光学气测录井技术研究与应用--石油学会2009

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1、红外光学气测录井技术研究与应用佘明军陶国强韩学岩李胜利（中原石油勘探局地质录井处）摘要常规气相色谱录井技术由于自身应用成本较高点，其使用范围受到一定限制。荧光录井作为光学录井的一种技术手段，其检测对象为特定岩屑，需要进行挑选，受自身技术特点的限制，不能实现连续在线录井。针对针对目前地质录井工作遇到的钻井新工艺、新技术应用所造成的常规岩屑录井、荧光录井效果难以得到有效保证、尤其异常显示难以及时准确发现的问题，本文结合地质录井现场实际，根据红外吸收光谱进行气体分析在其它领域的应用成果，提出红外光学气测录井的方法。文

2、中对常规气测录井、荧光录井面临的困难进行了简单介绍，叙述了光学气测录井原理，并对可靠性进行了验证，设计开发出红外光学气测录井仪器。文中列举了红外光学录井技术现场应用效果，证明了该方法可以提高油气异常显示的及时发现率，具有良好的推广应用前景。关键词气测录井、荧光录井气相色谱FID红外光吸收光谱光学气测录井前言气测录井技术作为地质录井技术的有机组成部分，在油气勘探过程中具有极为重要的作用，在钻井过程中，利用该技术能够及时有效地发现钻遇地层中的油气异常显示，气测资料由于具有直观性、现在已成为录井现场地质技术人员发现和

3、判断油气显示的主要依据。目前，气测录井技术主要是利用气相色谱分析方法，对从钻井液中分离出的反映地层流体性质的样品气浓度进行检测，用来识别油气异常显示。一.常规气测录井原理及存在的问题在气测录井过程中，鉴定器采用氢火焰鉴定器（FID），该鉴定器利用氢气燃烧产生的火焰为能源。样品气中的烃类有机物随载气进入火焰燃烧，由于离子化反应而产生了许多离子。在火焰上方为筒状收集极，下方为极化电极，两极之间施加有恒定的电压，形成静电场。当样品气中含有烃类有机物时，由于化学电力反应带电粒子对，在电场作用下，形成离子流，经过电路处理

4、由计算机系统进行采集，对各种烷烃进行定性定量分析。近年来钻井技术发展迅猛，PDC钻头加螺杆复合钻井工艺、空气钻井等新工艺、新技术得到推广应用，使机械钻速大幅提高，钻时小于30秒的现象极为普通，同时，岩屑颗粒研磨程度的加强，导致岩屑颗粒粉末化，造成了岩屑录井、钻时录井的可靠性受到一定的影响。气相色谱分离技术在对样品气组分进行定量分析的同时，分析周期具有一定的时间，尽管录井仪器人员对气测录井仪进行了技术改进，但是受到该技术色谱柱自身分离效率的影响，目前国内外的快速色谱气测录井仪的分析周期最短时间认为30秒。一方面对

5、钻进过程中每米地层的地层流体难以保证准确测量。同时，为了尽可能的真实反映地层流体性质，每米应保证两个以上分析样品，但由于受到分析周期的限制，还存在着挑战。由于仪器自身造价成本昂贵，加之为了确保设备正常工作，还需要空压机、氢气发生器等附属设备多，造成了录井费用偏高，因此通常只是应用于探井、评价井等级别较高的类别井，在开发井中很少应用气测录井。随着油田进入到开发中后期，油气资源的勘探开发难度进一步提高，开发井中油气层的实际深度与地质录井设计经常出现不一致现象，仅依靠常规的录井手段难以确保录井剖面的符合率。二.荧光录

6、井及其存在的问题岩屑中所含有的石油组成中重烃组分在紫外光的照射下，能发出荧光。不同重烃组分发射出的荧光颜色不同。根据样品的荧光颜色、亮度等特点可以发现石油含量，9这就是常用的荧光录井。用荧光录并鉴别油、气层是比较好的方法，在定性解释和定量解释方面都有很大的作用。通常是将全部录井岩屑系统地逐包置于荧光灯下观察，看是否有荧光显示。为了使荧光录井进一步科学化、提高录井效果，在传统荧光录井的基础上有发展出定量荧光录井技术。其基本原理是：物质的分子吸收光能后发生能量跃迁，处于不稳定的激发态，处于激发态的分子会放出光子重新

7、回到分子基态，这就是荧光的产生过程。利用样品荧光强度与浓度之间具有一定的数据关系，在计算机的控制下，不同的岩屑样品的含油情况可以得到很好的测量记录，实现油气资源的及时发现。在大斜度井、大位移井、水平井的钻井施工过程中，为了降低井壁摩阻，提高钻安全，如果该井类别为开发井，通常会在钻井液中加入原油或沥青粉等材料。随着钻井液上返到地面的岩屑颗粒通常被原油包括，荧光录井过程中的荧光失真，荧光录井的可靠性难以保证。三.红外光学气测录井技术研究1.光学气测录井原理红外光学气测录井技术就是气测录井过程中，从钻井液中分离出的样

8、品气含有不同的烷烃类气体，这些烷烃类气体对一定波长的红外光具有吸收作用，不同浓度的样品气对红外光的吸收强度不同，二者之间满足朗伯--比尔定律。朗伯(Lambert)定律阐述为：光被透明介质吸收的比例与入射光的强度无关；在光程上每等厚层介质吸收相同比例值的光。　　比尔(Beer)定律阐述为：光被吸收的量正比于光程中产生光吸收的分子数目。根据比尔--朗伯特定律：P=P0e-αcL（1）其中