CN1632534A - 石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法。首先需对同一油区样品选取最佳同步扫描的波长差Δλ，然后以此固定的Δλ，采集浓度测量范围内不同浓度下的同步荧光光谱，再利用通用的数学处理软件MATLAB对数据进行插值处理，形成连续的三维浓度同步荧光光谱数据库，将某一待测浓度样品的同步光谱与该数据库进行最小二乘法的光谱数据的逐一对比，其中差值最小的光谱数据所对应浓度即对应岩心或岩屑含油量。本发明还适用于其它含多种芳烃化合物或混合物的浓度测量，只要有荧光效应并选择相应的溶剂。因此本发明更适用于多组分混合物且测量浓度范围大，像石油一类的荧光光谱的浓度测量，尤其是石油录井中岩屑和岩芯含油量的即时测量，操作简单，准确度高。

Description

石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法

技术领域：

本发明涉及一种石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法。

背景技术：

由于石油具有荧光的特性，国外地质学家于20世纪30年代将荧光检测技术应用于钻井现场，对钻井中返出岩屑放在暗箱中的紫外灯下照射，通过肉眼观察记录岩屑的荧光现象(颜色和级别)，以了解地层岩屑是否含油，从而判断地层的生油及储藏特性。这种常规的荧光检测技术至今仍在钻井现场应用，在勘探开发中仍有一定的指导作用。随着油气勘探的不断深入，面对的勘探开发对象越来越复杂，难度也越来越大；加之钻井速度的加快，PDC钻头的应用，定向井和水平井等高难度井的增加，使录井发现和评价油气层的困难增大，传统的录井技术和方法已不能完全适应油气勘探开发的需要。鉴于荧光光谱仪器具有灵敏度高、分析速度快、大部分方法不破坏样品，可与微观形貌分析相结合以及使用计算机分析光谱数据方法可靠易行的特点。国内先后研制的一些石油录井的荧光仪器(如中石油勘探研究院研发的OFA定量荧光仪，上海神开研发的SK-2DQF定量荧光仪等)其主要依据发射光谱荧光强度与原油样品浓度的关系，工作方法大同小异。但实践中存在的二维定量数据单一，准确度不高，以及浓度测定范围窄(10^-4g/l～10^-2g/l)等问题。

而三维荧光光谱技术要凭借引进的高档光谱仪器，虽然光谱信息丰富，但光谱的采集和数据处理繁琐，从而影响了荧光技术成为石油地质实验室中的主力分析手段的进程。另外，在数据采集与处理上，OFA定量荧光仪以及SK-2DQF定量荧光仪分析的方法是采用二维发射谱的单点定量，即依据单一峰值在浓度线性响应范围内与浓度的关系确定样品含油量，这种单点定量分析方法仅适合单一组分或各组分相互影响微小的情况。但石油是含有多种芳烃化合物的复杂的多组分体系，浓度的变化不仅仅引起谱峰高度的变化，同时谱形也发生较大变化，如图1所示。由于存在荧光熄灭引起的非线性加和，各组分焠灭浓度不同，响应范围也有较大的不同。因此，将样品稀释到线性范围内的单点定量分析法准确度不高，也会因多次稀释加大实验试剂的使用和程序的繁琐。

发明内容：

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种简捷快速、测量精度高、测量范围大、适用于石油录井岩屑岩芯含油量的测量方法。

本发明的方法是首先需称取某一井区原油作为浓度标定的样品，将其以溶剂配置成样品浓度荧光线性范围内的标样萃取液，确定最佳的同步扫描的波长差Δλ；然后将上述原油样品在浓度测量范围内按照逐步对半的稀释方法获取不同浓度的萃取液作为浓度标定测试样品，再以上述最佳波长差Δλ，分别进行同步荧光法的光谱测量并对其进行平滑和归一化处理；然后将上述光谱数据全部输入到通用的数学处理软件MATLAB中生成浓度的三维同步荧光光谱数据库，并进行插值处理，以形成浓度连续的三维同步荧光光谱数据库；测量某一待测岩心或岩屑样品的含油量时，只要测量该样品的萃取液的同步二维荧光光谱，并同样进行平滑及归一化后，与上述数据库中的光谱数据做最小二乘法的逐一对比，将其中差值最小的光谱数据所对应浓度即可换算成岩心或岩屑含油量。

通常的同步荧光光谱是在同时扫描激发波长λ_ex ^max和发射波长λ_em ^max时保持两者间固定的波长差Δλ所得的光谱。对于单一组分，可很容易的选择波长差 $\mathrm{\Δ\λ}={\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ex}}^{\max }-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{em}}^{\max },$ 就能获得尖而窄的荧光峰。但对于像石油这样多组分混合物，不同的Δλ的选择会得到的多个谱线尖峰。因此选择最佳的的Δλ可最大限度和最有效的反映三维光谱的信息。即技术关键之一在于波长差Δλ的确定，Δλ的确定可以采用两种方法，通常选取浓度为荧光线性范围上限(原油一般在10^-2g/l处)的原油样品萃取液为基准。

波长差Δλ的确定方法之一是在有三维图谱仪或三维图谱获取便捷的情况下，先对该浓度的原油样品的萃取液获取有等高线图的三维光谱如图3所示，然后在其等高线图中，以主峰峰位以及峰峰最大分离度选取斜率为1的直线与发射波长E_m轴的截距即为Δλ，如图4所示。方法之二是在缺少三维仪器或获取三维图谱困难时也能准确的选取Δλ的方法，对于萃取液进行不同波长差的同步扫描，即在20nm～70nm范围内中每隔相同波长如10nm测量一同步光谱，选取主峰最多最高以及峰峰分离度最大的光谱图所对应的Δλ即为最佳的波长差Δλ。

另外在标准的浓度同步荧光光谱数据库的建立时最好应用二维三次卷积插值的方法，以便在10^-4g/l～10g/l浓度范围内如何用较少的光谱数据经过插值处理后能获取连续的浓度三维荧光谱数据库，本发明利用二维三次卷积插值算法能很好的解决浓度三维图中的数据不连续的问题，也大大减少了数据库建立时的工作量。该卷积插值算法只要利用通用的数学处理软件MATLAB中的interp2命令即可实现。

附图说明

图1为本发明的原油样品的不同浓度(A～G)下的二维同步荧光光谱(激发波长和发射波长的间隔Δλ＝40nm)。

图2为本发明所建立的某一油区的石油样品同步荧光法浓度三维荧光数据库。

图3为本发明原油样品的三维发射荧光光谱图。

图4为图3中三维发射荧光光谱图所对应的等高线投影图，等高线图中斜率为1的直线与发射波长的截距既是波长差Δλ。

具体实施方式

本发明首先需称取某一井区原油作为浓度标定的样品，将其溶于正己烷或异丙醇溶剂中，配置成浓度10^-2g/l的萃取液，在不同的实验条件下可选用两种不同方法选取最佳的波长差Δλ，即扫描激发波长λ_ex ^max和发射波长λ_em ^max之差。将上述原油样品在1.0×10^-4g/l到10g/l浓度范围内按照逐步对半的方法只要获取18个依次稀释浓度的正己烷萃取液作为浓度标定测试样品。然后再固定上述最佳波长差Δλ，采用同步荧光法分别测量上述18个标样的光谱并将光谱数据进行平滑和归一化处理，将上述光谱数据全部输入到通用的数学处理软件MATLAB中生成浓度的三维同步荧光光谱数据库，并利用MATLAB中的interp2命令对上述数据库数据进行二维三次卷积插值，以形成浓度连续的三维同步荧光光谱数据库，如图2所示。测量某一待测岩心或岩屑样品的含油量时，只要将该样品溶于正己烷或异丙醇中，并测量其萃取液的同步二维荧光光谱，将该光谱数据平滑及归一化后，与上述数据库中的光谱数据做最小二乘法的逐一对比，差值最小的光谱数据所对应浓度即可换算成岩心或岩屑含油量。

实施例1：

一、对同一井区样品选取最佳的激发波长和发射波长之差Δλ

1.首先用电子称称取某一井区原油作为浓度标定的样品，将其溶于正己烷溶剂中，配置成浓度线性范围内某一浓度值的原油标样，注入荧光分光光度计的液体样品池中，选取激发波长自220nm开始直到600nm，每隔5nm测一发射光谱，将全部光谱数据输入到MATLAB中生成三维光谱图和等高线图。

2.在三维等高线图中，以经过三维光谱的主峰峰位并同时保证最大峰峰分离度，选取斜率为1的直线与发射波长E_m轴的截距即为最佳Δλ。

二、建立标准浓度三维荧光光谱数据库

1.浓度的配制：将上述原油样品用正己烷作溶剂配出1.0×10^-4g/l到10g/l不同浓度下的样品萃取液作为标定测试样品。

2.光谱的测量：将其各个浓度的萃取液依次注入荧光分光光度计的液体样品池中，在所选好上述的Δλ的条件下获取同步荧光光谱。

3.数据库的生成：将所获得的同步光谱数据归一化，即将各个光谱数据除以各自的最大峰值，将上述归一化后的数据输入到MATLAB中生成经二维三次卷积插值后的同步荧光浓度三维数据库。

三、确定待测样品的含油量：

1.待测光谱测量：将待测岩心或岩屑样品0.025g溶于5ml正己烷中，静置30分钟，以使岩芯、岩屑样品中的原油成分充分溶解，将此萃取液置于荧光分光光度计样品池中，保持与上述实验条件一致的条件下，测得待测样品的同步荧光光谱。

2.光谱识别：将所测光谱归一化后与上述的同步荧光浓度三维数据库中的光谱数据做最小二乘法的逐一对比，差值最小的浓度换算后即为岩心或岩屑含油量。

实施例2：

在缺少三维仪器或获取三维荧光光谱困难时，在确定最佳Δλ时只能依靠选取一定间隔的Δλ做二维荧光光谱图，以主峰最多最高以及峰峰分离度最大的光谱图所对应的Δλ为最佳Δλ，其他步骤基本同实施例1。

一、对同一井区样品选取合适的激发波长和发射波长之差Δλ

1.以某油田井区为例：正己烷试剂可采用色谱纯试剂或光谱纯试剂，选取浓度为6.3×10^-2g/l原油样品，在日本岛津公司RF5301荧光光度计中依次对不同扫描波长差Δλ＝20nm，30nm，40nm，50nm，60nm，70nm进行同步荧光光谱测量。

2.对比结果选择最佳Δλ：在获取的光谱中，选取主峰最多最高以及峰峰分离度最大的光谱图所对应的Δλ。最后确定最佳扫描波长差Δλ＝40nm。

二、建立标准浓度三维荧光光谱数据库

1.浓度的配制：将上述原油样品用正己烷作溶剂配出1.0×10^-4g/l到10g/l不同浓度下的样品萃取液作为标定测试样品。

2.光谱的测量：将其各个浓度的萃取液依次注入荧光分光光度计的液体样品池中，测量10^-4g/l～10g/l浓度范围内Δλ＝40nm的同步荧光光谱。

3.将这些光谱数据用MATLAB生成浓度三维同步荧光图谱，三个坐标轴XYZ分别为：浓度的对数值X＝log₂2¹³C，发射波长和荧光强度，如图2所示。并专门应用二维三次卷积插值的方法形成连续的浓度三维荧光图谱。由此建立了一个测量范围从10^-4g/l～10g/l的Δλ＝40nm的浓度三维同步荧光光谱数据库。

三、确定待测样品的含油量：

1.待测样品的光谱测量：将待测岩心或岩屑样品0.025g溶于5ml正己烷中，静置30分钟，以使岩心、岩屑样品中的原油成分充分溶解，将此萃取液置于荧光分光光度计，保持实验条件一致，测得同步荧光光谱。

2.确定含油量：将待测样品光谱归一化后与浓度三维同步荧光法数据库中的数据做最小二乘法的逐一对比，差值最小的浓度换算后即为岩心或岩屑含油量。

另外，考虑到浓度范围较大，为减少建立浓度标定数据库的配置溶液繁琐，制样配置过程中按照逐步对半的方法仅需获取18个依次稀释的浓度；考虑到测量中的准确性，实验中每次更换样品前，用正己烷对样品池进行清洗，并进行正己烷本底光谱检测以确保池内无剩余样品残留。

综上所述，本发明采用原油样品的溶剂为正己烷或异丙醇，原则上本方法还适用于其它含多种芳烃化合物或混合物的浓度测量，只要选择相应的溶剂。因此本发明更适用于多组分混合物且测量浓度范围大，像石油一类的荧光光谱的浓度测量，尤其是石油录井中岩屑和岩芯含油量的即时测量，操作简单，准确度高。

Claims (8)

1.石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法，其特征在于首先需称取某一井区原油作为浓度标定的样品，将其以溶剂配置成样品浓度荧光线性范围内的标样萃取液，确定最佳的同步扫描的波长差Δλ；然后将上述原油样品在浓度测量范围内按照逐步对半的稀释方法获取不同浓度的萃取液作为浓度标定测试样品，再以上述最佳波长差Δλ，分别进行同步荧光法的光谱测量并对其进行平滑和归一化处理；然后将上述光谱数据全部输入到通用的数学处理软件MATLAB中生成浓度的三维同步荧光光谱数据库，并进行插值处理，以形成浓度连续的三维同步荧光光谱数据库；测量某一待测岩心或岩屑样品的含油量时，只要测量该样品的萃取液的同步二维荧光光谱，并同样进行平滑及归一化后，与上述数据库中的光谱数据做最小二乘法的逐一对比，将其中差值最小的光谱数据所对应浓度即可换算成岩心或岩屑含油量。

2.根据权利要求1所述的石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法，其特征是上述确定最佳的同步扫描的波长差Δλ的方法，是先对该浓度的原油样品的萃取液获取有等高线图的三维光谱，然后在其等高线图中，以主峰峰位以及峰峰最大分离度选取斜率为Δλ的直线与发射波长Em轴的截距。

3.根据权利要求1所述的石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法，其特征是上述确定最佳的同步扫描的波长差Δλ的方法，是先对于萃取液进行不同波长差Δλ的同步扫描，即在20nm～70nm范围内每隔10nm测量一同步光谱，选取其中的主峰最多最高以及峰峰分离度最大的光谱图所对应的Δλ。

4.根据权利要求1所述的石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法，其特征是上述插值处理是应用二维三次卷积插值的方法。

5.根据权利要求1或4所述的石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法，其特征是上述插值处理中的二维三次卷积插值的方法是利用通用的数学处理软件MATLAB中的interp2命令即可实现。

6.根据权利要求1或2或3所述的石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法，其特征是上述标样中的萃取液浓度在10^-2g/l。

7.根据权利要求1所述的石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法，其特征是上述原油样品的浓度测量范围是在1.0×10-4g/l到10g/l范围内。

8.根据权利要求1所述的石油录井中岩屑岩芯含油量的测量方法，其特征是上述溶剂为正己烷或异丙醇试剂。

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