三维定量荧光在发现油气显示方面的应用

宋小林 周石（渤海钻探第二录井公司,河北 任丘 062550)

杨会鹏 崔洁(华北油田第五采油厂,河北 辛集 052360）

在钻遇复杂地层、深井或超深井时，为了降低工程事故、保护井壁和油气层，常常在钻井液中加入原油、柴油、润滑剂、解卡剂和堵漏剂等有机添加剂，这些添加剂在紫外光的照射下，发出的荧光强度不等。二维定量荧光由于技术的局限性不能充分识别出是何种添加剂污染，给录井油气显示识别造成一定的困扰。实践证明：不同的油质和添加剂存在不同的最佳激发波长和发射波长。二维定量荧光采用的激发波长为254nm，只能单点激发，形成的谱图也较单一。三维定量荧光录井技术使用的激发波长为200-800nm，可任意选择激发波长段，所以包含了不同油质和添加剂的最佳激发波长和最佳接收波长。它采取立体图和指纹图两种形式，直观地区分出油气和泥浆添加剂，既保证了中质油和重质油不易漏失，又能充分区分添加剂的荧光干扰，因而能充分体现荧光物质的全貌。因此三维定量荧光技术既能满足建设方加快的钻探节奏，又能保证快速钻进条件下的录井质量和储层的快速识别与评价，为深井钻探提速奠定了技术基础。

1 三维定量荧光的技术原理

1.1 理论基础

原油族组分由烷烃、环烷烃、芳香烃和非烃四部分组成，其中以芳香烃为主的组分在紫外光照射下能发出较强的荧光。三维定量荧光就是利用这一特殊现象，通过仪器用不同的激发光波长（Ex）对样品进行连续激发扫描，分别接收不同波长的发射光（Em）（荧光），这些不同波长的发射光表现出不同的荧光强度（Int），从而对样品进行测定。Ex、Em、Int三个参数则构成三维定量荧光研究的三个基本要素。

1.2 工作原理

工作时，由灯源氙灯发射出的光束照射EX分光器，EX分光器每转动一个角度允许一种波长的光通过，连续转动使不同波长的光连续通过照射到样品池，池中的荧光物质吸收激发光后，其原子核外的电子发生能量跃迁到高能态，再由高能态回到稳态时，以荧光的形式释放出能量。荧光由大孔径非球面镜的聚光及EM分光散射后照射于光电倍增管上，此管把光信号转换成电信号，电信号经过放大送至计算机处理，然后再以数字显示或图谱打印的形式提供给用户。

2 三维定量荧光的技术优势

2.1 三维定量荧光录井软件相对于二维定量荧光软件较为成熟，增加了图谱积分、图谱对比和图谱文本的输出功能，在实际应用中可根据需要选择二维检测模式或者三维检测模式，使用方式多变，可操作性强。

2.2 二维定量荧光仪的激发波长为254nm，适合轻质油的检测工作，但对中质油、重质油和钻井液添加剂的检测来说因线性范围太窄而检测不出来。三维定量荧光激发波长范围较广为200-800nm，采取多点连续激发方式，在遇到精细评价油气显示、混入泥浆添加剂或者处理事故混油时可做三维立体精细分析，其灵敏度高，灵活性和实用性强。

2.3 二维定量荧光图谱为一条平面曲线图形，反馈的信息有限。三维定量荧光图谱可视为多条二维图谱的集合，以立体图和指纹图的形式反映样品荧光的全部特征，且根据具体需要可提取出不同波长的二维平面曲线图谱，得到任意曲线下的荧光强度、含油浓度、荧光级别、油性指数等井类参数，用户根据这些参数可评价油气层的含油级别。

3 在发现油气显示方面的应用

随着复合钻井技术的发展和PDC钻头的使用，为了保护地层、提高钻速和防止工程事故的发生，钻井液中常常混入大量有机添加剂，这些添加剂直接影响到现场录井资料的准确性，进而影响到录井油气层的准确评价。三维定量荧光录井技术通过立体图和指纹图的差减来扣除添加剂或混油的影响，从而形象地还原地层显示的真实面目，分辨出真假油气显示，确保油气层的取全取准。

3.1 排除污染，准确识别真显示

3.1.1 冀东油田NB-20井钻进至5000米时混入原油1.2t，于5130m处发生气侵，气测全烃值达100%，气测和岩屑录井均无法判别是否为油气显示。采用三维定量荧光分析邻井油样图谱，其主峰波长为370nm，混入原油主峰波长为470nm，5540m的岩屑图谱与混入原油图谱一致，证明其显示为假显示。对5542m--5554m岩屑进行三维荧光分析：中质峰逐渐增高，呈现双峰特征，判断5542-5554m为真显示。试油压裂2mm油嘴防喷，日产原油3.86方，水17.28方，结论证实本层为差油层。

3.1.2 华北油田L-36x井在钻至井深1560m时，为保证顺利钻进，钻井液中加入了大量渣油，气测录井全烃值异常高，无法辨别是否为地层真显示，用三维荧光分析邻井原油图谱主峰波长为285nm，未受污染井段岩屑主峰波长与邻井原油一致，为真实地层显示。受污染井段岩屑图谱则无峰形，得出结论为该段地层无显示。为了验证该结论的有效性，建设方又进行了二次井壁取芯，再次用三维荧光对所取壁芯进行扫描分析，与之前对污染井段的岩屑扫描图形一致无任何峰形，不仅证实了下部地层气测异常均为泥浆污染所致，而且验证了三维荧光在排除污染、确认有无显示上的技术优势和技术可靠性。

3.2 高度灵敏性，发现微弱油气显示

3.2.1 华北油田X1井是一口深潜山井，在钻至5690m时，气测录井全烃值突然异常高，常规录井普通荧光灯下却未能发现油气层，完钻后根据测井裂缝解释结果建议试油，获得高产：油497.87t，气562558m3，原油密度0.74g/cm3。为了对三维荧光仪进行技术验证，对该井无保护放置1年的岩屑进行三维扫描，发现了大量油气显示层，证明三维荧光可发现极微弱的油气显示，这为录井行业增加了崭新的技术力量。

3.2.2 X2井在钻至奥陶系灰岩地层（3644.0-3646.7m井段）时，现场地质人员利用普通的荧光灯滴照，荧光级别只定为1级或2级，显示级别很低。应用三维定量荧光录井仪测得的荧光强度评价值为245，含油浓度为44-92mg/L，荧光级别都在5级以上（已扣除正己烷的背景值），根据三维定量荧光分析结果解释为油层建议试油，试油日产油39.5t/d，原油密度为0.7785g/cm3，试油结论为油层，从而取全了油气层，这表明了三维定量荧光录井技术在发现微弱油气显示方面，较之常规录井技术有着更大的优势。

4 结语

结论：三维定量荧光录井技术由于其激发和接收波长为200-800nm，因此具有更高的灵敏度、更广的检测范围、更多的图谱表现形式和更丰富的参数信息等特征，较好地弥补了二维荧光录井技术的缺陷和不足，能充分区别出钻井液添加剂的影响，反映出荧光物质的真实面貌。从以上4口井的实际操作中可见，其在发现油气显示的应用上有着独特的优势，给录井工作提供了新的方法和思路。

建议：（1）广泛增设此项技术，和其他录井方法配合使用，充分发挥优势，以便完善录井方法，确保油气层的取全取准。（2）进行纵向和横向对比，多探讨三维定量荧光技术的优势和局限性，为各种情况下的应用提供技术参考，发挥其长处，使其达到最佳的应用效果。

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