激光技術在錄井工程中的應用進展分析

萬佳寧(中法渤海地質(zhì)服務有限公司，天津 300400)

1 激光技術在錄井工程中的應用進展

1.1 激光誘導擊穿光譜技術在錄井工程中的原理及應用進展

1.1.1 激光誘導擊穿光譜技術的原理

激光誘導擊穿光譜技術是近年來運用的較為新型的技術，將其合理、有效的運用到錄井工程當中，有助于幫助對物質(zhì)元素的明確。據(jù)了解，激光誘導等離子光譜技術是此項技術的又一個名稱。其原理為：毫焦耳級能量的激光在準直聚焦的基礎上通過對樣品的轟擊由此形成等離子體，待其高溫逐漸下降至正常狀態(tài)后自身能量也能夠得到釋放，基于此，一些波長各異的光波也會由此發(fā)出。對于不同元素的等離子體來講，其波長是不同的，即便是同一元素但不同化合價的等離子體其光波波長也會存在顯著差異。然后，在光譜儀的作用下實現(xiàn)對光譜信號的采集與整理，并從中分析出樣品各化合價的各類元素和含量，最后以地層巖性和元素間的相對應關系為依據(jù)，來保證地層巖性識別的快速進行[1]。

1.1.2 激光誘導擊穿光譜技術的應用進展

錄井工程中應用激光誘導擊穿光譜技術是地層元素信息檢驗的重要輔助，為了使錄井技術人員能夠更加便捷的開展相關工作，施工企業(yè)應該著重選擇并應用功率最大的激光器，同時，企業(yè)還要對樣品臺實際功能給予關注，提升其豐富性。同時，相關企業(yè)還要著力于巖性識別模型的建立，從而為后續(xù)錄井工作的高質(zhì)量展開奠定基礎。據(jù)分析，現(xiàn)下ZY-LLA型激光巖性分析儀具備較為完善的功能，其技術指標為，波長在180 nm和620 nm之間，光學分辨率0.05 nm，基于同一樣品間隔在24 h的信息檢測的重復性誤差＜1.02%，對于元素含量的檢出極限而言為0.01%，檢測時間均在100 ms以內(nèi)。

據(jù)了解，當前圍繞錄井中地層元素資料的應用開展的研究較多，有的圍繞地層界面卡取進行的論述，有的圍繞沉積環(huán)境進行的研究。在該技術運用過程中，要始終以考慮下述兩點內(nèi)容為前提，一是錄井剖面建立具有普遍化特點，二是激光誘導擊穿光譜技術并未對巖屑樣品提出較高的要求等，這對于錄井剖面在線化的實現(xiàn)也具有重要意義，所以，重點應該放在元素檢測和巖性轉化闡述上。

通過應用得知，LIBS檢測值并不會受到巖屑粒徑的影響；若激光強度穿透力較強時，那么樣品清洗并不會對檢測結果產(chǎn)生較為顯著的影響，故可以忽略不計。將濕樣與干樣進行對比，前者LIBS信息強度明顯弱于后者。為了使檢測的及時性得到保障，現(xiàn)場選取清洗后的巖屑濕樣未嘗不是一種有效的方法。在進行分析過程中還離不開統(tǒng)計處理，如異常數(shù)據(jù)的清除、數(shù)據(jù)均值的處理等，還要以此為基礎，促進元素—巖性關系模型的構建，從而使巖性識別更加快速。在巖屑樣品檢測其全元素含量過程中應用該項技術具有顯著效用，其以地球化學元素分布特點和效率作為基礎與前提，挑選出與地層巖性相關的元素數(shù)量達到了20種以上，除了將其作為特征元素外，還對數(shù)學統(tǒng)計方法進行了運用，由此構建出了特定區(qū)域巖性識別模板[2]。

1.2 激光掃描共聚焦技術在錄井工程中的原理及應用進展

1.2.1 激光掃描共聚焦技術的原理

錄井工程中要實現(xiàn)對激光掃描共聚焦技術的高效運用，實際工作過程中就要借助激光器的輔助作用，圍繞樣品表面進行掃描，掃描方向為縱向，這樣便于工作人員對激光光源波長的觀察。發(fā)射光源和采集孔是不可分割的整體，這也是實施掃描的過程中可以清晰觀察到平面上的點的原因所在，而針對不包含在焦平面范圍內(nèi)的點并不會對錄井工程產(chǎn)生影響。同時，錄井工程中還需要工作人員明確激光束的優(yōu)勢所在，并以此為基礎盡量使其作用得到最大限度發(fā)揮，這是后續(xù)光學面形成的基本保障。基于此，工作人員還要注重采集端的縱向移動，也只有如此，才能使巖石三維立體圖形成更加容易和便捷。

巖石樣品制作時，工作人員要加大對正負壓交替試灌注技術的應用力度，灌注劑一旦被激光掃描到，那么其會隨之發(fā)出一些光芒，之后在光束原路返回的過程中工作人員可以實現(xiàn)對其的收集。而對于巖石骨架來講，其并不具備對光的反射作用，所以工作人員要清晰上述特征，并在充分運用的同時將巖石骨架位置及孔隙位置明確出來，更好地為相應立體圖的呈現(xiàn)奠定基礎。

1.2.2 激光掃描共聚焦技術的應用進展

目前，從地學領域來看激光掃描共聚焦技術應用可以發(fā)現(xiàn)，其普及程度還差強人意，但是為了將錄井工作質(zhì)量提升到更高的水平，相關工作人員也已經(jīng)嘗試將其進行了應用，然而，此種技術具有十分顯著的優(yōu)勢，首先，激光器配置數(shù)量可以得到明顯提升，縱觀當前錄井工程現(xiàn)狀來件，大部分都是以458 nm、488 nm和514 nm波長的激光器為輔助的。其次，物性鏡頭倍數(shù)的種類可以得到明顯提升，但是需要將5倍、10倍、60倍及100倍的鏡頭配置到激光器當中，才能更好地發(fā)揮其作用。

巖石物性參數(shù)準確度和真實性的提升離不開激光掃描共聚焦技術有效性和穿透性提升的支撐。巖石物性參數(shù)精度提高的本質(zhì)在于工作人員采集和分析工作的高質(zhì)量開展。同時，還需要工作人員重點進行巖石孔隙與巖石骨架距離的把控，保證其距離符合相關標準要求。通過研究得知，無論是巖石孔隙還是巖石骨架，在擺放過程中的位置并未經(jīng)過嚴格設計，隨意性特征顯著，分析精度最高達到了0.2 μm；但是如果在分布排列過程中是按照特定規(guī)律來實施的，那么其分析精度也會隨之提升，精度的最高值可以達到納米級別，而上述提到的兩種情況均適用于錄井工程[3]。

1.3 拉曼激光技術在錄井工程中的原理及應用進展

1.3.1 拉曼激光技術的原理

無論是氣體、液體還是透明物質(zhì)，只要有光的照射，便會發(fā)生散射。而基于散射光譜下的頻率成分與入射光頻率ν0成分存在高度一致，那么可以將其稱為瑞利散射，針對頻率相對較小的成分ν0-Δν來講，則為斯托克斯線。針對ν0+Δν等頻率較大成分將其稱之為反斯托克斯線，頻率以ν0兩側譜線或譜帶ν0±Δν呈對稱分布的則為拉曼光譜。就拉曼散射而言，其位移與入射光線頻率并不存在關聯(lián)，而是與作用分子能級結構息息相關，所以，無論是何種物質(zhì)來講，其都會有自身獨特的拉曼散射光譜，并可以參照光譜信息實現(xiàn)對物質(zhì)定性和定量的檢測。

1.3.2 拉曼激光技術應用進展

在圍繞含量低或精度較高的氣體開展在線分析測量時，可以對拉曼激光技術進行充分運用，且優(yōu)勢顯著，在此背景下，烴類與非烴類多組分氣體在線連續(xù)分析也能夠順利完成。例如中國石化在多年前就在此方面進行了充分的探索，共研究出了能夠在線連續(xù)分析烴類和非烴類共12種氣體狹縫分光拉曼激光氣體的樣機，而且氣體分辨率較高，重復率誤差較小。

拉曼激光氣體分析技術是解決拉曼效應不明顯、重組后拉曼光譜分離較難問題的有效措施，錄井實鉆分析時，多種氣體拉曼光譜會處于交叉重疊的狀態(tài)，且環(huán)境不同，頻移情況也會隨之發(fā)生，給解譜帶來了較大的難度。在反復試驗的過程中，對拉曼光譜影響因素予以了充分的明確，并將其作為了重點考慮因素，接著以此為基礎研究出了自適應聚焦算法，利用小波時域精確分解和變量篩選之間的融合機制由此實現(xiàn)了對光譜頻率域的劃分，且劃分效果十分精細，后續(xù)本征分析信號提取過程也十分準確，氣體拉曼光譜的分析精度及準確性也充分提升。

2 激光技術在錄井中的應用前景

(1)進一步數(shù)據(jù)處理能力，提升激光誘導擊穿光譜技術的精準度。巖屑樣品本身具有的代表性特征會直接對巖性識別準確度產(chǎn)生影響，所以在后續(xù)應用過程中需要依托豐富的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由此提升判別方法的準確性；二是，著力進行在線功能的研究，促進效率的提升。想要使該目的更好達成，在技術方面還存在一定的難點，例如流速會對截面巖屑通過量、LIBS值產(chǎn)生直接影響，布置在架空槽中的激光器實際位置對LIBS產(chǎn)生影響等。對于持續(xù)不間斷工作的激光器其本身就不具備較高的穩(wěn)定性，加之基于架空槽被污染后LIBS信息變化的影響因素十分復雜，所以對統(tǒng)計分析工作有著較強的依賴性。

(2)完善激光掃描共聚焦技術的應用。一是要將樣品處理技術的完善度的提升作為重要任務，這與儲層巖石樣品承受較大關注壓力有關，激光對其具有的穿透性相對較差，需要繼續(xù)進行研究與公關；二是強化對真假熒光的識別和處理，鉆井實施過程中為了達到促進時效性及鉆井液性能提升的目的，通常會將添加劑注入到鉆井液當中，而存在于部分添加劑中的熒光極易與原油熒光出現(xiàn)重疊，這也會對假熒光的識別和處理產(chǎn)生影響，進而影響到最終的應用效果。

(3)進一步推進拉曼激光技術應用。近年來，儀器呈現(xiàn)了精度高、小型化的發(fā)展態(tài)勢。同時，要加快對寬量程、高精度動態(tài)范圍量程CCD的研發(fā)，從而使精度和量程不能同時兼顧的問題得到充分且有效解決。

3 結語

總而言之，以往的技術與現(xiàn)階段現(xiàn)場錄井需求間的矛盾越發(fā)明顯，所以想要使錄井工程實施效果得到充分提升，工作人員應注重對激光技術應用的普及。并將其作為重要任務來對待。同時，受到激光技術種類多樣等特點的影響，錄井技術人員還應加大對多樣化激光技術的研究與分析，并付出更多的時間與精力，為后續(xù)錄井工作實效性的提升提供穩(wěn)固保障。