定量荧光技术

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。