source or reservoir rocks |
| US10641758B2 (en) | 2015-09-01 | 2020-05-05 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus, systems, and methods for enhancing hydrocarbon extraction and techniques related thereto |
| US10139347B2 (en) | 2015-09-23 | 2018-11-27 | Halliburton Energy Services, Inc. | Measurement of noble gas adsorption via laser-induced breakdown spectroscopy for wettability determination |
| EP3414566B1 (en) | 2016-02-10 | 2020-12-30 | Saudi Arabian Oil Company | Thermal maturity determination of rock formations using mud gas isotope logging |
| US10534107B2 (en) | 2016-05-13 | 2020-01-14 | Gas Sensing Technology Corp. | Gross mineralogy and petrology using Raman spectroscopy |
| RU2634254C1 (ru) * | 2016-06-14 | 2017-10-24 | Открытое акционерное общество "Томский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа" | Способ определения зрелых углесодержащих нефтематеринских пород и уточнения их катагенеза |
| US10215690B2 (en) * | 2017-01-04 | 2019-02-26 | Schlumberger Technology Corporation | Method for estimating a value of a kerogen property in subsurface formations |
| RU2667174C1 (ru) * | 2017-12-28 | 2018-09-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Способ геохимического мониторинга разработки мелкозалегающих залежей сверхвязкой нефти |
| WO2020251555A1 (en) * | 2019-06-11 | 2020-12-17 | Halliburton Energy Services, Inc. | Mutliple scale analysis of core sample to estimate surface roughness |
| CN112147168B (zh) * | 2019-06-27 | 2023-11-28 | 中国石油化工股份有限公司 | 基于电子束荷电效应的有机质成熟度表征方法及系统 |
| RU2736669C1 (ru) * | 2020-05-25 | 2020-11-19 | Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина | Способ мониторинга и оптимизации разработки нефтяного месторождения |
| CN111855789B (zh) * | 2020-06-12 | 2024-04-09 | 交通运输部公路科学研究所 | 一种鉴别调和沥青的方法 |
| CN113484291B (zh) * | 2021-06-24 | 2022-07-26 | 中国地质大学（武汉） | 一种利用成熟度确定油气充注时间的方法和存储介质 |
| US11940398B2 (en) | 2022-08-19 | 2024-03-26 | Saudi Arabian Oil Company | Method to determine relative thermal maturity from porosities measured by quantitative imaging on uncleaned samples and GRI porosity measured on crushed cleaned samples |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1631484A1 (ru) * | 1988-11-24 | 1991-02-28 | Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт геологических, геофизических и геохимических информационных систем | Способ геохимических поисков залежей нефти и газа |
| RU2090912C1 (ru) * | 1989-08-24 | 1997-09-20 | Амоко Корпорейшн | Способ геохимических поисков скоплений нефти и газа и устройство для анализа состава проб летучих компонентов |
| RU2287844C1 (ru) * | 2005-03-01 | 2006-11-20 | Федеральное государственное унитарное дочернее предприятие Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин (КамНИИКИГС) | Способ прогноза плотности нефти при геохимической разведке |
| RU2303280C1 (ru) * | 2006-03-14 | 2007-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ геохимических поисков залежей нефти и газа |
| WO2013023299A1 (en) * | 2011-08-16 | 2013-02-21 | Gushor Inc. | Reservoir sampling tools and methods |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6414320B1 (en) * | 1999-05-03 | 2002-07-02 | The Regents Of The University Of California | Composition analysis by scanning femtosecond laser ultraprobing (CASFLU). |
| AUPS329702A0 (en) * | 2002-07-01 | 2002-07-18 | Sdp Pty Ltd | Method of soil geochemistry analysis prospecting |
| WO2013071188A1 (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-16 | Exxonmobil Upstream Research Company | Method for determining the location, size, and fluid composition of a subsurface hydrocarbon accumulation |
-
2015
- 2015-05-06 AU AU2015256157A patent/AU2015256157B2/en not_active Ceased
- 2015-05-06 EP EP15724855.0A patent/EP3140758A1/en not_active Withdrawn
- 2015-05-06 MX MX2016013992A patent/MX2016013992A/es unknown
- 2015-05-06 RU RU2016143360A patent/RU2649222C1/ru not_active IP Right Cessation
- 2015-05-06 CA CA2948326A patent/CA2948326A1/en not_active Abandoned
- 2015-05-06 BR BR112016025347A patent/BR112016025347A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2015-05-06 WO PCT/US2015/029332 patent/WO2015171669A1/en active Application Filing
- 2015-05-06 US US14/704,997 patent/US20150323516A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1631484A1 (ru) * | 1988-11-24 | 1991-02-28 | Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт геологических, геофизических и геохимических информационных систем | Способ геохимических поисков залежей нефти и газа |
| RU2090912C1 (ru) * | 1989-08-24 | 1997-09-20 | Амоко Корпорейшн | Способ геохимических поисков скоплений нефти и газа и устройство для анализа состава проб летучих компонентов |
| RU2287844C1 (ru) * | 2005-03-01 | 2006-11-20 | Федеральное государственное унитарное дочернее предприятие Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин (КамНИИКИГС) | Способ прогноза плотности нефти при геохимической разведке |
| RU2303280C1 (ru) * | 2006-03-14 | 2007-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ геохимических поисков залежей нефти и газа |
| WO2013023299A1 (en) * | 2011-08-16 | 2013-02-21 | Gushor Inc. | Reservoir sampling tools and methods |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2015256157B2 (en) | 2018-05-17 |
| EP3140758A1 (en) | 2017-03-15 |
| MX2016013992A (es) | 2017-01-11 |
| WO2015171669A1 (en) | 2015-11-12 |
| CA2948326A1 (en) | 2015-11-12 |
| US20150323516A1 (en) | 2015-11-12 |
| AU2015256157A1 (en) | 2016-11-03 |
| BR112016025347A2 (pt) | 2017-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2649222C1 (ru) | Способ и система для геохимической характеризации с пространственным разрешением | |
| US10113952B2 (en) | Combined vibrational spectroscopy and laser induced breakdown spectroscopy for improved mineralogical and geochemical characterization of petroleum source or reservoir rocks | |
| US10054577B2 (en) | Method and system for obtaining geochemistry information from pyrolysis induced by laser induced breakdown spectroscopy | |
| Harmon et al. | Applications of laser-induced breakdown spectroscopy for geochemical and environmental analysis: A comprehensive review | |
| AU2015256156B2 (en) | Method and system for spatially resolved wettability determination | |
| US5049738A (en) | Laser-enhanced oil correlation system | |
| Burakov et al. | Analysis of lead and sulfur in environmental samples by double pulse laser induced breakdown spectroscopy | |
| Harmon et al. | LIBS analysis of geomaterials: Geochemical fingerprinting for the rapid analysis and discrimination of minerals | |
| Kuhn et al. | Chemical mapping of mine waste drill cores with laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and energy dispersive X-ray fluorescence (EDXRF) for mineral resource exploration | |
| Ma et al. | Multi-elemental mapping of a speleothem using laser-induced breakdown spectroscopy | |
| CN206074453U (zh) | 激光诱导击穿系统 | |
| Foucher et al. | Petrographical and mineralogical applications of Raman mapping | |
| AU2015353738B2 (en) | Fluid characterization of porous materials LIBS | |
| Fortes et al. | Spatial distribution of paleoclimatic proxies in stalagmite slabs using laser-induced breakdown spectroscopy | |
| Thomas et al. | Characterization of hydrogen in basaltic materials with laser‐induced breakdown spectroscopy (LIBS) for application to MSL ChemCam data | |
| Detalle et al. | The assets of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) for the future of heritage science | |
| Xu et al. | Multi-elemental surface mapping and analysis of carbonaceous shale by laser-induced breakdown spectroscopy | |
| Xu et al. | Temporal-resolved characterization of laser-induced plasma for spectrochemical analysis of gas shales | |
| Fabre et al. | Handheld LIBS analysis for in situ quantification of Li and detection of the trace elements (Be, Rb and Cs) | |
| Cote et al. | A combined Raman, LIF, and micro-LIBS system with time-resolved fluorescence capabilities for planetary exploration applications | |
| Galbács et al. | A study of stalagmite samples from Baradla Cave (Hungary) by laser induced plasma spectrometry with automatic signal correction | |
| Mehmani et al. | Quantification of kerogen content in organic-rich shales from optical photographs | |
| CN114199856B (zh) | 一种激光诱导击穿光谱元素含量比值快速定标方法 | |
| Emry et al. | Evaluating the effects of autofluorescence during raman hyperspectral imaging | |
| Ayyalasomayajula et al. | Analysis of calibration materials to improve dual-energy CT scanning for petrophysical applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200507 |