定量荧光录井技术

定量荧光录井技术

1.荧光录井技术的产生与发展

由于石油具有荧光的特性，国外地质学家于20世纪30年代将荧光检测技术应用于钻井现场，对钻井中返出岩屑进行紫外光照，以了解地层岩屑是否含油，从而判断地层的生油及储藏特性。

50年代，该项荧光检测技术从苏联引入国内，并成功地应用到国内钻井现场。经过方法上的一些改进成为今天仍在大多数钻井现场应用的常规荧光录井技术，它在勘探开发钻井现场录井中能及时地提示人们有效处理重点层段和确定油气显示。

常规荧光检测技术作为地质录井技术的一种方法，是在现场将岩屑样品放在暗箱中的紫外灯照射下，通过肉眼观察记录岩屑的荧光现象（颜色和级别），以氯仿或四氯化碳作为萃取剂，制定15个系列的标准样品进行系列对比。其浓度与级别对应关系式如下：B=15-（4-lgC）/0.301

式中：B——荧光显示级别

C——原油浓度 mg/l

然而，常规荧光有着显著的局限性，主要表现在：

①常规荧光灯是用波长365nm的紫外光照射石油，不能充分激发轻质油的荧光。

②用肉眼观察只能看到波长>410nm的可见光，而轻质油、煤成油、凝析油发出的荧光波长为小于400nm的不可见光，因此常规荧光检测方法观察不到，容易漏掉轻质油、煤成油和凝析油显示层。

③常规荧光录井用氯仿或四氯化碳浸泡进行系列对比，而氯仿对人体健康有害，四氯化碳则对荧光有猝灭作用，会降低仪器检测的灵敏度，均不是理想的荧光试剂。

④常规荧光录井不能消除泥浆中荧光类有机添加剂的荧光干扰，在特殊施工井中影响地质资料的准确录取。

⑤常规荧光用肉眼观察和描述，人为影响因素太大。

80年代，美国TEXACO公司与德克萨斯州A&M大学成功研制了新一代荧光录井仪——QFT数字滤波荧光仪，这是荧光录井技术上的一个跨越式发展，它的诞生为定量荧光录井技术的产生和发展奠定了基础。QFT数字滤波荧光仪是单发单收的定量荧光仪，它是

通过紫外光源发出连续的紫外光，经初级滤波成为254nm单色光对样品进行激发，经激发的样品发射荧光光波，由次级滤波器滤波为320nm的光信号经检测转换为电信号，放大、处理后输出一个荧光强度的数字量。该项技术的应用较好的解决了常规荧光录井肉眼观察无法识别的、荧光受人为因素影响等难题，实现了荧光录井由定性解释向定量解释的转变，更有利于荧光波长在400nm以下的轻质油、凝析油的发现和识别，较有效地消除钻井液添加剂及混油对岩屑录井及储层识别的干扰。QFT数字滤波荧光仪的产生和成功的应用，让国内外荧光录井技术的研究人员得到启发，90年代中期，国内开始了荧光录井技术研究，并开发了相应的解释软件，根据不同原油发射波长不同的特点，在原QFT荧光仪的工作原理上加以改进，采用分光技术，将发射波长从原来固定的320nm光波改为260-800nm进行波长扫描，并给出每次扫描的二维荧光图谱（横坐标为发射波长，纵坐标为荧光强度）。结合开发软件可自动给出样品的含油浓度、自动本底扣除、消除矿物荧光的影响。根据同样的原理，对激发波长也采用分光技术，当用不同波长的激发光对样品进行照射时就测得了不同的二维光谱，多个二维光谱叠加就生成了三维光谱，经处理可得到样品的荧光指纹图，从而产生了三维荧光仪。

此外，显微荧光技术已在一些油田分析化验领域开始尝试性的应用，但结论和总结性的文章较少见。

值得一提的是，随着二维定量荧光仪的普及，与之配套的荧光录井软件开发已有了不凡的发展。

2.定量荧光分析的基础理论

荧光强度定量分析的技术应用于地质实验分析领域，主要是利用原油的荧光性，即石油中的不饱和烃和衍生物在紫外光的照射下（激发），吸收光能后发生能量跃迁处于不稳定的激发态，处于激发态的分子会放出光子重新回到分子基态（发射），这就是荧光的产生过程。

当被测物质浓度不大时，荧光强度与浓度成线性关系，其表达式为：

F=2.3 Ф·I0·ε·C·L

对于特定体系在确定实验条件下，激发光强度I0与光程长L的积为一常数K= I0·L 因此：F=2.3 K·Ф·ε·C

式中：ε——被测物质的摩尔吸光系数

C——被测物质的摩尔浓度

Ф——被测物质的荧光效率

不同原油所含分子成份结构不同，所吸收光的波长和发射的荧光波长也不同，由此可定性判别原油性质。同一类型的原油，用同一波长的激发光照射，可发射相同波长的荧光。若浓度不同，则浓度增加，所发射的荧光强度也增强。运用这一基本理论，在石油钻探过程中，根据定量检测岩样中所含石油的荧光强度，再利用邻井相同层位的油所作的标准工作曲线计算出相当的石油含量，根据石油含量的多少和油质情况来判断地层含油情况。在现代地质分析技术中，荧光检测属于分子光谱分析范畴，由于荧光检测技术有很好的理论基础，因此，这项技术才得以发展和延续。在光学、数学和计算机应用技术迅速发展的今天，荧光光谱分析技术在理论和方法上都取得了很大发展，其应用范围也遍及医药卫生、环境监测保护、公安情报和工业、农业各大领域，成为一种有效的光谱化学分析手段。

3.石油荧光定量分析仪（OFA系列）

3.1工作原理

仪器自带的光源辐射出的紫外光束，经过滤波片，使激发光的波长固定在某一值（254nm）后，照射到样品池上，样品池的荧光物质吸收激发光的波长后发生能量跃迁而发射荧光，荧光由大孔径非球面镜的聚光及光栅的分光后，照射于光电倍增管上，光电倍增管把光信号转换成电信号，电信号经放大后送至计算机进行处理，然后以数字显示或图谱打印的方式输出。

3.2. 技术特点

①定量荧光仪仪器灵敏度高、重复性好、线性响应好，消除荧光添加剂的能力强。

②用正已烷代替氯仿、四氯化碳等有机溶剂，可以避免对原油及岩石烃类抽提物的荧光猝灭作用。使荧光录井的灵敏度提高10-35倍，从而使煤成油、凝析油及部分轻质油的荧光显示更充分，避免漏失轻质油层。

③不同性质原油及不同产油层具有不同的反应效果。

④微机自动化处理，具自动绘制二维坐标的荧光光谱图，实现样品含油浓度的自动输出，自动扣除背景值等功能。

4.定量荧光技术的应用

目前，在国内已有上百台荧光仪分别在全国各大油田投入勘探开发应用，仪器有TEXACO生产的QFT数字滤波荧光仪、中石油勘探研究院生产的OFA-Ⅰ、OFA-Ⅱ型、OFA-3DI 定量荧光，随着该项技术的普及，一些油田及生产厂家也在自发研制该类仪器，如中原的FAD荧光检测分析仪、石油大学与塔里木研制的PDQFL-2001型定量荧光仪，以及上海神开生产的SK-2DQF定量荧光仪等，几乎所有定量荧光仪的工作原理及方法都大同小异。

4.1进行原油性质的判别

原油族组分由烷烃、环烷烃、芳香烃和非烃四部分组成，利用原油族组分中以芳香烃为主的组分在紫外光下能发射荧光的特点，根据荧光主峰波长的差异和油性指数R可判断原油性质。

①荧光谱图特征值的确定

荧光谱图是岩样中所含石油具荧光性成分的综合反映，谱图形状取决于石油中所含的不同原油成分，谱图峰值高低与石油中不同原油成分含量的多少有关。根据大量的分析结果，油性指数可选择波长350-370nm处的荧光强度与波长310-330nm处荧光强度比值，一般选用R=I360/I320。

②特征谱图的建立

收集一个地区的油样，作凝析油到重质油的特征图谱并保存，根据图谱的峰值情况计算油性指数，利用荧光主峰波长和油性指数建立原油性质判别标准。

4.2发现轻质油显示层

在岩石样品从井底返至井口的过程中，其所含的液态烃会不断逸散，油质越轻，液态烃的损失越大，常规荧光很难判断出岩屑中的轻质油显示。而定量荧光依靠其极高的灵敏度（最小检测浓度为1mg/l），使岩屑中微量的含油均能正常检测，其发射波长扫描范围由260-800nm，从而有效地揭示肉眼无法观察到的轻质油且能给出其准确的含油量。

4.3判断储层性质，对油气水层进行划分

定量荧光检测测量的是样品中的荧光强度，通过荧光录井软件处理，可有效消除钻井液污染，再应用所作的标准工作曲线获得样品的含油浓度，建立区域荧光录井剖面图，结合储

层岩性、气测资料、地化分析、测井孔隙度等可在现场对油气水层进行初步划分，为试油层段提供依据。

4.4.进行油源对比分析（三维荧光分析更具优势）

根据大量的荧光图谱资料表明，相同沉积环境、相同油源的原油具有相同的荧光特征，反之，差异很大。油源对比分析方法主要依据：

①荧光谱图的谱形：荧光谱图的谱形代表所含芳烃物质化学成分的分布；

②荧光谱图的主峰位置：主峰出现的波长代表该种原油中所含油量产生荧光的主要化学成分，如轻质组分以二个苯环及其衍生物为主，中质组分以二至三个苯环及其衍生物为主，而重质组分则以三个苯环以上组分及衍生物为主。

③油性指数R：油性指数越大，油质越重，不同的油源，其油性指数不同，且差别较大。

5. 定量荧光录井的局限性及对策分析

定量荧光的影响因素较多，而这些因素对定量荧光的应用与发展起到制约作用，如何克服和避免这些因素的影响是录井工作者和制造厂商共同需要解决的问题。

5.1挑选和处理样品

定量荧光的分析样品是取岩石样品进行研磨、浸泡、上机分析，样品挑取的质量对分析结果的影响最大，加上处理过程的影响，会导致储层油气发现与录井资料的错误评价。因此，这一过程对所有分析仪器来说非常关键，必须引起足够的重视，将误差控制到最低限度。具体做法是：

①选样时必须挑选具代表性的新鲜岩屑；

②岩样制备过程中，除去水份不能放在阳光下暴晒，更不能烘烤，否则会导致原油轻烃组份的损失而使分析结果偏低。

③缩短样品放置时间，及时、快速地分析样品。

④若井内进行取芯，尽量采用岩芯分析资料，因为由于受钻井液浸泡、冲刷程度的不同，暴露于大气中的岩样表面积的不同，导致分析结果会有较大差异，相对来说岩芯的荧光分析结果更接近于地层含油气特征。

⑤对重点层段，加密取样密度，以增加样品的分析密度来保证分析结果的正确性。

5.2溶剂的选用

根据各种资料研究表明，同一种荧光体在不同的溶剂中，其荧光光谱的位置和强度都可能会有显著的差别，选择荧光试剂时，要考虑其萃取性和环保性。目前普遍使用的是正已烷，

但正已烷与早期使用的氯仿、四氯化碳均被列入国家518种化学危险品中，并被国家劳动保障部列为有毒工业溶剂，正已烷是易燃液体，空气中允许极限浓度是1800mg/m3，空气中最低燃点温度是260℃，其有害杂质是苯和不饱和烃，因此，使用该溶剂时应慎重，应注意其纯度。

5.3解释标准的准确性

要在一个地区更好地推广应用好定量荧光仪，必须取得大量的图谱资料，在此基础上归纳、总结得出趋于实际的解释标准，这样才有利于准确的原油性质判别和油气层的划分，但这项工作量是相当大的，且需在取得大量的荧光图谱资料。

6.结语

定量荧光录井技术，已为越来越多的油田用户和勘探方接受，其替代常规荧光录井也事在必然。随着现代光学、化学等学科的发展，在制造工艺、选材方面会有所突破，如氙灯寿命问题、溶剂选择问题会有一个合理的解决方案。但任何一种录井手段都不是万能的，但它必须能解决某一方面的问题。总的来说，荧光检测技术的应用立足于：轻质油的发现、原油性质的判别和有效消除钻井液背景值，与其他录井和测井等技术相互补充、完善，提高地质录井在快速钻井的复杂录井条件下发现油气层的机率，增强对地层油气的分辨能力和手段，使地层的评价更接近客观实际。

另外，三维荧光谱图较全面地揭示了地层中的芳香组分的组成特征，设备更为可靠、性能更加优越，符合技术发展的方向和要求，为定量荧光录井提供了新的方法和思路，对它的深入研究，可为油气的演化、运移以及油源评价等诸多工作提供重要信息，在油气地球化学研究中具有重要的意义。因此，三维荧光的研究应用将逐步转入生产应用。