光谱油气录井技术现状及发展方向探讨

光谱气测录井技术现状及发展方向探讨 摘 要 随着油气勘探形势发展以及石油工程提速提效，给传统的气测录井技术带来一系列技术挑战，国内录井技术人员经过技术探索，研究出光谱气测录井技术。

文中对光谱气测录井技术基本原理和技术特点进行了简单说明，介绍了光谱气测录井技术发展现状，分析了对光谱录井技术存在的问题，并对光谱气测录井技术发展方向进行了探讨。

关键词 气测录井、光谱录井 发展现状 发展方向
前 言
气测录井是油气勘探过程中发现和判断石油天然气资源的有效手段，该技术通过对钻遇地层流体中烷烃类组分气体、非烃类组分气体含量的检测和分析，为现场地质技术人员发现判断油气资源提供依据。

随着油气资源勘探开发难度的提高，以及石油工程提速提效，传统的气测录井技术难以满足施工现场快速、准确发现油气资源的要求。

为了有效解决该问题，近年来，国内录井行业技术人员借鉴光谱分析方法在气体检测方面的成果，纷纷开展了光谱气体录井技术研究。

一.光谱气测录井技术发展现状
光谱气测录井是近年来国内录井行业技术人员针对传统气测录井技术面临的多种困境，借鉴光谱气体检测技术而发展起来的气测录井新方法，有效补充了传统气测录井技术的缺陷，可以很好地适应油气勘探开发形势发展对气测录井提出的新要求。

1、光谱气测录井技术基本原理
常见气体对于特殊波长的光源具有吸收作用，吸收强度与气体的浓度具有关系，满足郎伯-比尔定律。

朗伯(Lambert)定律阐述为：光被透明介质吸收的比例与入射光的强度无关；在光程上每等厚层介质吸收相同比例值的光。

比尔(Beer)定律阐述为：光被吸收的量正比于光程中产生光吸收的分子数目。

根据比尔--朗伯特定律：
（1） 其中I(λ)为光源发出的光强，Io(λ)为经过气体吸收后的光强，σ为气体分子吸收系数，C 为气体浓度，L 为气室长度。

从(1)可知，如果L 与σ已知，那么通过检测I 和Io 就可得到气体浓度C ，利用上ln Io I c L
σ⎡⎤⎢⎥⎣⎦=
述原理开发出光谱气测录井设备，进行光谱气测录井，通过对光谱录井数据进行分析，及时判断和发现油气异常显示，实现光谱气测录井。

2、光谱气测录井技术特点
光谱气测录井技术由于利用了光谱气体检测原理，与传统的气相色谱录井技术对比，具有显著地技术特点：
2.1 录井设备不需要辅助设备
由于光谱气测录井设备利用光谱气体检测技术为核心，与常规色谱气测录井仪对比，节省了空气压缩机、氢气发生器等辅助性设备。

2.2 录井成果快速准确
光谱气测录井技术基本实现样品气体含量信息的连续检测，与传统的气测录井技术对比，油气异常显示发现及时准确，对于薄层、裂缝型油气资源的勘探开发具有独特优势。

3、光谱录井技术现状
自2004年以来，国内外的光谱气测录井技术快速发展，录井技术人员利用不同的光谱气体光谱检测方法，开发出多种光谱气测录井技术。

3.1 红外全烃录井技术
该技术是最先成功研究并用于录井施工现场的光谱气测录井技术之一，其基本原理是利用电调制非分光红外吸收光谱法实现样品气中轻烃、重烃组分含量连续检测，经过对两种光谱录井数据处理，得到实时全烃录井数据（图1）。

图1 W129-44井录井成果图
由于样品气中烷烃组分气体吸收光谱存在相互干扰、叠加等因素，红外全烃录井难
以做到准确定量检测全烃含量，因此，该技术主要应用于生产井的录井施工。

3.2 拉曼光谱录井技术
根据专利“一种录井用拉曼光谱气体检测系统”，拉曼光谱录井技术是借助于不同气体特征拉曼光谱存在差异性的特点所开发出的光谱气测录井技术，该技术实现烷烃组分气体、二氧化碳、氢气等气体快速、简单、无损伤的定性与定量分析。

与传统气测录井技术对比，拉曼光谱录井技术具有明显优势（图2）。

图2 XS21-4H井拉曼光谱录井与色谱录井对比图
3.3红外光谱录井技术
专利文献“用光谱分析仪快速定量分析石油勘探钻井过程中气体含量方法”记载一种用光谱分析仪快速定量分析石油勘探钻井过程中气体含量方法。

该发明是将待测气体经过处理后进入气体流通池，经红外光照射和检测器检测，在光谱分析工作站内计算得到样品的红外光谱及各组分的含量。

该技术核心是利用傅里叶变换红外光谱分析技术，实现光谱气测录井。

该技术经过现场应用，与传统的快速色谱录井技术对比优势突出（图3），显示出良好的发展应用前景。

图3 红外光谱录井与色谱录井对比图
3.4 光谱油气连续检测技术
甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷等烷烃组分气体对波长为
1.6～1.8μm 的红外光源具有吸收作用，气体的吸收强度与烷烃组分气体的浓度之间满足朗伯-比尔定律（图4）。

每种烷烃组分气体具有不同的吸收截面，利用差分吸收光谱方法，开发编写专用烷烃组分气体信息采集、分析、处理、分离软件，实时得到烷烃组分气体含量信息。

该技术在现场应用，光谱录井数据与安捷伦6890快速色谱录井数据进行对比，录井成果一致的同时，光谱录井数据变化更加灵敏（图5）。

图5光谱油气连续检测技术与快速色谱录井技术对比图
二.光谱气测录井技术存在技术问题
通过对光谱气测录井现状进行分析，光谱气测录井技术还存在一些技术难题，需要
尽快克服，在油气勘探开发过程中发挥更大的作用。

1、录井气体种类不全面
目前，光谱气测录井技术主要是着重于烷烃组分气体的检测，对于非烃气体尤其是钻遇地层流体中的硫化氢、一氧化碳等气体基本未开展研究。

图4 红外光谱录井与色谱录井对比图
1:500
绘图单位：中原石油勘探局地质录井处
W334-XX井随钻录井图
层 位 钻时（min） 0 40 井 深 m
岩性 剖面 色谱C1 0.1 100 光谱C1 0.1 100 色谱C2 0.01 10 光谱C2 0.01
10 色谱C3 0.01 10 光谱C3 0.01 10 色谱iC4 0.1 20 光谱iC4 0.01 5 色谱nC4 0.1 20 光谱nC4 0.01 5 色谱iC5 0.1 20 光谱iC5 0.01 5 色谱nC5 0.1 20 光谱nC5 0.01 5 374037603780
3820
2、光谱气测录井设备成本偏高
光谱气测录井设备中关键硬件技术参数要求较高，光谱仪主要依赖于国外产品，导致光谱气测录井设备生产成本居高不下，制约了光谱气测录井技术的推广应用。

3、光谱气测录井解释方法不成熟
经过调查了解，光谱气测录井的成果解释基本是利用传统的气相色谱录井解释方法，烷烃组分气体连续录井数据信息与钻遇地层流体性质之间的关系还不明确，使得光谱气测录井具有连续录井的技术优势不能有效发挥。

三.光谱气测录井技术发展方向
为了尽快完善光谱气测录井技术，更好地解决气测录井技术目前面临的瓶颈问题，需要在以下几个方向继续开展研究工作：
1、扩充气体检测种类
开展硫化氢、一氧化碳、二氧化碳等非烃气体的光谱连续检测技术研究，扩充光谱气体检测种类，完善光谱气测录井数据，尽快提高光谱气测录井检测钻遇地层流体信息的全面性。

2、开展光谱气测录井解释方法研究
重点研究钻遇地层流体中不同组分气体与地层流体性质之间关系特征，建立解释模型，形成光谱气测录井解释方法。

3、提高光谱气测录井设备性能
开展光谱气测录井设备优化设计，提高性能指标，降低制造成本；提高集成程度，增加防爆功能，满足脱气器一体化安装要求，减少管路延时，进一步提高光谱气测录井及时性。

4、编制技术规范
作为一种新的气测录井技术，光谱气测录井技术具有自身特点，该技术不能用传统的气测录井技术标准进行规范，需要结合光谱气体检测特点，借鉴光谱气体检测在其它领域成熟应用经验，编制光谱气测录井技术规范，引导光谱气测录井技术快速发展。

5、探索光谱随钻气测录井技术研究
随钻测量技术、地质导向技术快速发展为光谱随钻气测录井技术发展指出了发展方向，同时也提供了相关基础技术，今后一定时期内，广大录井技术人员要探索光谱气测录井设备微型化，满足随钻测量要求，建立光谱随钻气测录井技术。

四.结束语
光谱气测录井技术作为一种气测录井新方法，为解决录井技术在油气勘探开发中面临的问题提供了有效途径，在今后的技术完善与推广应用方面，广大录井技术人员仍将会面临到一个又一个技术难题。

该技术发展方向处于世界录井行业前沿位置，缺少相关参考资料，为保持良好的发展态势，还需要各级领导部门加大支持力度，促进录井行业技术水平快速提高。