地化錄井技術在錄井現場的應用現狀及發展

周 波

（大慶鉆探工程公司地質錄井一公司資料采集第一大隊，黑龍江大慶163000）

1 概述

地化錄井是地球化學錄井技術的簡稱，地化錄井技術通過對巖石樣品、鉆井液中烴類物質檢測，實現對地層含油氣信息的分析與評價。廣義的地化錄井技術包含隨鉆氣測分析、巖石熱解、輕烴分析、定量熒光分析等，由于隨鉆氣測分析以分析鉆井液中分離出來的烴類氣體為主，是一種近似于連續分析的技術，分析結果直接存入綜合錄井儀數據庫，多作為綜合錄井參數。因此，現階段地化錄井多指巖石熱解、輕烴、定量熒光分析等技術，地化技術最早是由巖石熱解技術發展而來了，衍生出其它的烴類分析技術，形成了一個技術系列[1]。地化錄井技術通過分析巖屑、鉆井液、巖芯等樣品，實現對烴源巖生烴潛力和儲層含油氣性的評價，在石油勘探開發中發揮重要作用。

2 巖石熱解技術原理及應用現狀

巖石熱解技術最開始是由法國石油研究院開發出來的，并且在錄井進行了應用，取得了較好的應用效果，在20世紀80年代地化錄井技術得到了快速發展，在快速評價烴源巖有機質類型和豐度、有機質成熟度方面，具有明顯的技術優勢，因而應用廣泛。我國各油田研究院在20世紀70年代末引進巖石熱解分析裝置，用于評價烴源巖成熟度及有機質豐度、有機質類型，取得了較好的應用效果[2]。之后隨著國內分析儀器技術發展，慢慢在20世紀90年代將巖石熱解儀器國產化，并在錄井現場逐步開展實驗應用，取得較好的效果，為錄井現場儲層含油氣性評價提供了技術手段。后來在油氣組分定量分析方面應用更加深入，超過了國外同類技術的應用水平。在儀器方面，大慶油田勘探開發研究院與海城石油化工儀器公司共同研制的YQ系列油氣顯示設備，技術水平達到國外同類技術水平，還新增了油氣組分定量分析方法等功能，至此我國巖石熱解分析技術由引進、吸收國外技術到實現了超越，處于國際領先水平。

巖石熱解分析技術原理是將巖石樣品置于裂解爐中，然后逐漸升溫加熱樣品，使樣品中烴類物質發生分解，由于烴類氣體和干酪根揮發和裂解的溫度存在差異，在升溫過程中，這些烴類物質依次被分解出來，在載氣的吹洗下，烴類物質被分離出來，分離出來的烴類物質在FID 檢測器處被檢測處理，實現對烴類物質的定性及定量分析。

巖石熱解能夠直接得到5 個參數，派生出9 個參數，各參數應用意義如下：①S0是在90℃下將巖石中殘余的烴類氣體分離出來，主要是C1-C7的氣態烴類成分；②S1是在90℃～300℃之間被分離出來的C8-C32的液態烴類成分，對于識別原油性質意義重大；③S2是在300℃～600℃時被分離出來的重質油、膠質、瀝青等成分，在分析原油性質及分析儲層方面應用較多；④S4是在600℃下仍然不能分解的有機烴類物質，將這部分物質通過燃燒測定二氧化碳含量，達到分析這部分不分解的膠質和瀝青含量的目的；⑤Tmax是巖石中重烴、膠質及瀝青分解達到峰值時的溫度，即S2值達到峰值，能夠反映干酪根的成熟度；⑥Cot是巖石中總有機碳含量值，能夠反映烴源巖的有機質豐度，是評價烴源巖的重要參數之一；⑦Ih能夠反映單位質量巖石中有機碳裂解產生的有機碳的含量，是識別有機質類型的重要參數之一；⑧Pg能夠反映烴源巖的生烴潛力，在儲層含油氣豐度識別方面應用較多；⑨GPI、OPI、TPI 參數分別能夠反映儲層產氣率、產油率、油氣產率，是識別評價烴源巖有機質成熟度及對原油性質評價的重要參數。

3 輕烴技術原理及應用現狀

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

輕烴顧名思義指的是烴類物質的中輕質成分，主要是巖石中烴類氣體中C1-C4成分和輕質油餾分中的C4-C9的成分，輕烴易溶于水，在儲層中多呈吸附態或游離態存在于地層水、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烷烴、異構烷烴、環烷烴、芳香烴等，輕烴在油氣中含量高，類型豐富，不完全統計，輕烴中單體烴種類可達一百多種，在原油中輕烴含量及類型更加豐富。輕烴的一大特性是對水洗比較敏感，是識別水淹層的重要指標。

輕烴分析技術能夠得到儲層中C9之前的100多個正構烷烴、異構烷烴、環烷烴、芳香烴等單體烴的組分及百分含量，輕烴組分特有的化學穩定性及溶解性，通過對不同儲層、不同環境下輕烴的含量變化規律，能夠識別儲層性質、分析儲層水洗程度。

輕烴分析技術的優點是不需要挑選砂巖樣品，排除了挑樣代表性差對分析結果的影響。此外，輕烴分析技術抗污染能力強，不管是儲層間污染還是添加劑的污染都很小，對于混油鉆井液也抗污染能力強。對巖屑顆粒大小也沒有要求，對鉆井工藝技術適應性好，不限制新工藝及鉆井液添加劑等，對于安全、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油、天然氣、氣水同層、油水層、水淹層等，分析結果靈敏度和準確率較高。輕烴分析技術能夠分析烴類物質中C1-C9組分，巖石熱解能夠分析C10-C40的烴類氣體組分，二者結合使用，能夠實現對C1-C40的完整的烴類組分的分析，有儲層含油氣性評價提供了重要的技術手段。

4 定量熒光技術原理及應用現狀

定量熒光技術原理是熒光物質吸收不同波長的激發光照射后，可以被激發到不同的能態，之后通過振動馳豫及能量的轉換達到最低振動能級，然后發射出熒光，通過分析發射出來的熒光強度，可以實現熒光物質的定量分析。測得的熒光強度與被測物質的質量濃度成正比。當定量熒光儀器參數設定好及被測物質確定后，儀器測定的熒光相對強度與熒光物質的濃度成正比，從而實現定量測量。由于不同的熒光物質具有不同的熒光光譜，通過對發射光譜進行掃描，就能夠得到熒光物質的光譜特征，實現定性及定量分析[3]。這是實現二維定量熒光分析的基礎。

目前，二維定量熒光技術應用已經比較成熟，相應的三維定量熒光技術也研制成功，在錄井現場進行了應用。三維定量熒光分析技術與二維定量熒光分析技術原理相同，工藝流程也相似，不同之處是使用輻射光源照射連續轉動的光柵分光器，不同波長的光連續通過光柵分光器后照射到樣品池上，熒光物質在吸收不同波長的激發光后，會發生能量躍遷，從而發射出熒光。

二維定量熒光與三維定量熒光的區別主要是激發光波長不同，二維定量熒光使用的激發波長限于254nm，能夠有效分析輕質油成分，但對儲層中的重質油、中質油及泥漿中有機添加劑分析效果不好。三維定量熒光激發波長范圍更大，可達200～800nm，并且可以根據需要選擇不同的激發波長段，能夠對不同熒光物質進行定量分析，彌補了二維定量熒光分析的不足。

5 結束語

地質錄井是在鉆井現場發揮重要作用，在監測油氣顯示、評價儲層含油氣性方面具有不可比擬的優勢。在地質錄井工作中，地化錄井通過對鉆井返出的巖屑、鉆井液采取多種手段的分析，提供了烴源巖、儲集巖中重要的烴類物質的類型及含量信息，實現對烴源巖生烴潛力、儲層含油豐度等重要指標的分析，達到對儲層的綜合評價。隨著非常規油氣資源成為勘探的熱點，同時伴隨著分析化驗技術的不斷進步，地化錄井技術必將迎來新的、更快的發展。