激光技術(shù)在錄井工程中的應(yīng)用進(jìn)展分析

萬佳寧(中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司，天津 300400)

1 激光技術(shù)在錄井工程中的應(yīng)用進(jìn)展

1.1 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在錄井工程中的原理及應(yīng)用進(jìn)展

1.1.1 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的原理

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)是近年來運(yùn)用的較為新型的技術(shù)，將其合理、有效的運(yùn)用到錄井工程當(dāng)中，有助于幫助對(duì)物質(zhì)元素的明確。據(jù)了解，激光誘導(dǎo)等離子光譜技術(shù)是此項(xiàng)技術(shù)的又一個(gè)名稱。其原理為：毫焦耳級(jí)能量的激光在準(zhǔn)直聚焦的基礎(chǔ)上通過對(duì)樣品的轟擊由此形成等離子體，待其高溫逐漸下降至正常狀態(tài)后自身能量也能夠得到釋放，基于此，一些波長各異的光波也會(huì)由此發(fā)出。對(duì)于不同元素的等離子體來講，其波長是不同的，即便是同一元素但不同化合價(jià)的等離子體其光波波長也會(huì)存在顯著差異。然后，在光譜儀的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜信號(hào)的采集與整理，并從中分析出樣品各化合價(jià)的各類元素和含量，最后以地層巖性和元素間的相對(duì)應(yīng)關(guān)系為依據(jù)，來保證地層巖性識(shí)別的快速進(jìn)行[1]。

1.1.2 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

錄井工程中應(yīng)用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)是地層元素信息檢驗(yàn)的重要輔助，為了使錄井技術(shù)人員能夠更加便捷的開展相關(guān)工作，施工企業(yè)應(yīng)該著重選擇并應(yīng)用功率最大的激光器，同時(shí)，企業(yè)還要對(duì)樣品臺(tái)實(shí)際功能給予關(guān)注，提升其豐富性。同時(shí)，相關(guān)企業(yè)還要著力于巖性識(shí)別模型的建立，從而為后續(xù)錄井工作的高質(zhì)量展開奠定基礎(chǔ)。據(jù)分析，現(xiàn)下ZY-LLA型激光巖性分析儀具備較為完善的功能，其技術(shù)指標(biāo)為，波長在180 nm和620 nm之間，光學(xué)分辨率0.05 nm，基于同一樣品間隔在24 h的信息檢測(cè)的重復(fù)性誤差＜1.02%，對(duì)于元素含量的檢出極限而言為0.01%，檢測(cè)時(shí)間均在100 ms以內(nèi)。

據(jù)了解，當(dāng)前圍繞錄井中地層元素資料的應(yīng)用開展的研究較多，有的圍繞地層界面卡取進(jìn)行的論述，有的圍繞沉積環(huán)境進(jìn)行的研究。在該技術(shù)運(yùn)用過程中，要始終以考慮下述兩點(diǎn)內(nèi)容為前提，一是錄井剖面建立具有普遍化特點(diǎn)，二是激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)并未對(duì)巖屑樣品提出較高的要求等，這對(duì)于錄井剖面在線化的實(shí)現(xiàn)也具有重要意義，所以，重點(diǎn)應(yīng)該放在元素檢測(cè)和巖性轉(zhuǎn)化闡述上。

通過應(yīng)用得知，LIBS檢測(cè)值并不會(huì)受到巖屑粒徑的影響；若激光強(qiáng)度穿透力較強(qiáng)時(shí)，那么樣品清洗并不會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較為顯著的影響，故可以忽略不計(jì)。將濕樣與干樣進(jìn)行對(duì)比，前者LIBS信息強(qiáng)度明顯弱于后者。為了使檢測(cè)的及時(shí)性得到保障，現(xiàn)場選取清洗后的巖屑濕樣未嘗不是一種有效的方法。在進(jìn)行分析過程中還離不開統(tǒng)計(jì)處理，如異常數(shù)據(jù)的清除、數(shù)據(jù)均值的處理等，還要以此為基礎(chǔ)，促進(jìn)元素—巖性關(guān)系模型的構(gòu)建，從而使巖性識(shí)別更加快速。在巖屑樣品檢測(cè)其全元素含量過程中應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)具有顯著效用，其以地球化學(xué)元素分布特點(diǎn)和效率作為基礎(chǔ)與前提，挑選出與地層巖性相關(guān)的元素?cái)?shù)量達(dá)到了20種以上，除了將其作為特征元素外，還對(duì)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行了運(yùn)用，由此構(gòu)建出了特定區(qū)域巖性識(shí)別模板[2]。

1.2 激光掃描共聚焦技術(shù)在錄井工程中的原理及應(yīng)用進(jìn)展

1.2.1 激光掃描共聚焦技術(shù)的原理

錄井工程中要實(shí)現(xiàn)對(duì)激光掃描共聚焦技術(shù)的高效運(yùn)用，實(shí)際工作過程中就要借助激光器的輔助作用，圍繞樣品表面進(jìn)行掃描，掃描方向?yàn)榭v向，這樣便于工作人員對(duì)激光光源波長的觀察。發(fā)射光源和采集孔是不可分割的整體，這也是實(shí)施掃描的過程中可以清晰觀察到平面上的點(diǎn)的原因所在，而針對(duì)不包含在焦平面范圍內(nèi)的點(diǎn)并不會(huì)對(duì)錄井工程產(chǎn)生影響。同時(shí)，錄井工程中還需要工作人員明確激光束的優(yōu)勢(shì)所在，并以此為基礎(chǔ)盡量使其作用得到最大限度發(fā)揮，這是后續(xù)光學(xué)面形成的基本保障。基于此，工作人員還要注重采集端的縱向移動(dòng)，也只有如此，才能使巖石三維立體圖形成更加容易和便捷。

巖石樣品制作時(shí)，工作人員要加大對(duì)正負(fù)壓交替試灌注技術(shù)的應(yīng)用力度，灌注劑一旦被激光掃描到，那么其會(huì)隨之發(fā)出一些光芒，之后在光束原路返回的過程中工作人員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的收集。而對(duì)于巖石骨架來講，其并不具備對(duì)光的反射作用，所以工作人員要清晰上述特征，并在充分運(yùn)用的同時(shí)將巖石骨架位置及孔隙位置明確出來，更好地為相應(yīng)立體圖的呈現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

1.2.2 激光掃描共聚焦技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

目前，從地學(xué)領(lǐng)域來看激光掃描共聚焦技術(shù)應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，其普及程度還差強(qiáng)人意，但是為了將錄井工作質(zhì)量提升到更高的水平，相關(guān)工作人員也已經(jīng)嘗試將其進(jìn)行了應(yīng)用，然而，此種技術(shù)具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)，首先，激光器配置數(shù)量可以得到明顯提升，縱觀當(dāng)前錄井工程現(xiàn)狀來件，大部分都是以458 nm、488 nm和514 nm波長的激光器為輔助的。其次，物性鏡頭倍數(shù)的種類可以得到明顯提升，但是需要將5倍、10倍、60倍及100倍的鏡頭配置到激光器當(dāng)中，才能更好地發(fā)揮其作用。

巖石物性參數(shù)準(zhǔn)確度和真實(shí)性的提升離不開激光掃描共聚焦技術(shù)有效性和穿透性提升的支撐。巖石物性參數(shù)精度提高的本質(zhì)在于工作人員采集和分析工作的高質(zhì)量開展。同時(shí)，還需要工作人員重點(diǎn)進(jìn)行巖石孔隙與巖石骨架距離的把控，保證其距離符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。通過研究得知，無論是巖石孔隙還是巖石骨架，在擺放過程中的位置并未經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)，隨意性特征顯著，分析精度最高達(dá)到了0.2 μm；但是如果在分布排列過程中是按照特定規(guī)律來實(shí)施的，那么其分析精度也會(huì)隨之提升，精度的最高值可以達(dá)到納米級(jí)別，而上述提到的兩種情況均適用于錄井工程[3]。

1.3 拉曼激光技術(shù)在錄井工程中的原理及應(yīng)用進(jìn)展

1.3.1 拉曼激光技術(shù)的原理

無論是氣體、液體還是透明物質(zhì)，只要有光的照射，便會(huì)發(fā)生散射。而基于散射光譜下的頻率成分與入射光頻率ν0成分存在高度一致，那么可以將其稱為瑞利散射，針對(duì)頻率相對(duì)較小的成分ν0-Δν來講，則為斯托克斯線。針對(duì)ν0+Δν等頻率較大成分將其稱之為反斯托克斯線，頻率以ν0兩側(cè)譜線或譜帶ν0±Δν呈對(duì)稱分布的則為拉曼光譜。就拉曼散射而言，其位移與入射光線頻率并不存在關(guān)聯(lián)，而是與作用分子能級(jí)結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，所以，無論是何種物質(zhì)來講，其都會(huì)有自身獨(dú)特的拉曼散射光譜，并可以參照光譜信息實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)定性和定量的檢測(cè)。

1.3.2 拉曼激光技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

在圍繞含量低或精度較高的氣體開展在線分析測(cè)量時(shí)，可以對(duì)拉曼激光技術(shù)進(jìn)行充分運(yùn)用，且優(yōu)勢(shì)顯著，在此背景下，烴類與非烴類多組分氣體在線連續(xù)分析也能夠順利完成。例如中國石化在多年前就在此方面進(jìn)行了充分的探索，共研究出了能夠在線連續(xù)分析烴類和非烴類共12種氣體狹縫分光拉曼激光氣體的樣機(jī)，而且氣體分辨率較高，重復(fù)率誤差較小。

拉曼激光氣體分析技術(shù)是解決拉曼效應(yīng)不明顯、重組后拉曼光譜分離較難問題的有效措施，錄井實(shí)鉆分析時(shí)，多種氣體拉曼光譜會(huì)處于交叉重疊的狀態(tài)，且環(huán)境不同，頻移情況也會(huì)隨之發(fā)生，給解譜帶來了較大的難度。在反復(fù)試驗(yàn)的過程中，對(duì)拉曼光譜影響因素予以了充分的明確，并將其作為了重點(diǎn)考慮因素，接著以此為基礎(chǔ)研究出了自適應(yīng)聚焦算法，利用小波時(shí)域精確分解和變量篩選之間的融合機(jī)制由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)光譜頻率域的劃分，且劃分效果十分精細(xì)，后續(xù)本征分析信號(hào)提取過程也十分準(zhǔn)確，氣體拉曼光譜的分析精度及準(zhǔn)確性也充分提升。

2 激光技術(shù)在錄井中的應(yīng)用前景

(1)進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理能力，提升激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的精準(zhǔn)度。巖屑樣品本身具有的代表性特征會(huì)直接對(duì)巖性識(shí)別準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響，所以在后續(xù)應(yīng)用過程中需要依托豐富的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，由此提升判別方法的準(zhǔn)確性；二是，著力進(jìn)行在線功能的研究，促進(jìn)效率的提升。想要使該目的更好達(dá)成，在技術(shù)方面還存在一定的難點(diǎn)，例如流速會(huì)對(duì)截面巖屑通過量、LIBS值產(chǎn)生直接影響，布置在架空槽中的激光器實(shí)際位置對(duì)LIBS產(chǎn)生影響等。對(duì)于持續(xù)不間斷工作的激光器其本身就不具備較高的穩(wěn)定性，加之基于架空槽被污染后LIBS信息變化的影響因素十分復(fù)雜，所以對(duì)統(tǒng)計(jì)分析工作有著較強(qiáng)的依賴性。

(2)完善激光掃描共聚焦技術(shù)的應(yīng)用。一是要將樣品處理技術(shù)的完善度的提升作為重要任務(wù)，這與儲(chǔ)層巖石樣品承受較大關(guān)注壓力有關(guān)，激光對(duì)其具有的穿透性相對(duì)較差，需要繼續(xù)進(jìn)行研究與公關(guān)；二是強(qiáng)化對(duì)真假熒光的識(shí)別和處理，鉆井實(shí)施過程中為了達(dá)到促進(jìn)時(shí)效性及鉆井液性能提升的目的，通常會(huì)將添加劑注入到鉆井液當(dāng)中，而存在于部分添加劑中的熒光極易與原油熒光出現(xiàn)重疊，這也會(huì)對(duì)假熒光的識(shí)別和處理產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到最終的應(yīng)用效果。

(3)進(jìn)一步推進(jìn)拉曼激光技術(shù)應(yīng)用。近年來，儀器呈現(xiàn)了精度高、小型化的發(fā)展態(tài)勢(shì)。同時(shí)，要加快對(duì)寬量程、高精度動(dòng)態(tài)范圍量程CCD的研發(fā)，從而使精度和量程不能同時(shí)兼顧的問題得到充分且有效解決。

3 結(jié)語

總而言之，以往的技術(shù)與現(xiàn)階段現(xiàn)場錄井需求間的矛盾越發(fā)明顯，所以想要使錄井工程實(shí)施效果得到充分提升，工作人員應(yīng)注重對(duì)激光技術(shù)應(yīng)用的普及。并將其作為重要任務(wù)來對(duì)待。同時(shí)，受到激光技術(shù)種類多樣等特點(diǎn)的影響，錄井技術(shù)人員還應(yīng)加大對(duì)多樣化激光技術(shù)的研究與分析，并付出更多的時(shí)間與精力，為后續(xù)錄井工作實(shí)效性的提升提供穩(wěn)固保障。