地化錄井技術(shù)在錄井現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展

周 波

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司資料采集第一大隊(duì)，黑龍江大慶163000）

1 概述

地化錄井是地球化學(xué)錄井技術(shù)的簡(jiǎn)稱，地化錄井技術(shù)通過(guò)對(duì)巖石樣品、鉆井液中烴類物質(zhì)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地層含油氣信息的分析與評(píng)價(jià)。廣義的地化錄井技術(shù)包含隨鉆氣測(cè)分析、巖石熱解、輕烴分析、定量熒光分析等，由于隨鉆氣測(cè)分析以分析鉆井液中分離出來(lái)的烴類氣體為主，是一種近似于連續(xù)分析的技術(shù)，分析結(jié)果直接存入綜合錄井儀數(shù)據(jù)庫(kù)，多作為綜合錄井參數(shù)。因此，現(xiàn)階段地化錄井多指巖石熱解、輕烴、定量熒光分析等技術(shù)，地化技術(shù)最早是由巖石熱解技術(shù)發(fā)展而來(lái)了，衍生出其它的烴類分析技術(shù)，形成了一個(gè)技術(shù)系列[1]。地化錄井技術(shù)通過(guò)分析巖屑、鉆井液、巖芯等樣品，實(shí)現(xiàn)對(duì)烴源巖生烴潛力和儲(chǔ)層含油氣性的評(píng)價(jià)，在石油勘探開(kāi)發(fā)中發(fā)揮重要作用。

2 巖石熱解技術(shù)原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

巖石熱解技術(shù)最開(kāi)始是由法國(guó)石油研究院開(kāi)發(fā)出來(lái)的，并且在錄井進(jìn)行了應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果，在20世紀(jì)80年代地化錄井技術(shù)得到了快速發(fā)展，在快速評(píng)價(jià)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型和豐度、有機(jī)質(zhì)成熟度方面，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因而應(yīng)用廣泛。我國(guó)各油田研究院在20世紀(jì)70年代末引進(jìn)巖石熱解分析裝置，用于評(píng)價(jià)烴源巖成熟度及有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型，取得了較好的應(yīng)用效果[2]。之后隨著國(guó)內(nèi)分析儀器技術(shù)發(fā)展，慢慢在20世紀(jì)90年代將巖石熱解儀器國(guó)產(chǎn)化，并在錄井現(xiàn)場(chǎng)逐步開(kāi)展實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，取得較好的效果，為錄井現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)層含油氣性評(píng)價(jià)提供了技術(shù)手段。后來(lái)在油氣組分定量分析方面應(yīng)用更加深入，超過(guò)了國(guó)外同類技術(shù)的應(yīng)用水平。在儀器方面，大慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院與海城石油化工儀器公司共同研制的YQ系列油氣顯示設(shè)備，技術(shù)水平達(dá)到國(guó)外同類技術(shù)水平，還新增了油氣組分定量分析方法等功能，至此我國(guó)巖石熱解分析技術(shù)由引進(jìn)、吸收國(guó)外技術(shù)到實(shí)現(xiàn)了超越，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

巖石熱解分析技術(shù)原理是將巖石樣品置于裂解爐中，然后逐漸升溫加熱樣品，使樣品中烴類物質(zhì)發(fā)生分解，由于烴類氣體和干酪根揮發(fā)和裂解的溫度存在差異，在升溫過(guò)程中，這些烴類物質(zhì)依次被分解出來(lái)，在載氣的吹洗下，烴類物質(zhì)被分離出來(lái)，分離出來(lái)的烴類物質(zhì)在FID 檢測(cè)器處被檢測(cè)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)烴類物質(zhì)的定性及定量分析。

巖石熱解能夠直接得到5 個(gè)參數(shù)，派生出9 個(gè)參數(shù)，各參數(shù)應(yīng)用意義如下：①S0是在90℃下將巖石中殘余的烴類氣體分離出來(lái)，主要是C1-C7的氣態(tài)烴類成分；②S1是在90℃～300℃之間被分離出來(lái)的C8-C32的液態(tài)烴類成分，對(duì)于識(shí)別原油性質(zhì)意義重大；③S2是在300℃～600℃時(shí)被分離出來(lái)的重質(zhì)油、膠質(zhì)、瀝青等成分，在分析原油性質(zhì)及分析儲(chǔ)層方面應(yīng)用較多；④S4是在600℃下仍然不能分解的有機(jī)烴類物質(zhì)，將這部分物質(zhì)通過(guò)燃燒測(cè)定二氧化碳含量，達(dá)到分析這部分不分解的膠質(zhì)和瀝青含量的目的；⑤Tmax是巖石中重?zé)N、膠質(zhì)及瀝青分解達(dá)到峰值時(shí)的溫度，即S2值達(dá)到峰值，能夠反映干酪根的成熟度；⑥Cot是巖石中總有機(jī)碳含量值，能夠反映烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度，是評(píng)價(jià)烴源巖的重要參數(shù)之一；⑦Ih能夠反映單位質(zhì)量巖石中有機(jī)碳裂解產(chǎn)生的有機(jī)碳的含量，是識(shí)別有機(jī)質(zhì)類型的重要參數(shù)之一；⑧Pg能夠反映烴源巖的生烴潛力，在儲(chǔ)層含油氣豐度識(shí)別方面應(yīng)用較多；⑨GPI、OPI、TPI 參數(shù)分別能夠反映儲(chǔ)層產(chǎn)氣率、產(chǎn)油率、油氣產(chǎn)率，是識(shí)別評(píng)價(jià)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度及對(duì)原油性質(zhì)評(píng)價(jià)的重要參數(shù)。

3 輕烴技術(shù)原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

在錄井現(xiàn)場(chǎng)，巖石熱解氣相色譜分析技術(shù)分析的是C10-C40的正構(gòu)烷烴的組分及含量，而氣測(cè)錄井分析的是從鉆井液中分離出來(lái)的烴類氣體，分析的成分是C1-C5的烴類組分。氣測(cè)錄井和巖石熱解分析存在一個(gè)空檔，即烴類物質(zhì)中的C6-C12成分，這部分成分具有反映原油特性的重要信息，為了加強(qiáng)對(duì)這部分成分的分析，衍生了輕烴分析技術(shù)。

輕烴顧名思義指的是烴類物質(zhì)的中輕質(zhì)成分，主要是巖石中烴類氣體中C1-C4成分和輕質(zhì)油餾分中的C4-C9的成分，輕烴易溶于水，在儲(chǔ)層中多呈吸附態(tài)或游離態(tài)存在于地層水、原油或巖石孔隙中，它既是原油的重要組成部分，也是天然氣的主要成分。輕烴成分主要有正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等，輕烴在油氣中含量高，類型豐富，不完全統(tǒng)計(jì)，輕烴中單體烴種類可達(dá)一百多種，在原油中輕烴含量及類型更加豐富。輕烴的一大特性是對(duì)水洗比較敏感，是識(shí)別水淹層的重要指標(biāo)。

輕烴分析技術(shù)能夠得到儲(chǔ)層中C9之前的100多個(gè)正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等單體烴的組分及百分含量，輕烴組分特有的化學(xué)穩(wěn)定性及溶解性，通過(guò)對(duì)不同儲(chǔ)層、不同環(huán)境下輕烴的含量變化規(guī)律，能夠識(shí)別儲(chǔ)層性質(zhì)、分析儲(chǔ)層水洗程度。

輕烴分析技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不需要挑選砂巖樣品，排除了挑樣代表性差對(duì)分析結(jié)果的影響。此外，輕烴分析技術(shù)抗污染能力強(qiáng)，不管是儲(chǔ)層間污染還是添加劑的污染都很小，對(duì)于混油鉆井液也抗污染能力強(qiáng)。對(duì)巖屑顆粒大小也沒(méi)有要求，對(duì)鉆井工藝技術(shù)適應(yīng)性好，不限制新工藝及鉆井液添加劑等，對(duì)于安全、高效鉆井較為有利。輕烴分析既可以從鉆井液中分析含油氣信息，也可以從巖屑中分析烴類信息，輕烴分析的單體烴類型多，能夠從多方面分析輕質(zhì)油、天然氣、氣水同層、油水層、水淹層等，分析結(jié)果靈敏度和準(zhǔn)確率較高。輕烴分析技術(shù)能夠分析烴類物質(zhì)中C1-C9組分，巖石熱解能夠分析C10-C40的烴類氣體組分，二者結(jié)合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)C1-C40的完整的烴類組分的分析，有儲(chǔ)層含油氣性評(píng)價(jià)提供了重要的技術(shù)手段。

4 定量熒光技術(shù)原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

定量熒光技術(shù)原理是熒光物質(zhì)吸收不同波長(zhǎng)的激發(fā)光照射后，可以被激發(fā)到不同的能態(tài)，之后通過(guò)振動(dòng)馳豫及能量的轉(zhuǎn)換達(dá)到最低振動(dòng)能級(jí)，然后發(fā)射出熒光，通過(guò)分析發(fā)射出來(lái)的熒光強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)熒光物質(zhì)的定量分析。測(cè)得的熒光強(qiáng)度與被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量濃度成正比。當(dāng)定量熒光儀器參數(shù)設(shè)定好及被測(cè)物質(zhì)確定后，儀器測(cè)定的熒光相對(duì)強(qiáng)度與熒光物質(zhì)的濃度成正比，從而實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量。由于不同的熒光物質(zhì)具有不同的熒光光譜，通過(guò)對(duì)發(fā)射光譜進(jìn)行掃描，就能夠得到熒光物質(zhì)的光譜特征，實(shí)現(xiàn)定性及定量分析[3]。這是實(shí)現(xiàn)二維定量熒光分析的基礎(chǔ)。

目前，二維定量熒光技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，相應(yīng)的三維定量熒光技術(shù)也研制成功，在錄井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用。三維定量熒光分析技術(shù)與二維定量熒光分析技術(shù)原理相同，工藝流程也相似，不同之處是使用輻射光源照射連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的光柵分光器，不同波長(zhǎng)的光連續(xù)通過(guò)光柵分光器后照射到樣品池上，熒光物質(zhì)在吸收不同波長(zhǎng)的激發(fā)光后，會(huì)發(fā)生能量躍遷，從而發(fā)射出熒光。

二維定量熒光與三維定量熒光的區(qū)別主要是激發(fā)光波長(zhǎng)不同，二維定量熒光使用的激發(fā)波長(zhǎng)限于254nm，能夠有效分析輕質(zhì)油成分，但對(duì)儲(chǔ)層中的重質(zhì)油、中質(zhì)油及泥漿中有機(jī)添加劑分析效果不好。三維定量熒光激發(fā)波長(zhǎng)范圍更大，可達(dá)200～800nm，并且可以根據(jù)需要選擇不同的激發(fā)波長(zhǎng)段，能夠?qū)Σ煌瑹晒馕镔|(zhì)進(jìn)行定量分析，彌補(bǔ)了二維定量熒光分析的不足。

5 結(jié)束語(yǔ)

地質(zhì)錄井是在鉆井現(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮重要作用，在監(jiān)測(cè)油氣顯示、評(píng)價(jià)儲(chǔ)層含油氣性方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。在地質(zhì)錄井工作中，地化錄井通過(guò)對(duì)鉆井返出的巖屑、鉆井液采取多種手段的分析，提供了烴源巖、儲(chǔ)集巖中重要的烴類物質(zhì)的類型及含量信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)烴源巖生烴潛力、儲(chǔ)層含油豐度等重要指標(biāo)的分析，達(dá)到對(duì)儲(chǔ)層的綜合評(píng)價(jià)。隨著非常規(guī)油氣資源成為勘探的熱點(diǎn)，同時(shí)伴隨著分析化驗(yàn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，地化錄井技術(shù)必將迎來(lái)新的、更快的發(fā)展。