三维荧光光谱分析技术和应用

沈海东，白玉洪，郑 华

（中石化海洋石油工程有限公司上海特殊作业分公司，上海 200137）

三维荧光光谱分析技术和应用

沈海东，白玉洪，郑 华

（中石化海洋石油工程有限公司上海特殊作业分公司，上海 200137）

三维荧光的荧光光谱分析技术解决了钻井液添加剂、芳烃化合物的问题，改进了传统的荧光录井技术的局限性。芳烃化合物是原油、烃源岩、油田水有机组分中的重要组成部分。通过对不同类型样品的三维荧光光谱图的分析，可以进行油油对比、油源对比等石油地质研究工作，展现了三维荧光光谱技术在油气勘探中具有良好的应用前景。

三维荧光；油气勘探；应用

传统的荧光录井技术是用肉眼观察岩屑荧光颜色及强弱，用对比方法对岩屑（含烃）定性地给出荧光级别，该方法虽然应用简洁， 但存在的致命缺陷是不能排除钻井液添加剂的影响，容易漏失部分轻质油。为了解决该类问题，诞生了三维荧光光谱分析技术。该技术灵敏度高，对芳烃化合物具有独特的检测能力。而芳烃化合物是原油、烃源岩、油田水有机组合中的重要组成部分。通过近几年来的工作研究认为，三维荧光光谱技术可以应用于众多石油地质研究领域，东海西湖凹陷从TT12-1-1井开始，以及目前在南海涠西南凹陷进行了多口井现场三维荧光岩屑分析，取得了良好的效果，展现了三维荧光光谱技术在油气勘探中的良好前景。

1 解释评价原理

荧光的产生是由于荧光物质在受光激发后可发射出较受光波长长的光谱。三维荧光光谱所检测的荧光强度（F）分别与激发波长（Ex）和发射波长（Em）有关，三者的关系可通过三维荧光光谱分析的立体谱图表示，也可以投影成等值线谱图。

参数意义：激发波长（Ex）指仪器光源所发射出的紫外—可见光的波长，单位为nm；发射波长（Em）指烃类物质吸收紫外—可见光后所发射出光的波长，单位为nm；荧光强度（F）指发射荧光的光的强度。

2 钻井液添加剂的识别

不同的添加剂和油质存在不同的最佳激发波长和发射接收波长，从图谱中很直观地区分出不同的荧光物质。通过三维荧光光谱技术分析，钻井液添加剂的识别更容易和准确。对原油、钻井液添加剂进行精细图谱指纹分析，更加清晰地区分真假油气显示，解决了钻井液添加剂中有机物的荧光干扰和混油等问题（图1、图2）。

图1 添加剂磺化沥青

图2 磺化沥青+中质油

3 油气性质识别

我国主要含油气盆地的几十个原油样品的三维荧光光谱分析成果表明，不同原油和天然气的三维荧光光谱既具有共性又有各自的特点[1-2]（表1）。

同时不同性质的油气，随着由气到油、由轻质油到重质油的变化，其特征峰的发射波长由短波长向长波长方向移动。一般而言，针对某一区域原油样品的三维荧光光谱激发波长和发射波长分析，首先应确定其激发波长与发射波长范围作为识别不同油质的依据。对于相同油质原油样品而言，由于具体组成成分的不用，其密度稍有差别的原油样品反映在三维荧光光谱上的荧光最佳激发波长和发射波长也有差异。

根据鲁法伟[3]等人对西湖凹陷测试与三维荧光光谱数据分析，总结出凝析气层和轻质油层三维图谱特征，从三维等值图中可以看出：凝析气层主峰的最佳激发波长为270 ～ 290 nm、最佳发射波长为300 ～ 325 nm，在此范围内出现的主峰称为凝析气层峰（图3）；轻质油层主峰的最佳激发波长为280 ～ 290 nm、最佳发射波长为325 ～ 340 nm，在此范围内出现的主峰称为轻质油层峰（图4）。

4 油油对比及油源对比

表1 不同原油和天然气的三维荧光光谱图特征

由于不同性质的原油或不同烃源岩生成的油气性质具有差异性，因此根据原油、烃源岩等不同样品的三维荧光光谱图特征，通过对体现样品成分和组分方面微观特征的峰位置、闭合圈疏密和闭合圈形状的分析，进而开展油油对比、油源对比等工作[4]。

涠西南凹陷涠11-5构造中W11-5W（W4井）和涠11-5S（W6井）断块属于相邻断块。图5为W4井涠3段原油三维荧光光谱图，图6为W6井涠3段岩屑残余油三维荧光光谱图，根据三维荧光光谱图特征及与石油地质资料的综合分析认为，图5和图6均属于单烃源原油的三维荧光光谱图，从而证明不同油藏中的原油来源于相同的生油凹陷或相同的生油层位。

东海西湖凹陷孔雀亭构造、秋月构造和碧松亭构造属于相邻构造。图7为孔雀亭构造KQT4井原油的三维荧光光谱图，图8为秋月构造QY2井原油的三维荧光光谱图，通过分析图7和图8均属于单烃源原油的三维荧光光谱图，油源来自于相同的生油凹陷或者生油层位，而图9碧松亭构造BST1井岩屑残余油则不同，因此根据不同原油三维荧光光谱图的特征进行含油气系统的划分，同时可以开展油气运聚方向研究，为油气勘探工作提供了丰富的地球化学资料。

图3 凝析气层峰

图4 轻质油层峰

图5 W4井原油三维荧光光谱图

图6 W6井岩屑残余油三维荧光光谱图

图7 KQT4井原油三维荧光光谱图

图8 QY2井原油三维荧光光谱图

图9 BST1井岩屑残余油三维荧光光谱图

5 厘定古油水界面

三维荧光技术应用于相关油气成藏过程研究，比如古今油水界面的厘定等方面具有广泛的应用前景[5]。

从图10电测曲线得出3 013 ～ 3 023 m为轻质油层，3 023 m往下为水层；从右侧荧光峰值分析，3 013 ～ 3 033 m峰值在600 ～ 900左右，而3 013～ 3 023 m段峰值较3 023 ～ 3 033 m略高，3 033 m往下其值为300左右，通过数据分析，明确得出3 033 m为油藏的古油水界面深度。

6 油气成熟度评价

根据三维荧光光谱强度与芳烃含量成正比，而三维荧光光谱强度、芳烃含量与API成反比的原理，如果在钻井剖面中连续进行三维荧光光谱分析，将发现随着钻井深度的增加，有机质内未成熟向成熟阶段转化时，三维荧光光谱强度增加，样品的成熟度增加，有机质热解增加，原油产率增加；当有机质由成熟向过成熟转化时，三维荧光光谱强度将变小，从而很容易地判断油气成熟度[6]界面。

图10 TT12-1-1井应用三维荧光技术确定残留油水界面示意图

图11 为TT12-1-1井花港组和平湖组上段随深度增加泥岩三维荧光峰值的变化图，从图中可见，花港组上段底部泥岩荧光峰值（F）大于300时表明已经进入成熟阶段。

7 存在的问题

从东海西湖凹陷、南海涠西南凹陷多口井的应用实践来看，三维荧光光谱分析法在液态烃的检测方面灵敏度确实很高，是一种有效的定量地层评价方法。在仪器的使用和资料的解释上还有许多需要研究和解决的问题。突出表现在以下几个方面：

（1）资料影响因素多

荧光分析的样品是岩心、岩屑和井壁取心的样品，因此能否录取到有代表性的岩石样品是荧光录井的首要前提。样品类别、岩性、岩石的破碎程度、胶结程度、泥质含量及泥浆性能等因素对分析数值都有一定的影响，在进行资料解释的过程中应充分考虑到这些影响因素。

（2）样品分析量少、代表性较差

荧光分析的样品用量一般为1g岩屑粉末，使分析数值带有很大的片面性，不足以全面地反映一些均质性较差的储层内的流体性质，应结合其它录井资料综合评价。

图11 TT12-1-1井泥岩三维荧光峰值变化图

（3）资料应用思路的甄别

荧光分析检测的是样品中液态烃的含量，在油气显示较好的井段通常荧光检测值也较高，但荧光强度值不能用来反映地下储层的生产能力，不能单纯地以荧光强度值的高低来评价地下储层性质，应根据实际情况区别对待、灵活运用。

综上所述，通过对不同样品的三维荧光光谱的分析，可以进行钻井液添加剂的识别、油气信息识别、油油对比、油源对比等方面的石油地质研究工作[7]；同理，三维荧光光谱技术也可以解决原油成熟度等其他石油地质方面的问题。但是在现场对样品分析的过程中，资料的解释和运用方法还需要在实践中进一步的摸索和拓展。总之，随着研究的不断深入，三维荧光光谱技术在油气勘探中将发挥重要作用。

[1]李武， 雍克岚. 三维荧光光谱指纹技术应用研究[J]. 石油勘探与开发， 1996， 23（4）： 32-34.

[2]费琪. 成油体系分析与模拟[M]. 北京： 高等教育出版社，2001.

[3]李伟， 刘济民， 陈晓红. 吐鲁番坳陷油田水地化特征及其石油地质意义[J]. 石油勘探与开发， 1994， 21（5）： 12-18.

[4]李伟. 塔里木盆地油田水有机地球化学特征分类及其石油地质意义[J]. 石油勘探与开发， 1995， 22（6）： 30-35.

[5]李伟， 李小地. 应用油田水地球化学及流体势追踪油气运聚途径[J]. 石油勘探与开发， 1996， 23（6）： 34-37.

[6]李武， 宋继海， 胡斌. 三维荧光光谱技术在油气勘探中的应用[J]. 海洋地质动态， 2009， 25（12）： 13-18.

[7]宋继梅， 唐碧莲. 原油样品的三维荧光光谱特征研究[J]. 光谱学与光谱分析， 2000， 20（1）： 115-118.

Three Dimensional Fluorescence Spectrum Analysis Technology and Application

SHEN Haidong, BAI Yuhong, ZHENG Hua
（Shanghai Special Operation Division of SINOPEC Offshore Oil fi eld Engineering Company, Shanghai 200137, China）

Three dimensional fl uorescence spectrum analysis technology has solved the problems of drilling fl uid additives and aromatic compounds, and changed the limitation of traditional fl uorescence logging technology. Aromatic compounds are an important component of crude oil, source rock and oil fi eld water. Through the analysis of three dimensional fl uorescence spectrum for different types of samples, petroleum geology research such as oil correlation and oil source correlation can be done, which has good application prospect in oil and gas exploration.

Three dimensional fl uorescence spectrum; oil and gas exploration; application

P631.6+4

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.02.061

1008-2336（2017）02-0061-05

2017-01-23；改回日期：2017-05-15

沈海东，男，1985年生，本科，工程师，主要从事地质录井工作。E-mail：972818988@qq.com。