定量荧光录井

1、前前 言言 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。 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）。 常规荧光的局限性常规荧光的局限性 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。 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

2、。 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，不是理想的荧光试剂。 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。 常规荧光用肉眼观察和描述，人为影响因素太大。 定量荧光录井就是在石油钻探过程中利用荧光录井仪定量检测岩样中所含石油的荧光强度，利用邻井相同层位的油所作的标准工作曲线计算当量烃浓度，根据烃含量的多少和油质情况来判断地层含油情况进行油气储层评价的方法。 依据所用荧光录井仪的类型和方法不同，在有些情况下，定量荧光录井技术还可以粗略地给出地层中反映油质轻重的油性指数

3、及含油饱和度等。定量荧光技术在油气勘探中的应用现状 美国德士古石油公司在80年代后期对荧光录井技术进行了深入的研究，推出了QFT单点定量荧光录井技术；90年代初推出了QFT二维定量荧光录井技术；90年代后期推出了三维定量荧光技术TSF。 我国近年来引进了该项技术的设备，目前仍处于对应用技术的试验研究发展阶段。定量荧光技术在油气勘探中的应用现状 定量荧光分析技术是近几年来发展的录井新技术，继承常规荧光录井方法的的优点，弥补了肉眼分辨范围的局限性。定量荧光技术在油气勘探中的应用现状目前在国际国内的石油工业生产中所使用的荧光录井仪主要有三种类型。它们是单点测定型、二维型和三维型。单点荧光分析：单点荧

4、光分析：定量荧光技术在油气勘探中的应用现状单点定量荧光录井仪的特点是仪器简单，但能够提供的数据信息量极其有限。单点测定，采用定激发波长(254nm)，固定发射波长(320nm)。二维荧光分析二维荧光分析定量荧光技术在油气勘探中的应用现状在原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）。 二维荧光分析采用定激发波长(254nm)，不定发射波长(200800nm)，可测取以波长为横轴、以荧光强度为纵轴的二维荧光图谱，也能给出定波长下的荧光强度。 二维荧光分析

5、二维荧光分析定量荧光技术在油气勘探中的应用现状能够检测从凝析油气到重质油的各种油类；能够检测从凝析油气到重质油的各种油类；能够直观地反映原油的油质特点；能够直观地反映原油的油质特点；能够有效地辨别天然原油和钻井液添加剂的能够有效地辨别天然原油和钻井液添加剂的荧光干扰；荧光干扰；能够在钻井现场的环境下使用。能够在钻井现场的环境下使用。三维荧光分析三维荧光分析定量荧光技术在油气勘探中的应用现状定量荧光技术在油气勘探中的应用现状根据与二维荧光分析同样的原理，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

6、纹图，从而产生了三维荧光仪。三维荧光谱图，采用不定激发波长（200800nm），不定发射光波长(260800nm)，可测取“激发波长发射光波长荧光强度”的三维荧光谱图。 定量荧光录井在储集层性质判断，乃至油源对比追踪等油藏地球化学应用方面有较高的价值。 荧光录井仪器性能对比荧光录井仪器性能对比 仪器名称仪器名称对比项目对比项目常规常规紫外荧光灯录井紫外荧光灯录井单点定量荧光仪单点定量荧光仪（QFTQFT为例）为例）二维荧光分析仪（二维荧光分析仪（OFA-OFA-IIII型为例）型为例）三维荧光分析仪三维荧光分析仪（FADFAD、LYCLYCB B型为例）型为例）激发波长激发波长365nm365

7、nm254nm254nm254nm254nm200-800nm200-800nm发射接收方式发射接收方式人眼直接观察人眼直接观察单点单点自动谱图记录自动谱图记录自动谱图记录自动谱图记录发射接收波长发射接收波长混合光混合光320nm320nm（强度）（强度）200-600nm200-600nm（波长、强度）（波长、强度）200-800nm200-800nm（波长、强度）（波长、强度）灵敏度灵敏度0.6mg/l0.6mg/l5 51010级较准确级较准确0.25g/l0.25g/l0.1mg/l0.1mg/l0.1mg/l0.1mg/l分析时间分析时间8hr.8hr.15min15min15min

8、15min30min30min信息显示方式信息显示方式肉眼观察记录肉眼观察记录强度数字显示强度数字显示二维谱图、强度、波长、二维谱图、强度、波长、含烃浓度含烃浓度二维、三维谱图、强度、波长、二维、三维谱图、强度、波长、含烃浓度含烃浓度强度采集方式强度采集方式肉眼比较肉眼比较单点单点单点单点光谱面积积分光谱面积积分荧光扫描荧光扫描无无有有有有激发扫描激发扫描无无无无有有淬取剂使用淬取剂使用四氯化碳四氯化碳异丙醇异丙醇正已烷正已烷正已烷正已烷异丙醇异丙醇消除污染方式消除污染方式无无人工判断人工判断计算机自动扣除计算机自动扣除计算机自动扣除计算机自动扣除脱机情况脱机情况无无可脱机可脱机脱机脱机/ /

9、联机联机不可脱机不可脱机第一节第一节 荧光录井的基本原理荧光录井的基本原理 1 相关基础理论知识相关基础理论知识1.1电磁波谱电磁波谱 -射线 0.00050.14nm x-射线 0.01-10nm光学区 10nm-500m 远紫外真空紫外区 10-200nm 400nm-紫色光近紫外区 200-400nm 500nm蓝色光可见区 400-760nm 500nm桔色光近红外区 760nm-2.5m 700nm红色光中红外区 2.5-50m 760nm远红外区 5-500m微波 0.5mm-1mm无线电波 1mm物质的荧光特征 物质的荧光是指该物质在紫外光照射下，电子由基态吸收能量跃迁至激发态，

10、再由激发态释放能量回到基态的反复过程，此时所释放的能量即以荧光的形式表现出来。1.2 荧光的产生原理荧光的产生原理当紫外光照射到某些物质的时候，这些物质会发射出各种颜色和不同强度的光，而当紫外光停止照射时，这种光线也随之消失，物质发出的这种光线称为荧光。1.2 荧光的产生原理荧光的产生原理 传统理论从分子结构方面讲，有机物产生荧光的基本条件是分子间存在共轭键，而且共轭键的共轭度越大，产生的荧光强度越大，荧光峰向波长长方向移动。原油中荧光物质（如芳香烃）中存在1-n个共轭键，当其吸收电磁辐射后，会打乱内部的电子结构而处于受激状态，当其回到原始状态时将以发射光波的形式释放过剩的能量，产生荧光。其发

11、光的颜色即是石油所具有的荧光颜色，其能量不同发出荧光波长也就不同。当石油中荧光物质及其衍生物的浓度越大时，其光电子数就越多，荧光的浓度也就越大。定量荧光录井检测值为组成油气化合物所产生的荧光，不同的荧光物质组成，其荧光强度值、波长、谱图特征均不同。荧光物质的种类和含量决定着检测值的大小和范围。1.2 荧光的产生原理荧光的产生原理 美国德克萨斯州A&M大学的研究成果表明，大部分石油荧光处于肉眼观察的范围之外，这个结论改变了我们认为凝析油以及大部分轻质油不发荧光的传统观念。进一步的研究和实验表明，荧光不仅仅存在于芳香族化合物中。饱和烃、非烃、沥青质在一定的激发条件下，也可以发出荧光。1.2

12、 荧光的产生原理荧光的产生原理定量荧光录井仪检测机理定量荧光录井仪检测机理 当来自激发光源的紫外光对石油物质进行激发(撞击)时， 具有荧光性的物质分子吸收光能后从基态(稳定状态)发生能量跃迁到激发态(不稳定状态)，处于激发态的分子会放出光子重新回到分子基态，这就是荧光的产生过程。 分子从激发态返回到基态时释放出来的能量是以光的形式来表现的，这些光信息被检测器接收、记录，这些记录就是荧光强度和发射波长。1.3 荧光强度的计算荧光强度的计算根据朗伯比尔定律，荧光物质在较低浓度下（可测浓度下），荧光强度与发荧光物质的浓度成正比：Int荧光强度；IO激发光强度；r荧光相对效率；荧光分子摩尔吸光系数；L

13、被检测溶液的通路长度；C能发出荧光分子的浓度。CLrIIntO就荧光分析而言，对于某一特定分子，由于荧光分析仪用的Io和L值是固定的，所以荧光强度F变化只与混合物的浓度C有关，荧光强度与混合浓度成比例变化。1.4 荧光猝灭现象荧光猝灭现象荧光物质在较低浓度下（可测浓度下），荧光强度与发荧光物质的浓度成正比，当物质的浓度增高到一定值以后，就不再符合这个规律。当荧光物质的浓度达到一定数值后，荧光强度INT随着浓度C增大的规律趋于模糊（直线趋于平缓），直至结束线性关系，进入不可测定浓度阶段，此时因浓度过大对荧光产生抑制作用，对荧光强度产生抑制作用的浓度点称为抑制点。此时跃迁的电子回到基态时发出的能量

14、被其它基态的电子吸收。当浓度增大到某一数值时，荧光强度突然开始降低，荧荧光从抑制阶段进入猝灭阶段，我们将荧光强度开始降低的浓度点称为猝灭点。1.4 荧光猝灭现象荧光猝灭现象不同的荧光物质具有不同的荧光抑制点以及不同的荧光猝灭点，这种情况在实际工作中应予以注意。不同荧光物质的猝灭点（不同荧光物质的猝灭点（LYCB） 0200040006000800010000120000123456系列1系列2系列3Intmax（lyc）浓度 %WFA-1MHR-86（高）MHR-86（低）1.4 荧光猝灭现象荧光猝灭现象荧光猝灭，广义地说，指的是任何可使某种给定荧光物质的荧光强荧光猝灭，广义地说，指的是任何可

15、使某种给定荧光物质的荧光强度下降的作用，或任何可使荧光量子产率降低的作用。狭义地说，度下降的作用，或任何可使荧光量子产率降低的作用。狭义地说，荧光猝灭指的是荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子之间所发生的荧光猝灭指的是荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子之间所发生的导致荧光强度下降的物理或化学作用过程。任何与荧光物质分子发导致荧光强度下降的物理或化学作用过程。任何与荧光物质分子发生相互作用而引起荧光强度下降的物质称为荧光猝灭剂。生相互作用而引起荧光强度下降的物质称为荧光猝灭剂。1.5 荧光光谱荧光光谱 荧光光谱表示在所发射的荧光中各种波荧光光谱表示在所发射的荧光中各种波长组份的组成及其相对强度。长组份

16、的组成及其相对强度。荧光光谱可用于鉴别荧光物质，并作为荧光光谱可用于鉴别荧光物质，并作为在荧光测定时选择适当的测定波长和滤在荧光测定时选择适当的测定波长和滤光片的根据。光片的根据。1.5 荧光光谱荧光光谱 使激发光的波长保持不使激发光的波长保持不变，而让荧光物质所产变，而让荧光物质所产生的荧光通过发射光滤生的荧光通过发射光滤波器后照射于检测器上，波器后照射于检测器上，扫描发射光滤波器并检扫描发射光滤波器并检测各种波长下相应的荧测各种波长下相应的荧光强度。然后通过记录光强度。然后通过记录仪记录荧光强度对发射仪记录荧光强度对发射波长的关系曲线，所得波长的关系曲线，所得到的图谱称为二维荧光到的图谱称

17、为二维荧光光谱。光谱。1.5 荧光光谱荧光光谱 荧光物质在某一激发光波长下，荧光强度荧光物质在某一激发光波长下，荧光强度可以达到最大值（峰值），此时的激发光可以达到最大值（峰值），此时的激发光波长称为最佳激发光波长（波长称为最佳激发光波长（BestEx）；发）；发射光波长称为最佳发射光波长（射光波长称为最佳发射光波长（BestEm）,或称主峰波长；对应的荧光强度称为最佳或称主峰波长；对应的荧光强度称为最佳荧光强度荧光强度INTmax。1.5 荧光光谱荧光光谱 将激发光的波长做程序性改将激发光的波长做程序性改变，而让荧光物质所产生的变，而让荧光物质所产生的荧光通过发射光滤波器后照荧光通过发射光滤

18、波器后照射于检测器上，在各个激发射于检测器上，在各个激发光的波长下，扫描发射光滤光的波长下，扫描发射光滤波器并检测各种波长下相应波器并检测各种波长下相应的荧光强度。然后通过记录的荧光强度。然后通过记录仪记录荧光强度对发射波长仪记录荧光强度对发射波长的关系曲线，即可得到激发的关系曲线，即可得到激发光波长发射光波长荧光光波长发射光波长荧光强度的三维荧光光谱图。强度的三维荧光光谱图。 三维定量荧光测定描述出来的是荧光物质整个发光范围的“山丘”状三维立体图形，是对荧光物质发光全貌的描述。当荧光强度Int最大时（峰顶）即Int=Intmax时激发光波长为最佳Ex=BestEx、此时的发射光波长为最佳Em

19、=BestEm。1.6 油气检测三维荧光光谱特征油气检测三维荧光光谱特征不同荧光物质之间存在成分、结构、相态等差异，从而导致了每一荧光物质在特定浓度下有其特殊的谱图特征，这种特征可以用来识别某种物质的存在。在以发现和评价油气层为目的的三维荧光检测中，荧光物质的特征光谱成为实施评价的依据。 A 峰顶数峰顶数 单一成分的荧光物质有一组最佳的激发光波长发射光波长荧光强度值，形成单峰谱图。多种成分混合时及表现为多组峰谱图。B 峰顶形状峰顶形状 成分越单一的荧光物质，其峰形越尖，指纹覆盖面越小。单一成份单峰谱图混合物质多峰谱图1.6.1 峰顶特征峰顶特征C 峰顶峰位：（也作峰值峰位） 峰顶在Ex、Em二

20、维平面坐标系中所处的坐标位置用BestEx、BestEm表示。Em nm1.6.2 峰位区域的划分峰位区域的划分260270 280 290 300 310 320 330 340360350370 380 390 400 410 420 430 440 450 460260270290280300310320330340350360370Ex nm第一峰位区域(A1) ：Ex 320 nmEm 320 nmEm 365 nm第二峰位区域(A2) ：Ex 365 nm 当峰位峰值Intmax 1500lyc时,饱和烃、芳烃均在第一峰位区域(A1) 表现峰值。 饱和烃及个别凝析油的稀释样可在A1

21、表现两个峰值。 当样品浓度过高时芳烃在第三峰位区域(A3) 表现峰值。一经稀释，峰值峰位便迅速向A1偏移。 非烃、沥青质可在该区域表现峰值。部分非烃物质可在该区域表现峰值。1.7 定量荧光显示的定义定量荧光显示的定义 当样品的浓度低于抑制点（C）时，对于单点、二维以及三维定量荧光检测，该样品均为可测，此时的样品浓度称为可测浓度。 为了保证定量荧光录井仪对样品的可测性，我们就需要采取样品的稀释规则以及荧光强度测量值INT的恢复规则。如LYCB定量荧光仪，即当某样品测量INTmaxl500lyc时,将其稀释直至Intmax250025001500150010001000800800油水同层油水同层

22、12001200250025009009001500150070070010001000600600800800含油水层含油水层60060012001200500500900900400400700700300300600600水层、干层水层、干层600600500500400400300200020001700170010001000差油层差油层15001500200020007007001700170070070010001000水层、干层水层、干层15001500700700500380420油性指数（油性指数（R）11-1.51.5-33第三节 定量荧光分析资料应用3.2 二维定量荧光

23、录井资料应用二维定量荧光录井资料应用 3.2.2 原油性质判别原油性质判别在中原油田，使用的原油按相对密度的分类标准 原油类别原油类别密度（密度（g/cm3）轻质油轻质油0.7400.830中质油中质油0.8300.904重质油重质油0.9040.934第三节 定量荧光分析资料应用3.2 二维定量荧光录井资料应用二维定量荧光录井资料应用 3.2.2 原油性质判别原油性质判别计算油性指数时，取350nm-370nm间的最大荧光强度峰值310nm-330nm间的最大荧光强度峰的比值。同时结合谱图形态和主峰波长对油质进行判断。 原油性质原油性质主峰波长主峰波长（nmnm）谱图形态谱图形态油性指数油性

24、指数轻质油轻质油320-355320-355以轻质组分为主峰，无重质组分或重质以轻质组分为主峰，无重质组分或重质组分占的比例小，谱图形态较窄组分占的比例小，谱图形态较窄1-1.51-1.5中质油中质油355-380355-380以中质组分为主峰，轻质峰不高，可见以中质组分为主峰，轻质峰不高，可见重质峰重质峰1.5-31.5-3重质油重质油380-400380-400中质峰与重质峰并列出现，轻质峰较低，中质峰与重质峰并列出现，轻质峰较低，谱图形态较宽谱图形态较宽33第三节 定量荧光分析资料应用3.2 二维定量荧光录井资料应用二维定量荧光录井资料应用 3.2.2 原油性质判别原油性质判别南阳油田，

25、据油性指数（R）判别原油性质标准 环烷型环烷型石蜡型石蜡型芳香型芳香型原油密度原油密度(g/cm(g/cm3 3) )油质类型油质类型油性指数油性指数油质类型油质类型油性指数油性指数油质类型油质类型油性指数油性指数凝析油凝析油1.21.2凝析油凝析油1.21.20.820.82轻质油轻质油1.21.23.53.5轻质油轻质油1.21.22.82.8轻质油轻质油1.21.22.82.80.820.820.870.87中质油中质油3.53.54.54.5中质油中质油2.82.84.24.2中质油中质油2.82.84.24.20.870.870.9340.934重质油重质油4.24.2重质油重质油4

26、.24.20.9340.934第三节 定量荧光分析资料应用3.2 二维定量荧光录井资料应用二维定量荧光录井资料应用 3.2.2 原油性质判别原油性质判别胜利油区 ，据油性指数（R）判别原油性质标准 原油性原油性质质主峰波主峰波长位置长位置谱图形态谱图形态油性指数油性指数原油密度原油密度(g/cm3)轻质油轻质油358-360轻质组分主峰的荧光强度有非常轻质组分主峰的荧光强度有非常明显地增大，无重质组分，或重明显地增大，无重质组分，或重质组分占相当小的比例质组分占相当小的比例2.970.75-0.86中质油中质油360-364 轻质油峰不高，可见重质油峰轻质油峰不高，可见重质油峰2.97-3.7

27、40.86-0.90重质油重质油362-365重质油峰比主峰稍低，轻质油峰重质油峰比主峰稍低，轻质油峰明显变低，图谱峰形形态较宽明显变低，图谱峰形形态较宽3.74-4.100.90-0.95稠油稠油364-367中质油峰与重质油峰双峰并列，中质油峰与重质油峰双峰并列，轻质油峰低，有时主峰与重质油轻质油峰低，有时主峰与重质油峰重叠为一个峰，图谱形态很宽峰重叠为一个峰，图谱形态很宽4.100.953.2 二维定量荧光录井资料应用二维定量荧光录井资料应用 3.2.2 原油性质判别原油性质判别中原油田胡114井3149.1m-3150.8m，岩性为灰色油迹细砂岩，其荧光主峰波长在360nm，油性指数R

28、=2.49，荧光谱图与标准中质油的谱图具有相似特征，属于中质油范围。(1)轻质油轻质油 (2) 中质油中质油 (3)重质油重质油 (4) 胡胡114井井3149.1m-3150.8m（试油密度：（试油密度：0.8389g/cm3）3.2 二维定量荧光录井资料应用二维定量荧光录井资料应用 3.2.2 原油性质判别原油性质判别中原油田胡114井3149.1m-3150.8m，岩性为灰色油迹细砂岩，其荧光主峰波长在360nm，油性指数R=2.49，荧光谱图与标准中质油的谱图具有相似特征，属于中质油范围。(1)轻质油轻质油 (2) 中质油中质油 (3)重质油重质油 (4) 胡胡114井井3149.1m

29、-3150.8m（试油密度：（试油密度：0.8389g/cm3）3.2 二维定量荧光录井资料应用二维定量荧光录井资料应用 3.2.3 储集层性质评价储集层性质评价 定量荧光分析仪可以数字化显示样品的相对荧光强度和含油量，从而在纵向上可对一口井自上而下的岩石样品进行对比，荧光强度值明显高于基值处极有可能是油气显示的层段,目前我们主要是用荧光系列对比级和通过含油浓度计算出的含油饱和度这两项参数，结合测井孔隙度、岩性及其它资料来评价储层性质。从应用实践来看，使用荧光系列对比级的特点是快速直观，含油饱和度也可以作为一个较为重要的参考指标。3.2 二维定量荧光录井资料应用二维定量荧光录井资料应用 3.2

30、.3 储集层性质评价储集层性质评价 胜利录井定量荧光含油饱和度的计算公式为：%1001000oilrockoilddQS（胜利录井许小琼等） S0il含油饱和度，%；Q含油量，mg原油/g岩石；W岩样重量，0.5（g）；n溶液稀释倍数；doil原油密度，g/cm3；孔隙度，这里取小数；drock岩石密度，g/cm3；C原油浓度，mg/l；3.2 二维定量荧光录井资料应用二维定量荧光录井资料应用 3.2.3 储集层性质评价储集层性质评价 胡114井3149.1m-3150.8m，谱图其荧光主峰波长为360nm，含油浓度为1000mg/l，油性指数为2.49，荧光级别为11.7级；定量荧光解释为油层。地层测试该层产油地层测试该层产油1.03m3/d，气