定量荧光录井.ppt

1、前言石油具有荧光特性，国外地质专家于20世纪30年代在钻井现场应用荧光检测技术，通过对钻井返回的岩屑照射紫外光，了解地层中是否含有岩屑，从而判断地层的生油与储运特性。 常规荧光检测技术作为地质录井技术的一种方法，是现场将岩屑样品装入暗腔中照射紫外线灯管，用肉眼观察岩屑的荧光现象(颜色和等级)。 由于常规荧光的局限性，常规荧光灯不能用波长365nm的紫外光照射石油，从而激发轻油的荧光进入一盏茶。 用肉眼观察只能看到波长为410nm的可见光，但由于轻质油、煤油、凝析油发出的荧光波长不足400nm的不可见光，因此用通常的荧光测量方法无法观察到，轻质油、煤油、凝析油的表示层容易脱落。 常规荧光录井采用

2、三氯甲烷或四氯化碳进行了一系列比较，三氯甲烷对人体健康有害，四氯化碳具有消光荧光的作用，使仪器的检测灵敏度降低，并不是理想的荧光试剂。 常规荧光录井不能消除泥浆中荧光有机添加剂的荧光干扰作用，特殊施工井影响了地质资料的正确采用。 普通荧光用肉眼观察描述，人为影响因素过大。 定量荧光录井是一种在石油钻井中利用荧光录井仪定量测定岩样中石油荧光强度，利用相邻井同层油的标准工作曲线计算当量烃浓度，根据烃含量的多寡和油质状况判断地层含油情况，进行石油气储层评价的方法。 根据使用的荧光记录仪的类型和方法，荧光记录仪的定量技术也有时会大致给予反映地层中油质的重量的油性指数和含油饱和度等。 定量荧光技术在石油

3、气勘探中的应用现状，美国德士古石油公司在8.0年代后期深入研究荧光录井技术，发表QFT单点定量荧光录井技术的9.0年代初期发表QFT二次元定量荧光录井技术的9.0年代后期发表三次元定量荧光技术TSF。 我国近年来引进该技术的设备，现在仍处于应用技术试验研究的发展阶段。 定量荧光技术在石油气勘探中的应用现状、定量荧光分析技术是近年来发展起来的录井新技术，继承了常规荧光录井方法的优点，弥补了肉眼分辨范围的局限。 定量荧光技术在石油气勘探中的应用现状，目前国际国内石油工业生产使用的荧光记录仪主要有三种类型。 这些个为单点测量型、二次元型、三次元型。 单点荧光分析：定量荧光技术在石油气探测中的应用现状

4、、单点定量荧光记录仪的特征是仪器简单，但可提供的数据信息量极其有限。 单点测量采用定激发波长(254nm )，固定发光波长(320nm )。二次元荧光分析、定量荧光技术在石油气探测中的应用现状，对原QFT荧光计的工作原理加以改进，采用分光技术，将发光波长从原固定的320nm光波变为260-800nm进行波长扫描，给出每次扫描的二次元荧光图(横轴为发光波长，纵轴为荧光强度)。 另外，二次元荧光分析采用定激发波长(254nm )、不定发射波长(200800nm )，可以测定以波长为横轴、荧光强度为纵轴的二次元荧光图，也可以赋予定波长下的荧光强度。二次元荧光分析、定量荧光技术在石油气勘探中的应用现状

5、，可以直观地反映从凝析油瓦斯气体到重油等各种油类的原油油质特征，可以有效地判别天然原油和钻井液添加剂的荧光干扰，可以在钻井现场的环境中使用。、三次元荧光分析、定量荧光技术在石油气勘探中的应用现状、基于与二次元荧光分析同样的原理，激发波长也采用分光技术，不同波长的激发光照射样品后测量不同的二次元光谱，多个二次元光谱重叠后生成三维光谱，经处理后得到样品的荧光指纹图，生成三维荧光仪。 三次元荧光色光谱采用不定激发波长(200800nm )、不定发光波长(260800nm )，可以测定“激发波长发光波长荧光强度”的三次元荧光色光谱。 定量荧光录井对储层性质判断，以及油源对比跟踪等油藏地球化学应用具有较

6、高的价值。荧光录井设备性能比较，第一节荧光录井基本原理，1相关基础理论知识， 1.1电磁波谱-放射性射线0.00050.14nm x-放射性射线0.01-10nm光学区域10nm-500m远紫外真空紫外区域10-200nm 400nm-紫外区域200-400nm 500nm蓝光可视区域400760nm橘红色光近红外区域760nm-2.5m 700nm红外区域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的照射下，电子从基态被吸收为激发状态，从激发状态释放能量而返回基态的反复过程，此时释放的能量是荧光的1.2荧光的发生原理是

7、，当紫外光照射到某种物质时，这些个的物质会发出各种颜色和强度的光，当紫外光停止照射时，这种光也会消失，物质发出的这种光称为荧光。 1.2从荧光的发生原理、传统理论以及分子结构方面来看，有机物发生荧光的基本条件是分子间存在共轭键，并且共轭键的共轭度越大，发生荧光强度越大，荧光峰沿波长的方向移动。 原油中的荧光物质(芳香族烃等)存在1n个共轭键，吸收电磁辐射会扰乱内部的电子结构，变成激发状态，回到原来的状态会发出光，放出过剩的能量产生荧光。 其发光的颜色是石油所具有的荧光色，根据能量的不同，发出荧光的波长也不同。 石油中荧光物质及其诱导体的浓度越大，其光电子数越多，荧光的浓度也越大。 定量荧光记录

8、井的检测值是构成石油气化合物的荧光，不同荧光物质的构成，荧光强度值、波长、光谱特性不同。 荧光物质的种类和含量决定了检测值的大小和范围。 1.2荧光的产生原理，美国德克萨斯州AM高等院校的研究成果显示，石油荧光的大部分在肉眼观察范围之外，这一结论改变了凝析油和轻油的大部分不荧光的传统观念。 进一步研究和实验表明，荧光不仅仅是芳香族化合物。 饱和烃、非碳氢化合物、沥青胶质在一定的激发条件下也能发出荧光。 1.2荧光的发生原理、定量荧光记录仪的检测反应历程是指，当来自激发光源的紫外光激发(碰撞)石油物质时，具有荧光性的物质分子吸收光能，从基态(稳定状态)变化到激发状态(不稳定状态)，处于激发状态的

9、分子放出光子，再次返回分子基态是荧光的发生过程分子从激发态回到基态时释放的能量以光的形式表现，这些个的光信息由检测器接受并记录，这些个的记录是荧光强度和释放波长。 1.3荧光强度计算表明，根据朗贝尔定律，荧光物质为低浓度(可测浓度)，荧光强度与荧光物质的浓度成比例：Int荧光强度； IO激发发光强度； r荧光的相对效率； 荧光分子的摩尔消光系数； l被检测溶液的通路长度c为发出荧光的分子的浓度。另外，在荧光分析中，对于某个特定的分子，由于荧光分析计用的Io和l的值一定，所以荧光强度f的变化仅与混合物的浓度c有关，荧光强度与混合浓度成比例地变化。 1.4荧光猝灭现象，荧光物质是较低的浓度(可测量

10、的浓度)，荧光强度与荧光物质的浓度成比例，物质的浓度上升到一定的值后，就不符合这个规则。 当荧光物质的浓度达到一定的数值时，荧光强度INT随着浓度c的变大而规则模糊(直线变缓)，直到线性关系结束进入不能测定的浓度阶段，将此时由于浓度过大而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。 此时迁移的电子回到基态时释放的能量被其他基态的电子吸收。 当浓度增大到某个数值时，荧光强度开始急剧下降，荧光从抑制阶段进入猝灭阶段，将荧光强度开始下降的浓度点称为猝灭点。 1.4荧光猝灭现象，不同荧光物质具有不同的荧光抑制点和不同的荧光消光点应在实际工作中引起注意。不同荧光物质的消光点(LYCB

11、)、1.4荧光猝灭现象、荧光猝灭、广义上是指降低某一特定荧光物质的荧光强度或降低荧光量子产率的作用。 狭义上，荧光猝灭是指导致荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子之间产生的荧光强度降低的物理性或化学性作用过程。 与荧光物质分子相互作用引起荧光强度降低的物质叫做荧光淬灭剂。 1.5荧光色光谱、荧光色光谱表示发光荧光中的各种波长成分的组成及其相对强度。 荧光色光谱被用于识别荧光物质，这成为在荧光测量时选择适当的测定波长和滤光器的依据。1.5荧光色光谱，激励光的波长保持一定，从荧光物质发出的荧光通过发光过滤烟嘴向检测器照射，扫描发光过滤烟嘴，检测在各波长下对应的荧光强度。 用记录仪记录荧光强度与发光波长

12、的关系曲线，得到的图像称为二次元荧光色光谱。 1.5荧光色光谱、荧光物质在某激发光波长下荧光强度能够达到最大值(峰值)，此时的激发光波长称为最佳激发光波长(BestEx )，将发光波长称为最佳发光波长(BestEm )，还是将主峰波长对应的荧光强度称为最佳荧光强度INTmax 、1.5使荧光色光谱、激发光的波长发生计程仪变化，将荧光物质发出的荧光通过发光过滤器照射到检测器上，用各激发光的波长对发光过滤器进行扫描，检测各波长对应的荧光强度。 并且，通过用记录仪记录荧光强度相对于发光波长的关系曲线，可以得到激发光波长的发光波长荧光强度的三次元荧光色光谱图。 三次元定量荧光测量表示荧光物质的发光范围

13、整体的“丘”状的三次元立体图形，描绘荧光物质的发光的全貌。 荧光强度Int最大时(顶点)，即Int=Intmax时，激发光波长为最佳Ex=BestEx，此时的发光光波长为最佳Em=BestEm。 1.6石油气检测三次元荧光色光谱的特征，不同荧光物质之间存在成分、结构、相态等差异，引起各荧光物质在特定浓度下具有其特殊光谱的特征，该特征可用于识别某物质的存在。 在以发现和评价石油气层为目的的三次元荧光检测中，荧光物质的特征光谱成为实施评价的依据。a的顶点数的单一成分的荧光物质具有最佳的激发光波长的发光波长的荧光强度值，形成单峰频谱图。 多个成分被混合的情况以及表现为多组峰值频谱图。 b顶部形状成分

14、越是单一的荧光物质，其峰形状越尖，指纹被复面越小。、单组分单峰频谱图、混合物质多峰频谱图、1.6.1峰值掌门人的特征、c峰值位置：(也称为峰值位置)、峰值掌门人位于Ex、Em二次元平面坐标系的坐标位置由BestEx、BestEm表示。 Em nm，1.6.2峰值区域的区分：、260，270，280，290，300，310，320，330，340，360，350，370，380，390，400，410，420，430 280，300，310，320，330，340，350，360，370，Ex nm，第一峰值区域(A1) :Ex 320 nm Em 365 nm，第三峰值区域(A3) :Ex 3

15、20 nm Em 365 nm，第二峰值区域(A2) :ex 饱和烃和个别凝析油的稀释样品在a-1显示两个峰。 样品浓度过高时，芳香族烃在第三峰区域(A3)显示峰。 稀释后，峰值立即向A1移位。 非烃、沥青胶质在这个区域可以显示出峰值。 一些非烃物质在这个区域可以显示出峰值。1.7定量荧光显示的定义是：在样本浓度低于抑制点(c )的情况下，对于单点、二次元和三次元定量荧光检测，此样本全部可测量，在此情况下，样本浓度称为可测量浓度。 为了保证定量荧光记录仪对样品的可测性，必须采用样品的稀释规则和荧光强度测量值INT的恢复规则。 像LYCB定量荧光仪一样，在某个样品测定了INTmaxl500lyc

16、时，如果稀释到Intmax1500lyc，则测定的强度值INTmax乘以稀释倍率成为实际的样品的荧光强度值(恢复INTmax )。 为了尽量避免稀释效果，在INTmax200lyc中不进行稀释。 1.7定量荧光显示的定义， 三次元定量荧光计将可以测量浓度的样品的荧光强度值定义如下：出现在第一峰值区域的峰值Al Intmax200lyc无荧光显示200Al Intmax500lyc荧光显示微弱500Al Intmax1000lyc荧光显示弱1000Al Intmax1500lyc 为了区分Intmax1500 lyc荧光显示强度、地层中的石油气荧光显示，将可测量的浓度样本出现在第二、第三峰值区域

17、的荧光峰值定义为无荧光(石油气)显示。1.8石油族成分的荧光特性、1.8.1芳烃的荧光特性、原油产生荧光的物质主要是芳烃化合物，芳烃化合物的种类和含量直接影响原油的荧光表现特征。 目前石油中鉴定的芳烃基本类型为苯(一环CnH2n-6型)、萘(二环CnH2n-12型)、菲和蒽(三环CnH2n-18型)、苯并蒽和屈原(四环CnH2n-24型)，其中苯各类主要分子往往不是母体，烷基诱导体如CnH2n-6型的主要分子不是苯，而是甲苯。 原油、天燃气油源不同，性质不同，这些个化合物种类、组合和含量不同。 定量荧光检验可以使用二次元光谱和同步扫描技术从波长范围中的位置定量地确定并鉴别。1.8石油族成分的荧光特性、1.8.1芳香族烃的荧光特性、苯族化合物(单环):在波长290-310nm的位置出现的萘族化合物(双环):在波长320nm的位置出现的菲族化合物(3.4员环):发光波长370-380nm的缩合芳香族烃(5元环) 1.8石油族成分的荧光特性、1.8.1芳香族