（地质学专业论文）饱和烃、轻烃气相色谱数据处理及应用.pdf

1 8 3 3 0 2 6 论文作者签名：差盔是 指导教师签名：望臣拯x 论文评阅人1 ： 评阅人2 ： 评阅人3 ： 评阅人4 ： 评阅人5 ： 答辩委员会主席： 塞! i 性全高级工猩匝 委员1 ： 沈晓垡教援 委员2 ： 竺国强教授 委员3 - 肖安盛教授 委员4 ： 鱼b 压霾数授 委员5 - 衄光玉副教援 l i l ll li lli i i l l l i i i ii ii y 18 0 7 3 0 7 a u t h o r ss i g n a t u r e ： s u p e r v i s o r ss i g n a t u e x t e m a lr e v i e w e r s ： e x a m i n i n gc o m m i t t e ec h a i r p e r s o n ： l i 丛丕i 垒g q 坠i 皿s 曼n i q 星n g i 卫曼曼! e x a m i n i n gc o m m i t t e em e m b e r s ： s h e nx i a o h u ap r o f e s s o r z h 坠g 丛q g i 垦堕g! q f 垒墨曼q x i 垦q 鱼堕坌h 曼里g 旦! 塑f 垒墨曼q z q 旦! 自旦堕q l 垒墨墨q ! 奠金g 坠鱼坠g y 坠 p ! q f 垒墨墨q ! d a t eo fo r a ld e f e n c e ： 12 q 鱼2 q ! q 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除 了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得逝姿盘鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名麝终 签字日期：扣f 。 年石月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘鲎有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文 的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权迸姿盘堂可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 学位论文作者签名：名辱丞 导师签名： 签字日期：扣p 年月f7 日 签字日期：1 o 啤易月，夕日 致谢 时光荏苒，两年多的研究生学 - 7 生活行将结束。两年多来，在导师肖安成教授的悉心指 导下，完成了我的饱和烃、轻烃气相色谱数据处理及应用硕士学位论文。两年多来，导 师的严谨治学态度，对科学研究的认真精神都给我留下了深刻的影响。这两年多来所学的科 学知识和多方面的能力将激励我、帮助我更好地为石油事业多做贡献! 在我的硕士学位论文 完成之际，谨向导师致以由衷的感激和深深的谢意! 在我研究生学 - j 期间，浙江大学的领导和老师，无论是在知识的传播、科研精神的培养、 还是在学 - j 和生活方面的关照，都给予了极大的关怀和支持，在此表示衷心感谢! 在我研究生学习期间，我所在单位大庆油田地质录井分公司领导一直给予大力支持，提 供条件，热情鼓励，细致关怀，在此表示衷心感谢! 大庆油田地质录井分公司中心实验室帮助完成了地球化学分析和数据提取等项工作；大 庆油田第一十一采油厂提供了多口密闭取心分析资料及其它相关资料；大庆油田地质录井 分公司解释室和资料室在借阅资料等方面提供了诸多方便，在此一并表示感谢! 本文在录井新技术的基础研究中，较多地引用了郎东升、岳兴举、耿长喜、李玉桓先生 等的专著及文章中的成果和观点，实验分析方法受到了开发解释室主任赵淑英和公司评价中 心技术负责人左铁秋的的帮助，处理技术的应用研究得到了公司资料解释评价中心主任耿长 喜、副主任刘丽萍的直接指导，谨此谢意! 在硕士论文课题研究和撰写的过程中，我的大庆油田地质录井分公司同事马德华、杨静 波、王宝玉、陈世明、宿大海等，以及开发室解释室、海拉尔解释室和探井解释室等单位给 予了大力支持、协作和帮助，在此表示衷心的感谢! 感谢我的研究生同学，在一起的两年多的时间里，我们能生活上共勉、学 - j 上进行互助、 我感谢他们给予了我多方面的无私帮助! 感谢我的妻子和女儿在我研究生学 - 7 期间的无私支持和精神上的极大鼓舞! 衷心感谢两年多来关心、支持和帮助过我的相识相知或不熟知的所有老师、同学、同事， 以及我的亲朋好友! 浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 录井技术一般分为数据采集一处理一解释三部分。长期以来，录井数据处理技术没有得 到业内人士的足够重视，其技术发展是相对滞后的，技术手段比较单一、自动化程度低，是 录井技术中最薄弱的一个环节。 本文对录井新技术饱和烃和轻烃气相色谱数据的处理为研究对象进行了大量工作。用软 件对饱和烃气相色谱原始图像进行读取还原，再对图像进行拟合，从拟合图像中提取优选参 数，结合试油资料建立了定量油水评价图版。对轻烃资料的处理是基于原始数据的基础上， 利用时间锁定( r t l ) 技术实现了组分自动定性，解决了轻烃工作量大，推广难度大的问题， 随后又从1 0 3 个分析参数中利用试验对比优选出储层油水评价参数，在试油和密闭取心资料 基础上分区块、分层位建立了轻烃气相色谱定量油水评价图版。饱和烃和轻烃气相色谱的处 理技术最终形成一套体系，使得以前应用饱和烃和轻烃资料从单一的定性解释过渡到受人为 因素影响较小的定量解释。这也为录井其它技术提供了可借鉴方法。该体系的研究完成对录 井处理技术是一次大的提高。处理技术的完成，也为油田生产提供了更有效的解释方法，为 油田可持续发展提供了保障，其今后的发展和应用前景非常广阔。 关键词：饱和烃轻烃气相色谱数据处理 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w e l ll o g g i n gt e c h n i q u eo r i d i n a r i l yc o n s i s t so ft h r e ep a r t ：c o l l e c t i n g 、t r e a t i n g a n di n t e r p r e t a t i o n w e l ll o g g i n gt r e a t i n gt e c h n i q u ew a sp a i dn os u f f i c i e n ta t t e n t i o n b yi n s i d ec i r c l ep e o p l e i td e v e l o p ss l o w e rt h a no t h e rt e c h n i q u e s ，i t sm e a s u r e sa r e s i n g l e r ，i t sa u t o m a t i o ni sl o w e rt o o i ti st h ew e a k e s to n eo ft h ew e l ll o g g i n g t e c h n i q u e s m u c hw o r kw a sd o n ei nt h et r e a t i n go fs a t i s f i e dh y d r o c a r b o na n dl i g h th y d r o c a r b o n a n a l y t i c a ld a t aw h i c ha r ew e l ll o g g i n gn e wt e c h n i q u e s s a t i s f i e dh y d r o c a r b o ng a s c h r o m a t o g r a p h i e sa r er e a d e da n dr e s t o r e d ，t h e nt h o s eg r a p h i e sa r em a t c h e d f r o mt h e m a t c h e dg r a p h i e s ，t h eu s e f u lp a r a m e t e r sa r ea b s t r a c t e d i nt h ee n d ，t h eq u a n t i t a t i v e p r o f i ti n t e r p r e t a t i o nc h a r t sa r ec r e a t e do nt h eb a s eo fw e l lt e s t i n gd a t a t h e t r e a t i n go f 1i g h th y d r o c a r b o na n a l y t i c a ld a t ai sb a s e do ni n i t i a ld a t a ，a n dt h e a u t o m a t i cq u a l i t yo fc o m p o n e n ti sp u t t e dt h r o u g hb yt i m el o c k i n g ( r t l ) t e c h n o l o g y i ts o l v e st h ep r o b l e mo fh e a v yw o r k l o a di nl i g h th y d r o c a r b o na r t i f i c a lt r e a t i n ga n d d i f f i c u l t yi np o p u l a r i z a t i o n t h e n ，t h eb e t t e rr e s e r v o i rp r o f i ti n t e r p r e t a t i o n p a r a m e t e r sa r eo p t i m i z e do u ta m o n g1 0 3p a r a m e t e r sv i ae x p e r i m e n t a t i o n o nt h eb a s e o fw e l lt e s t i n gd a t a ，w ee s t a b l i s ht h eq u a n t i t a t i v ep r o f i ti n t e r p r e t a t i o nc h a r t s w h i c ha r ec r e a t e da c c o r d i n gt ob l o c k sa n ds t r a t i g r a p h i cp o s i t i o n s a t i s f i e d h y d r o c a r b o na n dl i g h th y d r o c a r b o na n a l y t i c a ld a t at r e a t i n gt e c h n i q u ef i n a l l yb u i l d u p as u i to fs y s t e mw h i c hi sag r e a tp r o g r e s si nw e l lt r e a t i n gt e c h n i q u e i tg e t st h e u s i n gp a t t e no fs a t i s f i e dh y d r o c a r b o na n dl i g h th y d r o c a r b o na n a l y t i c a ld a t af r o m s i n g u l a rq u a l i t a t i v ei n t e r p r e t a t i o nt oq u a n t i t a t i v ei n t e r p r e t a t i o nw h i c hi s l e s s e f f e c t e db yp e r s o n a lf a c t o r s i tp r o v i d e so t h e rt e c h n i q u e sw i t hr e f e r e n c e de x p e r i e n c e t o o t h ec o m p l e t i o no ft r e a t m e n tt e c h n i q u ep r o v i d e so i lf i e l dw i t hm o r ee f f e c t i v e i n t e r p r e t a t i o nm e t h o d ， i ts a f e g r a r d so i lf i e l ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t i t s d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o ni nt h ef u t u r ea m p l i t u d e k e yw o r d s ： s a t i s f i e dh y d r o c a r b o nl i g h th y d r o c a r b o ng a sc h r o m a t o g r a p h yd a t a t r e a t i n gt e c h n i q u e 浙 摘 a b s t r a 目 第1 章 1 1 研 1 2 主 第2 章 2 1 饱 2 2 饱 2 3 饱 2 4 饱 第3 章 3 1 轻 3 2 轻 3 3 轻 3 4 轻 第4 章 4 1 饱 4 2 轻 第5 章 参考文 作者简 浙江大学硕士学位论文 前言 第1 章前言 录井技术一般分为数据采集一一处理解释三部分( 郭冀义等，2 0 0 3 ；刘树坤等， 2 0 0 1 ；刘志刚等，2 0 0 1 ；郭学增等，1 9 9 8 ) 。长期以来，录井数据处理技术没有得到业内 人士的足够重视，其技术发展是相对滞后的，技术手段比较单一、自动化程度低，是录 井技术中最薄弱的一个环节。国际大录井公司不提供数据处理解释服务，因而没有可供 引进的成熟技术，国内大专院校不设录井专业，三大石油集团没有专门的录井技术研究 机构，录井资料处理技术的发展主要是依靠国内各油田录井公司自身的力量，研究基础 相对薄弱，技术发展也比较缓慢。比如，录井参数的标准化处理水平较低，在井间及单 井横、纵向上的可比性还较差。与物探、测井等相关行业相比，录井项目多，参数采集 的实时性、唯一性以及受多种钻井、地质条件的影响，使其资料处理难度很大。录井作 为一门学科，由于处理技术的薄弱，其自身的价值没有得到充分体现，与物探、测井专 业相比存在较大差距。 但是我们也应看到，物探靠地震波，测井靠电信号( 雍世和等，1 9 8 9 ；荆万学，2 0 0 4 ) ， 与录井直接采集井筒信息相比，手段更间接，影响因素更多，正是由于他们拥有强大的 处理技术，测井、物探资料才发挥了重要的作用。测井电阻率受岩石骨架、流体以及矿 化度等多种因素影响，却能定量求取储层流体饱和度，地化、气测等录井技术可直接检 测储层含油气量，从理论上讲，应更易求准含油气饱和度。另一方面，随着国民经济发 展，对能源的需求也在逐年增大，而国内大油田大多进入高含水期( 周总瑛等，2 0 0 4 ) ， 自1 9 9 3 年起，我国已成为石油净进口国，并且年进口量还在增大( 郎东升，2 0 0 4 ) 。因 此，加快发展录井处理技术，提高录井资料精细化和定量化处理水平，是目前精细勘探 形势发展的迫切需求( 郭冀义等，2 0 0 3 ；李金顺等，2 0 0 3 ) 。 1 1 研究目的和意义 录井技术经历几十年的发展，如今已经跃升到了评价录井阶段( 郎东升等，2 0 0 4 ) 。 同时，为了适应油田精细勘探的需求，录井解释评价技术也必须努力实现精细化和定量 化的目标( 耿长喜等，2 0 0 6 ；韩大匡等，1 9 9 4 ) 。然而，录井资料处理技术的薄弱已经成 为解释技术发展的“瓶颈 。开展录井资料处理技术攻关研究是录井技术发展的必然趋势， 也是油田勘探形势发展的客观需求。 本研究将在吸收并整合录井界目前已有的处理技术和方法的基础上，重点针对实物 样品及其分析化验资料，在饱和烃气相色谱和轻烃分析资料中图形特征表征及定量性描 浙江大学硕士学位论文 日d 磊 述及综合评价参数准确求取等关键点上，创新理论及实践方法，实现录井资料图形信息 数字化表征、有效参数可准确求取等研究目标，较大地提高录井资料标准化及定量化水 平，为录井资料的深入应用奠定基础。 该项目的完成，将大大改善录井资料处理技术体系，将是录井技术的一次重大进步。 同时，也将更有利于为油田勘探开发提供更好的服务，为4 0 0 0 万吨稳产、为百年油田的 建设做出更大的贡献。 1 2 主要研究内容 1 2 1 饱和烃气相色谱数据处理技术 编写饱和烃数据处理软件，对分析数据进行预处理，得出原图形的恢复图形，最后 利用插值，积分等一系列的数学处理，计算出我们需要的一些基本参数和派生参数。这 为定量解释评价奠定了基础。 对于利用数学推理及计算机处理建立饱和烃谱图解释模型，从以下两方面着手工作： 饱和烃谱图数据软件处理方法应用： 利用先期完成的饱和烃提取软件提取参数、形成图形，在生产中推广应用，在应用 中逐步完善该软件，使其操作更具灵活性、实用性。 建立饱和烃资料定量解释方法： 利用数学推理及计算机处理建立饱和烃谱图解释模型，使图形化资料转化成数字化 格式；寻找敏感参数建立定量解释标准。 饱和烃分析数据处理方法研究包括谱图资料处理及解释评价方法建立，具体工作攻 关思路如下所示： 从2 0 0 0 年开始根据不同区块通过对图形特征( 三角形) 、峰形、峰值、包罗线等特 征的总结建立了定性判断标准，为定量解释奠定了基础； 2 0 0 5 年的项目攻关资料处理软件研制完成后给出了一些参数，如单峰面积、饱和烃 面积和、未分辨面积和、离散度、不规则度等，为定量化解释提供了可借鉴的方法； 本项目将从数字化起步，应用数学推理及计算机处理对图形进行表征，用数字描述 图形，建立饱和烃谱图解释模型； 从饱和烃谱图解释模型入手，利用数字化理念、分析资料的原理，根据不同区块含 油性质的差异，寻找敏感参数，建立定量解释图版： 最后，将定量解释图版在生产中应用，逐步完善定量解释图版。 1 2 2 轻烃气相色谱数据处理技术 轻烃气相色谱分析可以得到岩样中c 。以前的各单体烃的浓度和相对百分含量，其组 2 ( 浙江大学硕士学位论文 前言 分包括直链烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳香烃等1 0 0 多个单体烃类( 王新玲，2 0 0 8 ；郎 东升，1 9 9 9 ；詹智玉等，1 9 9 4 ) 。 首先实现了轻烃组分的自动定性： 采用保留时间锁定( r t l ) 技术，使不同色谱仪之间分析的同一组分保留时间偏差小 于0 0 6 m i n ，实现了轻烃组分自动定性。 再对研究区储层轻烃分布特征进行了研究： 原油轻烃化合物的含量和分布主要取决于其遭受热演化程度和次生演化强度的影 响，同一区块和同一层位的原油，可简单的认为其遭受热演化程度和次生演化强度是相 同的( 伍小林等，2 0 0 4 ；李赞豪等，1 9 9 8 ) ，通过分析油层的原油或含油样品，掌握研究 区不同层位轻烃化合物的组成及含量。 通过试验的方法对轻烃气相色谱评价参数求取并优选有效参数： 轻烃分析可以定性的组分有1 0 3 个，根据这些单体烃的物理化学性质从众多的参数中 选取部分参数，用于评价储集层，轻烃参数的选择一般不选绝对量，因为受轻烃散失程度 的影响，我们采用面积比值参数，在选择比值参数时，一定要选择碳数范围相近或相同、 沸点相近的烃组分相比，可以避免温度、轻质烃类散失的影响( 李玉桓等，2 0 0 5 ) ，同时要 用物理化学性质差异较大的参数进行对比，才能充分体现参数的变化。 最后建立储层轻烃油水定量评价方法： 在以上研究的基础上，以试油结果为标准，分区块、分层位建立油水层判别标准。 将所建立的定量评价方法在油田中推广应用。 浙江大学硕士学位论文饱和烃气相色谱数据处理技术 第2 章饱和烃气相色谱数据处理技术 饱和烃分析技术主要是一种对原油中c 。以后的碳组分分析应用的一种常用的地球化 学分析技术( b a s k i nd k ，1 9 9 3 ；郎东升等，1 9 9 9 ；邬立言等，2 0 0 0 ；b a s k i nr ，1 9 9 5 ) 。 该项技术具有把混合物分离成单个组分的能力而在录井中得到广泛应用，目前已成为主 要的录井解释评价技术之一。下面简要介绍一下技术原理和饱和烃资料处理技术。 2 1 饱和烃分析技术原理 饱和烃分析属于气相色谱分析技术的一种，主要依据气相色谱分析原理( 刘方等， 2 0 0 4 ；王鑫平等，2 0 0 7 ) 。通过把含油样品粉末导入分析仪器，在一定温度和压力条件下， 各组分因物理性质不同和相对含量不同，各组分在仪器中的色谱柱的运行速度就不同， 经过一定的柱长后，便彼此分离，顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流信号经放 大后，由计算机自动记录各组分的色谱峰及其相对含量。在特定色谱柱情况下，主要能 分辨检测到的是c 。以后的饱和烃组分，这些单体烃在油层中含量及特征受烃源岩性质、 储层原油蚀变等因素控制( 陈为通等，1 9 8 0 ；郎东升等，1 9 9 9 ；路璐等，2 0 0 8 ) 。在烃源 岩有机质类型、热演化程度一致的前提下，主要依据饱和烃组分的降解程度的差异性进 行储层评价( 陈传平等，1 9 9 7 ) 。 目前，我们用于饱和烃分析的设备是a g i l e n t6 8 9 0 n 气相色谱仪，是通用的气相色谱 仪，应用领域较广，针对不同的分析对象，选用不同的色谱柱及色谱条件，可以进行饱 和烃分析和轻烃分析。 图2 - 1a g i l e n t6 8 9 0 n 气相色谱仪 4 浙江大学硕士学位论文 饱和烃气相色谱数据处理技术 饱和烃分析条件： 饱和烃分析方法使用h p - 5 毛细柱，规格为内径0 3 2 r a m ，长度3 0 m ，膜厚o 2 5ui l l ， 其固定相为二苯基一二甲基硅氧烷共聚物。 色谱条件：迸样口温度3 4 0 。c ，f i d 温度3 1 0 。c ，初始柱温1 0 0 。c 、以l o 。c m i n 程序 升温至3 0 0 、恒温2 5 m i n ，运行结束。氮气做载气，流速4 1 5m l m i n 、氢气做燃气， 流速为4 0 m l m i n ，空气做助燃气和动力气，流速为3 0 0 m l m i n ，分流比为1 ：6 0 ，尾吹用 氮气，流速为2 5 m l m i n 。分析谱图见图2 - 2 。 图2 - 2 饱和烃分析谱图 2 2 饱和烃气相色谱数据处理技术 当前应用的用于饱和烃分析的气相色谱分析仪，其样品分析后只能得出色谱图和一 些中间结果数据，在油水层解释评价中，基本上是以图形和几个简单的分析参数( 如： 饱和烃色谱响应值、饱和烃色谱峰面积、饱和烃主峰碳) 来定义油水层特征( 韩涛等， 2 0 0 7 ) 。随着勘探、开发程度的深入，这种定性的方法已不能满足储层精细解释评价的需 要，因此，急需开发出一种处理软件，使其能对色谱谱图处理，得到反映储层性质的定 量评价参数，应用这些参数定量解释评价油水层，减小人为因素的影响，提高解释精度。 2 2 1 饱和烃原始分析数据的读取 各仪器分析的气相色谱谱图和数据只能按照仪器原有格式输出，无法实现数据转换， 要想获取数据，只能采取人工手书的方法，资料应用非常不便。为了提高录井处理技术， 满足精细勘探开发需求，经过科研攻关，完成了饱和烃气相色谱处理软件的开发工作。 该软件首先获取分析仪器的原始波形数据，经过数字滤波、谱峰判别和定名、插值、积 分等一系列的数学处理，计算出我们需要的一些基本参数和派生参数。新编制的软件与 浙江大学硕士学位论文饱和烃气相色谱数据处理技术 原软件相比，对数据获取准确无误，计算精度完全符合技术要求。 2 2 2 饱和烃数据处理 2 2 2 1 图形恢复 对原始波形数据进行滤波处理后，即得到处理后的恢复图形，以下是两种仪器的原 始图形与处理后图形的对比( 图2 3 ) 。 图2 - 3 饱和烃谱图处理前后对比 从原始分析仪器得到的谱图与程序处理后得到的图形进行对比来看，谱峰形态基本 一致，主峰碳位置、碳数范围、单峰响应值等反映谱图特征的参数均相同。实践证明， 原始波形与处理后的恢复图形极为相近，精度完全符合技术要求。 2 2 2 2 分析参数的求取方法 计算气相色谱谱峰面积前，首先利用多项式插值求取谱峰基线。 令( x 。，y ，) 。( x ：，y ：) ，( x 。，y 。) 是平面上的点的序列，且对于i j ，x i x j ，能够比较 容易地得到( n - 1 ) 次的插值多项式公式2 1 ： y = 喜y ，n 两( x - - x i ) 浯。， 对于n = 2 的情况，则可以得到连接两点的线性方程2 - 2 ： x x 2 x x 1 y = y l i i + i i 2 ， x 1 一x 2x 2 一x 1 “ 对于每个谱峰的基线( 峰谷的连线) 都进行了插值处理，如图所示( 图2 4 ) ，图中 红线即为用多项式插值法求出的单个谱峰的基线。这样使求得的单个谱峰面积更准确。 6 浙江大学硕士学位论文饱和烃气相色谱数据处理技术 1 “ ：1 e 0 2 1 掌l ，o j 。1 7 e 2 ： c 2 1 3 2 j 咿 。1 9c 2 ： c 2 日 鼍o8 o 6 一 c 1 8 c 1 5 血么 0 ，- p r p h j 业出li l _ 。i t _ - “0 02 j ot ? o6 7 0e j oi d ol z ol t o1 0o1 8 o 矗od o2 t o2 6 ：od o 蠢。乏。篱：o 分析时闰盼) 图2 4 处理的气相色谱谱图 然后利用积分法对谱峰面积进行计算。 如图所示，利用积分方法对所有的单个谱峰面积、底部圈闭( 未分辨化合物) 面积、 饱和烃总面积进行了积分运算，精确计算出对应的面积值。 单个谱峰面积为包络线到单个谱峰峰顶间进行积分运算得出的面积值，所有单个谱峰 面积和为饱和烃总面积；底部圈闭( 未分辨化合物) 面积为基线到包络线间进行积分运 算得出的面积值。 图2 - 5 积分法求取面积示意图 以此为依据，还可得到其他一些参数，如相对百分含量( 质量分数) 、碳数分布范围、 主碳峰、p r ( 姥鲛烷) p h ( 植烷) 等。 7 浙江大学硕士学位论文饱和烃气相色谱数据处理技术 参数求取后，对参数求取的准确性进行了分析。 谱图处理后得到了新的分析参数，原仪器分析后也给出了相应的参数，如表2 - 1 为 处理后得到的新的分析参数，表2 - 2 为原仪器分析时给出的数据： 表2 - 1 北2 3 6 0 一3 4 井9 6 8 7 m 色谱图处理后的分析参数表 碳数 主峰碳 p r p h p r n c l 7 o e p p h n c l sc 2 c 2 2 +c 2 + 2 2 c 2 s + 2 9 范围 n c n n c 3 7 n c 2 3 1 4 1 90 2 2 51 1 1 1o 1 6 60 8 9 81 5 2 2 组分 保留质量谱峰保留质量谱峰 时间分数面积 组分 时间分数面积 名称名称 ( m i n )( )( m v s )( r a i n )( )( m y s ) p r1 0 3 3 90 9 6 2 n c 2 1 1 4 5 9 45 8 5 24 5 4 6 p h1 1 5 2 10 6 7 8 n c 2 2 1 5 5 6 95 7 4 34 4 6 2 n c 3n c 2 3 1 6 5 1 46 1 8 54 8 0 5 n c 4n c 2 4 1 7 4 1 15 0 6 43 9 3 4 n c 5n c 2 5 1 8 2 8 45 5 1 54 2 8 5 n c 6n c 2 6 1 9 1 1 24 1 4 83 2 2 3 n c 7n c 2 7 1 9 9 3 24 3 5 93 3 8 6 n c sn c 2 s 2 0 7 1 53 9 5 13 0 7 n 0 9n c 2 9 2 1 4 9 53 6 6 82 8 4 9 n c on c 3 0 2 2 3 3 53 2 22 5 0 2 n c l l 3 3 0 30 8 7 10 6 7 7 n c 3 1 2 3 2 6 32 9 1 42 2 6 4 n c l 2 4 2 4 71 7 1 11 3 2 9 n c 3 2 2 4 3 1 82 2 3 1l 。7 3 3 n c l 3 5 3 6 72 8 3 72 2 0 4 n c 3 3 2 5 5 3 21 7 1 11 3 3 n c l 4 6 5 6 94 1 0 43 1 8 8 n c 3 4 2 6 9 5 71 3 0 81 0 1 6 n c 5 7 8 1 24 4 13 4 2 6 n c 3 5 2 8 6 3 11 1 1 10 8 6 3 n c l 6 9 0 4 35 0 7 93 9 4 6 n c 3 6 3 0 6 1 60 8 2 90 6 4 4 n c l 7 1 0 2 4 55 5 0 64 2 7 7 n c 3 7 3 3 0 0 7o 7 30 5 6 7 n c l s 1 1 3 9 75 2 6 84 0 9 2 n c a s n c l 9 1 2 5 1 26 1 7 l4 7 9 4 n c 3 9 n c 2 0 1 3 5 7 65 5 0 44 2 7 5 n c 4 0 由于所有处理后的数据来源于单个峰的面积。从两张数据表对比可以看出：原始分 析数据与软件处理后获得的数据有可比性，而其所派生出的碳数范围、主峰碳、p r p h 、 p r n c l 7 、p h n c l 8 、c 2 ，- + 、( c 2 ，+ c 2 2 ) ( c 2 8 + c 2 9 ) 、o e p 的数值相近。 再如芳8 - - 2 井1 4 7 6 8 m 将饱和烃数据处理结果与原仪器分析资料各单个峰的出峰时 间、峰高、峰面积、质量分数等相应数据一一对应做对比分析，发现：单个峰的面积是 控制其它派生数据的源头，单个峰的面积存在一定的差值，平均绝对误差为一o 0 1 7 m v s ， 平均相对误差为一1 2 2 4 。因此处理后获取数据准确无误，计算精度完全符合技术要求。 8 浙江大学硕士学位论文饱和烃气相色谱数据处理技术 表2 2气相色谱分析仪原始分析数据 碳数 主峰碳 p m p h p r n c l 7 o e p p h n c l s c 2 1 - c 2 2 + c 2 l + 2 2 c 2 8 + 2 9 范围 n c l l - n c 3 7n c l 9 1 4 4 5 20 2 2 8 61 1 0 1 1o 1 6 1 40 9 0 2 81 5 0 8 8 组分谱峰面积组分谱峰面积组分谱峰面积组分谱峰面积 名称( u v s ) 名称( u v s )名称 ( u v s )名称( u v s ) n c l | n c l 2 1 3 2 4 n c 2 3 4 8 0 5 n c 3 4 1 0 2 2 n c 2 | n c l 3 2 2 0 7 n c 2 4 3 9 3 2 n c 3 5 8 8 2 n c 3 | n c l 4 3 1 9 5 n c 2 5 4 2 9 3 n c 3 6 6 8 5 n c 4 | n c l 5 3 4 2 9 n c 2 6 3 3 9 3 n c 3 7 6 0 1 n c 5 i n c l 6 4 0 3 6 n c 2 7 3 5 3 1 n c 3 8 | n c 6 | n c l 7 4 3 9 0 n c 2 a 3 1 3 6 n c 3 9 l n c 7 l n c l a 4 3 0 3 n c 2 9 2 8 5 1 n c 4 0 n c 8 | n c l 9 4 8 1 4 n c 3 0 2 2 7 8p r1 0 0 3 n c 9 | n c 2 0 4 2 8 6 n c 3 1 2 2 7 6p h6 9 4 n c l on c 2 4 5 5 5 n c 3 2 1 7 4 3 n c n 6 8 8 n c 2 2 4 4 7 9 n c 3 3 1 3 3 1 2 3 饱和烃气相色谱谱图的表征及特征参数求取 饱和烃气相色谱资料经软件处理后得到了单个峰面积、峰值等数据( 张居和等， 1 9 9 4 ) ，为进行下步的量化研究奠定了基础。 2 3 1 谱图表征 2 3 1 1 整体拟合 对所有离散数据点进行整体多项式拟合( 例如取4 次多项式函数) 作为表征函数的话， 表征函数将是y = a o + 口l x + a 2 x 2 + 口3 x 3 + 口4 x 4 的形式，这时表征参数a = 0 ，1 ，2 ，3 ，4 ) 有五 个值( 蔡锁章，1 9 9 2 ) ，这么多的表征参数根本无法进行实际应用。 图2 - 6 是利用整体拟合函数作为表征函数进行图形恢复的效果图。 从图中看出整体拟合近似度仅为8 3 3 8 ，精度偏低，拟合效果不理想，且拟合后所 得的参数太多，不利于图形间比较。 9 浙江大学硕士学位论文饱和烃气相色谱数据处理技术 籁 求 嘲 蜗 碳数 图2 - 6 整体拟合的图形恢复效果图 2 3 1 - 2 分段拟合函数确定 在做了大量的图形整体拟合后，发现这些图形整体或部分具有正态函数或二次函数 的特点( 如图2 7 、图2 8 、图2 9 ) 。 碳数 图2 - 7 整体拟合图 1 0 浙江大学硕士学位论文饱和烃气相色谱数据处理技术 籁 交 喇 蜗 碳数 图2 - 8 整体拟合图 碳数 图2 - 9 整体拟合 从数学角度看，饱和烃气相色谱谱图整体或部分符合概率函数厂( x ) = a e m 一如2 和二 次函数y y 。= a ( x 一) 2 的特征，其中( x 。，y 。) 是所表征曲线段的最高点的坐标，口 0 ， k o ，a 、k 的值反映曲线的形态参数。用概率函数或二次函数拟合后所得参数较少，仅 浙江大学硕士学位论文饱和烃气相色谱数据处理技术 有a 、k 、( ，y 。) ，加上饱和烃气相色谱分析出的总饱和烃面积，即可把图形进行对比。 如图2 1 0 、图2 11 所示： 1 0 。g 妊。 图2 - 1 0 顶点坐标( 2 0 ，8 5 ) 的概率函数曲线族 l o 9 a _ 尸 j 图2 - 1 1顶点坐标( 2 0 ，8 5 ) 的二次函数曲线族 图2 1 0 为顶点坐标( 2 0 ，8 5 ) 概率曲线族，图2 1 1 为顶点坐标( 2 0 ，8 5 ) 二 次函数曲线族。 1 2 浙江大学硕士学位论文 饱和烃气相色谱数据处理技术 2 3 1 3 分段拟合 根据大量的色谱图，我们发现在拟合曲线极大值点前后的曲线形态不一致，这种不 一致性应当隐含着重要的信息，为使拟合的效果好，采用分段拟合( 谢可新等，1 9 9 7 ) ， 即用整体拟合图的极大值点将离散数据点分成两部分( 单峰函数) 或四部分( 双峰函数) ， 对每一部分的离散数据点用概率函数或二次函数进行表征。 在选取拟合坐标时，为使单个峰不受仪器分析时间影响，我们将横坐标用碳数；峰 高、峰面积反映的是以前使用较多的谱图形状的信息，由于数值大小差异比较大，对比 的难度较大，且对比的结果还是图形间的比较；但质量分数的不但保留了图形的信息， 而且基本的图形有相似性，对于单峰仅用两个分段拟合参数及饱和烃面积就可以看出图 形的大致信息，因此，我们将峰高、峰面积的拟合图舍弃，以质量分数为纵坐标。 在最初的拟合时由于过多地考虑了最高点的信息，而使图形的拟合不完美，而我们 拟合的主要目的是所求的特征参数能反映图形的基本信息，拟合出的图形应为最理想状 态下的准标准图形，因此，我们在拟合的思路上做了改进，考虑最高值，但以峰形为主， 这样所得出的参数可以反映图形的主要形态。 图2 1 2 为分段拟合得出的单峰特征函数图，图2 1 3 为分段拟合得出的双峰特征 函数图。 碳数 图2 - 1 2 单峰一特征函数图 浙江大学硕士学位论文饱和烃气相色谱数据处理技术 籁 承 喇 蚂 碳数 图2 - 1 3 双峰一特征函数图 2 3 1 4 效果检验 为了说明图形表征及所求特征参数的有效性，需要定量分析利用特征参数恢复的图 形和原始图形的近似程度，下以单峰曲线为例进行说明。 假设在质量分数一碳数坐标系下原始离散点的坐标为 ( x o ，y o ) ，( x 1 ，y 1 ) ，( x 2 ，y 2 ) ，( x r ，y f ) 所得到的特征参数有整体拟合函数顶点坐标，每一段所选的特征函数及相应的特征 参数，其实就是得到了在区间【x o ，吒】上的分段函数，求该分段函数在x o ，x 1 ，毛上的函 数值，记为7 ，m ，7 。 ly ，一y ，i 令j = l 一上t 一则万值的大小反映了利用特征函数及其参数恢复图形的近似 iy ，i i = l 度。 图2 1 4 图2 - 1 6 分别给出了图形恢复的效果图及近似度艿。 1 4 浙江大学硕士学位论文饱和烃气相色谱数据处理技术 妊 容 删 瞧 碳数 图2 - 1 4 芳1 9 8 - 2 4 井1 5 0 3 6 m 气相色谱特征参数恢复图( 万= 9 4 1 ) 图2 - 1 5芳扶1 3 6 - 斜2 8 - 井1 5 1 8 6 m 气相色谱特征参数恢复图( 万= 9 4 3 ) 1 5 浙江大学硕士学位论文饱和烃气相色谱数据处理技术 碳数 图2 - 1 6 太东2 2 6 - 6 8 井1 5 0 8 6 m 气相色谱特征参数恢复图( 万= 9 3 9 ) 2 3 2 特征参数求取 参数求取主要是确定反映含油性及谱峰形态的参数。 2 3 2 1 饱和烃总面积的求取 饱和烃总面积为饱和烃资料处理数据的基础。饱和烃总面积为所有单个谱峰面积和。 单个谱峰面积用积分方法来求取，公式为： 彳= l i m 厂( ，) a x ，( 2 - 3 ) a x 专0f = 1 将所有单个谱峰面积求和即得出饱和烃总面积。 质量分数为单个谱峰面积占饱和烃总面积的百分数，公式为： 质量分数- - a 单峰a sx1 0 0 ( 2 - 4 ) 式中：a 单峰为单个谱峰面积；a s 为饱和烃总面积。 2 3 2 2 拟合顶点的确定 饱和烃气相色谱进行图形表征的出发点是分段表征，即用整体拟合图的极大值点将 离散数据点分成两部分( 单峰函数) 或四部分( 双峰函数) ，对每一部分的离散数据点用 概率函数或二次函数进行表征，其中拟合函数的顶点将参与分段表征函数的拟合。 1 6 浙江大学硕士学位论文 饱和烃气相色谱数据处理技术 通过多项式整体拟合，确定了每一段要进行表征数据点( 如图2 1 7 ) 和该段数据点 的最高点坐标( x o ，y o ) 。 磺数 图2 - 1 7 拟合的质量分数散点图 2 3 2 3 概率函数y = y o e 卜知2 中k 值的确定 两边取对数得： l n y = l n y o + k ( x x o ) 2 l n y i n y o = k ( x x o ) 2 令夕= l n y h a y o ，曼= x x o ，则方程为：夕= 砬2 令厂= 喜( 群以) 2 为了确定后的值，解方程堑d k 。 即 2 ( 磁，2 一多m ，2 = o l = l 尼曼，4 = 圣，2 夕， s = ll = 1 ( 2 - 5 ) 所以 曼，2 多，( x 。- - x 。) 2 ( 1 n y ，- l n y 。) k = 生一= 三l 一 ( 2 - 6 ) 毫4( x ，- - x 。) 4 t = li = l 如图2 1 8 右侧峰为用概率函数拟合示意图，图中所给的k 值即为反映谱图形态特征 1 7 的概率函数的参数。 2 3 2 4 二次函数y y 。= 口 一) 2 中口值的确定 令夕= y y 。，圣= x x 。，则方程为：夕= 毋2 令厂= 羔( 放，：一夕j ) 2 ，为了确定口的值，解方程笔2 o 即 朋 2 y ( 蔽 一、 1 = 1 埘 口y 龛，4 _ 一 ，= 1 2 5 乙x y i ，= 1 ( 2 - 7 ) 允一堑二坐兰二! 治8 ， t 一竺! 一= 二= 一 羔圣；4( 矿) 4 如图2 一1 8 左侧峰为用二次函数拟合示意图，图中所给的a 值即为反映谱图形态特征 的二次函数的参数。 图2 1 8表征结果图 1 8 浙江大学硕士学位论文 饱和烃气相色谱数据处理技术 2 4 饱和烃定量评价图版的建立 饱和烃处理软件对色谱图形进行处理后，可得到各单体烃的相对百分含量( 质量分 数) 、峰面积等基础数据。为研究各组分的分布规律，绘制了以碳数为横坐标，以质量分 数为纵坐标的饱和烃分布曲线图，并用二次函数和概率函数对图形进行分段拟合，从而 得到了图形的特征参数，优选这些特征参数建立定量评价图版，对油水层进行定量解释。 2 4 1 选取参数 选取东部葡萄花油层区块做我们以东部葡萄花油层为例，共选取了1 7 口井9 0 点层 气相色谱资料，对气相色谱做了大量的拟合工作。拟合后从图形上看主要有两种，如图2 1 9 、2 2 0 所示： 碳数 图2 1 9 肇4 5 井3