三維熒光光譜分析技術(shù)和應(yīng)用

沈海東，白玉洪，鄭 華

（中石化海洋石油工程有限公司上海特殊作業(yè)分公司，上海 200137）

三維熒光光譜分析技術(shù)和應(yīng)用

沈海東，白玉洪，鄭 華

（中石化海洋石油工程有限公司上海特殊作業(yè)分公司，上海 200137）

三維熒光的熒光光譜分析技術(shù)解決了鉆井液添加劑、芳烴化合物的問題，改進了傳統(tǒng)的熒光錄井技術(shù)的局限性。芳烴化合物是原油、烴源巖、油田水有機組分中的重要組成部分。通過對不同類型樣品的三維熒光光譜圖的分析，可以進行油油對比、油源對比等石油地質(zhì)研究工作，展現(xiàn)了三維熒光光譜技術(shù)在油氣勘探中具有良好的應(yīng)用前景。

三維熒光；油氣勘探；應(yīng)用

傳統(tǒng)的熒光錄井技術(shù)是用肉眼觀察巖屑熒光顏色及強弱，用對比方法對巖屑（含烴）定性地給出熒光級別，該方法雖然應(yīng)用簡潔， 但存在的致命缺陷是不能排除鉆井液添加劑的影響，容易漏失部分輕質(zhì)油。為了解決該類問題，誕生了三維熒光光譜分析技術(shù)。該技術(shù)靈敏度高，對芳烴化合物具有獨特的檢測能力。而芳烴化合物是原油、烴源巖、油田水有機組合中的重要組成部分。通過近幾年來的工作研究認(rèn)為，三維熒光光譜技術(shù)可以應(yīng)用于眾多石油地質(zhì)研究領(lǐng)域，東海西湖凹陷從TT12-1-1井開始，以及目前在南海潿西南凹陷進行了多口井現(xiàn)場三維熒光巖屑分析，取得了良好的效果，展現(xiàn)了三維熒光光譜技術(shù)在油氣勘探中的良好前景。

1 解釋評價原理

熒光的產(chǎn)生是由于熒光物質(zhì)在受光激發(fā)后可發(fā)射出較受光波長長的光譜。三維熒光光譜所檢測的熒光強度（F）分別與激發(fā)波長（Ex）和發(fā)射波長（Em）有關(guān)，三者的關(guān)系可通過三維熒光光譜分析的立體譜圖表示，也可以投影成等值線譜圖。

參數(shù)意義：激發(fā)波長（Ex）指儀器光源所發(fā)射出的紫外—可見光的波長，單位為nm；發(fā)射波長（Em）指烴類物質(zhì)吸收紫外—可見光后所發(fā)射出光的波長，單位為nm；熒光強度（F）指發(fā)射熒光的光的強度。

2 鉆井液添加劑的識別

不同的添加劑和油質(zhì)存在不同的最佳激發(fā)波長和發(fā)射接收波長，從圖譜中很直觀地區(qū)分出不同的熒光物質(zhì)。通過三維熒光光譜技術(shù)分析，鉆井液添加劑的識別更容易和準(zhǔn)確。對原油、鉆井液添加劑進行精細圖譜指紋分析，更加清晰地區(qū)分真假油氣顯示，解決了鉆井液添加劑中有機物的熒光干擾和混油等問題（圖1、圖2）。

圖1 添加劑磺化瀝青

圖2 磺化瀝青+中質(zhì)油

3 油氣性質(zhì)識別

我國主要含油氣盆地的幾十個原油樣品的三維熒光光譜分析成果表明，不同原油和天然氣的三維熒光光譜既具有共性又有各自的特點[1-2]（表1）。

同時不同性質(zhì)的油氣，隨著由氣到油、由輕質(zhì)油到重質(zhì)油的變化，其特征峰的發(fā)射波長由短波長向長波長方向移動。一般而言，針對某一區(qū)域原油樣品的三維熒光光譜激發(fā)波長和發(fā)射波長分析，首先應(yīng)確定其激發(fā)波長與發(fā)射波長范圍作為識別不同油質(zhì)的依據(jù)。對于相同油質(zhì)原油樣品而言，由于具體組成成分的不用，其密度稍有差別的原油樣品反映在三維熒光光譜上的熒光最佳激發(fā)波長和發(fā)射波長也有差異。

根據(jù)魯法偉[3]等人對西湖凹陷測試與三維熒光光譜數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出凝析氣層和輕質(zhì)油層三維圖譜特征，從三維等值圖中可以看出：凝析氣層主峰的最佳激發(fā)波長為270 ～ 290 nm、最佳發(fā)射波長為300 ～ 325 nm，在此范圍內(nèi)出現(xiàn)的主峰稱為凝析氣層峰（圖3）；輕質(zhì)油層主峰的最佳激發(fā)波長為280 ～ 290 nm、最佳發(fā)射波長為325 ～ 340 nm，在此范圍內(nèi)出現(xiàn)的主峰稱為輕質(zhì)油層峰（圖4）。

4 油油對比及油源對比

表1 不同原油和天然氣的三維熒光光譜圖特征

由于不同性質(zhì)的原油或不同烴源巖生成的油氣性質(zhì)具有差異性，因此根據(jù)原油、烴源巖等不同樣品的三維熒光光譜圖特征，通過對體現(xiàn)樣品成分和組分方面微觀特征的峰位置、閉合圈疏密和閉合圈形狀的分析，進而開展油油對比、油源對比等工作[4]。

潿西南凹陷潿11-5構(gòu)造中W11-5W（W4井）和潿11-5S（W6井）斷塊屬于相鄰斷塊。圖5為W4井潿3段原油三維熒光光譜圖，圖6為W6井潿3段巖屑殘余油三維熒光光譜圖，根據(jù)三維熒光光譜圖特征及與石油地質(zhì)資料的綜合分析認(rèn)為，圖5和圖6均屬于單烴源原油的三維熒光光譜圖，從而證明不同油藏中的原油來源于相同的生油凹陷或相同的生油層位。

東海西湖凹陷孔雀亭構(gòu)造、秋月構(gòu)造和碧松亭構(gòu)造屬于相鄰構(gòu)造。圖7為孔雀亭構(gòu)造KQT4井原油的三維熒光光譜圖，圖8為秋月構(gòu)造QY2井原油的三維熒光光譜圖，通過分析圖7和圖8均屬于單烴源原油的三維熒光光譜圖，油源來自于相同的生油凹陷或者生油層位，而圖9碧松亭構(gòu)造BST1井巖屑殘余油則不同，因此根據(jù)不同原油三維熒光光譜圖的特征進行含油氣系統(tǒng)的劃分，同時可以開展油氣運聚方向研究，為油氣勘探工作提供了豐富的地球化學(xué)資料。

圖3 凝析氣層峰

圖4 輕質(zhì)油層峰

圖5 W4井原油三維熒光光譜圖

圖6 W6井巖屑殘余油三維熒光光譜圖

圖7 KQT4井原油三維熒光光譜圖

圖8 QY2井原油三維熒光光譜圖

圖9 BST1井巖屑殘余油三維熒光光譜圖

5 厘定古油水界面

三維熒光技術(shù)應(yīng)用于相關(guān)油氣成藏過程研究，比如古今油水界面的厘定等方面具有廣泛的應(yīng)用前景[5]。

從圖10電測曲線得出3 013 ～ 3 023 m為輕質(zhì)油層，3 023 m往下為水層；從右側(cè)熒光峰值分析，3 013 ～ 3 033 m峰值在600 ～ 900左右，而3 013～ 3 023 m段峰值較3 023 ～ 3 033 m略高，3 033 m往下其值為300左右，通過數(shù)據(jù)分析，明確得出3 033 m為油藏的古油水界面深度。

6 油氣成熟度評價

根據(jù)三維熒光光譜強度與芳烴含量成正比，而三維熒光光譜強度、芳烴含量與API成反比的原理，如果在鉆井剖面中連續(xù)進行三維熒光光譜分析，將發(fā)現(xiàn)隨著鉆井深度的增加，有機質(zhì)內(nèi)未成熟向成熟階段轉(zhuǎn)化時，三維熒光光譜強度增加，樣品的成熟度增加，有機質(zhì)熱解增加，原油產(chǎn)率增加；當(dāng)有機質(zhì)由成熟向過成熟轉(zhuǎn)化時，三維熒光光譜強度將變小，從而很容易地判斷油氣成熟度[6]界面。

圖10 TT12-1-1井應(yīng)用三維熒光技術(shù)確定殘留油水界面示意圖

圖11 為TT12-1-1井花港組和平湖組上段隨深度增加泥巖三維熒光峰值的變化圖，從圖中可見，花港組上段底部泥巖熒光峰值（F）大于300時表明已經(jīng)進入成熟階段。

7 存在的問題

從東海西湖凹陷、南海潿西南凹陷多口井的應(yīng)用實踐來看，三維熒光光譜分析法在液態(tài)烴的檢測方面靈敏度確實很高，是一種有效的定量地層評價方法。在儀器的使用和資料的解釋上還有許多需要研究和解決的問題。突出表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）資料影響因素多

熒光分析的樣品是巖心、巖屑和井壁取心的樣品，因此能否錄取到有代表性的巖石樣品是熒光錄井的首要前提。樣品類別、巖性、巖石的破碎程度、膠結(jié)程度、泥質(zhì)含量及泥漿性能等因素對分析數(shù)值都有一定的影響，在進行資料解釋的過程中應(yīng)充分考慮到這些影響因素。

（2）樣品分析量少、代表性較差

熒光分析的樣品用量一般為1g巖屑粉末，使分析數(shù)值帶有很大的片面性，不足以全面地反映一些均質(zhì)性較差的儲層內(nèi)的流體性質(zhì)，應(yīng)結(jié)合其它錄井資料綜合評價。

圖11 TT12-1-1井泥巖三維熒光峰值變化圖

（3）資料應(yīng)用思路的甄別

熒光分析檢測的是樣品中液態(tài)烴的含量，在油氣顯示較好的井段通常熒光檢測值也較高，但熒光強度值不能用來反映地下儲層的生產(chǎn)能力，不能單純地以熒光強度值的高低來評價地下儲層性質(zhì)，應(yīng)根據(jù)實際情況區(qū)別對待、靈活運用。

綜上所述，通過對不同樣品的三維熒光光譜的分析，可以進行鉆井液添加劑的識別、油氣信息識別、油油對比、油源對比等方面的石油地質(zhì)研究工作[7]；同理，三維熒光光譜技術(shù)也可以解決原油成熟度等其他石油地質(zhì)方面的問題。但是在現(xiàn)場對樣品分析的過程中，資料的解釋和運用方法還需要在實踐中進一步的摸索和拓展?？傊S著研究的不斷深入，三維熒光光譜技術(shù)在油氣勘探中將發(fā)揮重要作用。

[1]李武， 雍克嵐. 三維熒光光譜指紋技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 石油勘探與開發(fā)， 1996， 23（4）： 32-34.

[2]費琪. 成油體系分析與模擬[M]. 北京： 高等教育出版社，2001.

[3]李偉， 劉濟民， 陳曉紅. 吐魯番坳陷油田水地化特征及其石油地質(zhì)意義[J]. 石油勘探與開發(fā)， 1994， 21（5）： 12-18.

[4]李偉. 塔里木盆地油田水有機地球化學(xué)特征分類及其石油地質(zhì)意義[J]. 石油勘探與開發(fā)， 1995， 22（6）： 30-35.

[5]李偉， 李小地. 應(yīng)用油田水地球化學(xué)及流體勢追蹤油氣運聚途徑[J]. 石油勘探與開發(fā)， 1996， 23（6）： 34-37.

[6]李武， 宋繼海， 胡斌. 三維熒光光譜技術(shù)在油氣勘探中的應(yīng)用[J]. 海洋地質(zhì)動態(tài)， 2009， 25（12）： 13-18.

[7]宋繼梅， 唐碧蓮. 原油樣品的三維熒光光譜特征研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析， 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

沈海東，男，1985年生，本科，工程師，主要從事地質(zhì)錄井工作。E-mail：972818988@qq.com。