用于石油录井的原油同步荧光光谱分析技术研究

摘要

本论文以探索将新的荧光光谱技术和数据分析方法应用到石油勘探中去为目的，希望能解决目前荧光录井中目前存在的问题。 论文首先从荧光光谱和发光的原理、光谱探测技术、国内外荧光石油勘探和同步荧光技术的历史及现状等方面介绍了本论文理论依据和实验方法。作者的主要工作包括：①对比分析了不同光谱技术所获取的光谱信息对浓度量的反映特点、②建立了基于同步三维荧光确定原油样品浓度的两种新方法、③实现了可变角同步荧光法最优路径选取的计算机模拟三部分，构成了论文的4～6章。 鉴于实验涉及不同样品不同浓度下不同荧光技术的大量光谱数据的获取，第三章对试剂的选取，样品的制备及光谱数据的采集和处理方法进行了全面介绍。 第四章介绍的是为新的光谱技术的实现所进行的探索。可变角同步荧光法(VASF)是基于三维荧光光谱和同步荧光光谱发展起来的荧光光谱技术，该章尝试着引入二维三次卷积插值法对该光谱技术进行了计算机模拟，通过Matlab软件实现了三维荧光光谱数据的生成，编写了用于模拟所选扫描路径下的可变角同步荧光光谱的VASFS程序。此程序为三维荧光光谱生成提供了方法，也为可变角荧光分析中光谱的获取和分析以及最优扫描路径的选取提供了一种快捷、方便的途径。同时其插值方法也应用于第六章中浓度三维数据库的建立。 第五章应用同步扫描、三维发射以及目前石油荧光仪所采用的二维发射荧光分析技术对胜利油田20个井区31种原油样品在10-4g/L～10g/L浓度范围内进行了光谱采集，对比分析了不同光谱技术所获取的光谱信息与浓度之间的相应关系。结果表明，、对于原油这种多组分样品，二维发射光谱难以满足分析要求；三维光谱信息丰富但数据采集与提取困难。同步扫描光谱具有简单快捷、光谱特征丰富明显、干扰小等特点，选择△λ为40nm获得的原油同步扫描光谱可反映三维光谱的主要信息。与二维发射光谱和三维光谱相比，同步荧光法在原油样品分析中显现出较大优势和发展空间，可望发展成为石油录井中对岩屑、岩芯样品含油量的定量分析的新方法。 传统的石油荧光录井中所采用的二维发射荧光方法是依靠线性范围内单一峰值进行浓度定量分析，存在测量范围窄，准确度不高的问题。第六章针对在对胜利油田原油样品进行不同浓度下的△λ为40nm的同步扫描荧光光谱的测量中，发现不同的浓度下光谱不仅表现为峰高变化，峰位也有显著变化的现象，综合整个光谱的峰高峰位等多因素，建立由拟合出来的强度-浓度关系式来确定浓度的方法和由浓度三维同步荧光光谱图对浓度进行谱形识别下的定量方法。在10-4g/L～1.0g/L浓度范围内误差小于3％。本论文所提出的确定原油样品含油量的光谱方法可望在石油录井中得到应用。作为论文的最后一部分，第七章在对论文工作进行总结的基础上，从技术方法和数据处理两个方面提出了进一步努力的方向：新的化学计量学方法的引入，样品池的进一步改进、进一步的数据挖掘、仪器的初步构想以及将本论文中实现的方法向其它领域扩展的设想。 总之，本论文通过实验的尝试和探索，认为同步荧光光谱技术在有望成为石油录井中取代二维发射光谱技术对岩芯、岩屑样品进行定量分析的新方法。

目录

文摘

英文文摘

引言

§0.1课题的引出和来源

§0.2本论文的主要工作及安排

第一章原油样品的荧光光谱特征

§1.1光致发光的基本概念

§1.2原油的荧光光谱特征

§1.2.1有机分子的荧光光谱

§1.2.2原油荧光光谱

§1.3影响荧光的因素

第二章荧光光谱技术及其在石油录井中的应用

§2.1典型的荧光光谱技术

§2.1.1激发光谱和发射光谱分析技术

§2.1.2三维荧光分析法

§2.1.3同步荧光光谱法

§2.2石油录井中的定量荧光技术的发展历史与现状

§2.2.1传统荧光录井

§2.2.2QFT数字滤波荧光仪

§2.2.3定量荧光仪

§2.2.4三维荧光仪

§2.3同步荧光分析技术的应用

§2.3.1固定波长同步荧光分析法

§2.3.2固定能量同步荧光分析法

§2.3.3可变角同步荧光分析法

第三章试剂样品的选取及光谱采集方法

§3.1试剂的选取

§3.2样品的来源和制备

§3.2.1样品的来源

§3.2.2样品的制备

§3.3光谱测量

§3.4实验数据的处理

§3.4.1数据的平滑

§3.4.2三维数据的处理

第四章可变角同步荧光光谱的计算机模拟

§4.1工作简介

§4.2可变角同步荧光法（VASF0）

§4.3程序概述

§4.3.1程序界面

§4.3.2程序的主要功能

§4.4采用的主要算法

§4.4.1二维三次卷积插值算法

§4.4.2边界条件

§4.5程序测试结果

§4.5.1插值算法测试结果

§4.5.2程序功能测试结果

§4.6结论

第五章不同光谱技术的原油样品的荧光对比分析

§5.1原油样品的二维发射光谱

§5.2原油样品的三维荧光光谱

§5.3原油样品的同步荧光光谱

§5.3.1不同波长差△λ下的同步荧光光谱

§5.3.2不同浓度下△λ=40nm的同步荧光光谱

§5.4不同井区原油样品光谱

§5.5分析与讨论

第六章基于同步荧光谱的浓度定量方法探索

§6.1基于多点强度－浓度函数拟和的浓度定量方法

§6.1.1不同浓度下的同步荧光光谱的比较

§6.1.2建立浓度多点定量的非线性关系式

§6.1.3破坏荧光强度与浓度线性关系的原因分析

§6.2.基于三维同步荧光图谱的浓度定量方法

§6.2.1生成浓度三维同步荧光图谱的程序

§6.2.2利用浓度三维同步荧光图谱进行浓度定量的程序

§6.2.3误差检验

§6.3结论

第七章总结和展望

§7.1本论文工作总结

§7.2存在问题及改进所示

§7.2.1技术上的改进措施

§7.2.2数据处理上问题和展望

§7.2.3开发研制同步荧光录井仪及相关软件

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参加的工作