激光技术在录井工程中的应用进展分析

万佳宁(中法渤海地质服务有限公司，天津 300400)

1 激光技术在录井工程中的应用进展

1.1 激光诱导击穿光谱技术在录井工程中的原理及应用进展

1.1.1 激光诱导击穿光谱技术的原理

激光诱导击穿光谱技术是近年来运用的较为新型的技术，将其合理、有效的运用到录井工程当中，有助于帮助对物质元素的明确。据了解，激光诱导等离子光谱技术是此项技术的又一个名称。其原理为：毫焦耳级能量的激光在准直聚焦的基础上通过对样品的轰击由此形成等离子体，待其高温逐渐下降至正常状态后自身能量也能够得到释放，基于此，一些波长各异的光波也会由此发出。对于不同元素的等离子体来讲，其波长是不同的，即便是同一元素但不同化合价的等离子体其光波波长也会存在显著差异。然后，在光谱仪的作用下实现对光谱信号的采集与整理，并从中分析出样品各化合价的各类元素和含量，最后以地层岩性和元素间的相对应关系为依据，来保证地层岩性识别的快速进行[1]。

1.1.2 激光诱导击穿光谱技术的应用进展

录井工程中应用激光诱导击穿光谱技术是地层元素信息检验的重要辅助，为了使录井技术人员能够更加便捷的开展相关工作，施工企业应该着重选择并应用功率最大的激光器，同时，企业还要对样品台实际功能给予关注，提升其丰富性。同时，相关企业还要着力于岩性识别模型的建立，从而为后续录井工作的高质量展开奠定基础。据分析，现下ZY-LLA型激光岩性分析仪具备较为完善的功能，其技术指标为，波长在180 nm和620 nm之间，光学分辨率0.05 nm，基于同一样品间隔在24 h的信息检测的重复性误差＜1.02%，对于元素含量的检出极限而言为0.01%，检测时间均在100 ms以内。

据了解，当前围绕录井中地层元素资料的应用开展的研究较多，有的围绕地层界面卡取进行的论述，有的围绕沉积环境进行的研究。在该技术运用过程中，要始终以考虑下述两点内容为前提，一是录井剖面建立具有普遍化特点，二是激光诱导击穿光谱技术并未对岩屑样品提出较高的要求等，这对于录井剖面在线化的实现也具有重要意义，所以，重点应该放在元素检测和岩性转化阐述上。

通过应用得知，LIBS检测值并不会受到岩屑粒径的影响；若激光强度穿透力较强时，那么样品清洗并不会对检测结果产生较为显著的影响，故可以忽略不计。将湿样与干样进行对比，前者LIBS信息强度明显弱于后者。为了使检测的及时性得到保障，现场选取清洗后的岩屑湿样未尝不是一种有效的方法。在进行分析过程中还离不开统计处理，如异常数据的清除、数据均值的处理等，还要以此为基础，促进元素—岩性关系模型的构建，从而使岩性识别更加快速。在岩屑样品检测其全元素含量过程中应用该项技术具有显著效用，其以地球化学元素分布特点和效率作为基础与前提，挑选出与地层岩性相关的元素数量达到了20种以上，除了将其作为特征元素外，还对数学统计方法进行了运用，由此构建出了特定区域岩性识别模板[2]。

1.2 激光扫描共聚焦技术在录井工程中的原理及应用进展

1.2.1 激光扫描共聚焦技术的原理

录井工程中要实现对激光扫描共聚焦技术的高效运用，实际工作过程中就要借助激光器的辅助作用，围绕样品表面进行扫描，扫描方向为纵向，这样便于工作人员对激光光源波长的观察。发射光源和采集孔是不可分割的整体，这也是实施扫描的过程中可以清晰观察到平面上的点的原因所在，而针对不包含在焦平面范围内的点并不会对录井工程产生影响。同时，录井工程中还需要工作人员明确激光束的优势所在，并以此为基础尽量使其作用得到最大限度发挥，这是后续光学面形成的基本保障。基于此，工作人员还要注重采集端的纵向移动，也只有如此，才能使岩石三维立体图形成更加容易和便捷。

岩石样品制作时，工作人员要加大对正负压交替试灌注技术的应用力度，灌注剂一旦被激光扫描到，那么其会随之发出一些光芒，之后在光束原路返回的过程中工作人员可以实现对其的收集。而对于岩石骨架来讲，其并不具备对光的反射作用，所以工作人员要清晰上述特征，并在充分运用的同时将岩石骨架位置及孔隙位置明确出来，更好地为相应立体图的呈现奠定基础。

1.2.2 激光扫描共聚焦技术的应用进展

目前，从地学领域来看激光扫描共聚焦技术应用可以发现，其普及程度还差强人意，但是为了将录井工作质量提升到更高的水平，相关工作人员也已经尝试将其进行了应用，然而，此种技术具有十分显著的优势，首先，激光器配置数量可以得到明显提升，纵观当前录井工程现状来件，大部分都是以458 nm、488 nm和514 nm波长的激光器为辅助的。其次，物性镜头倍数的种类可以得到明显提升，但是需要将5倍、10倍、60倍及100倍的镜头配置到激光器当中，才能更好地发挥其作用。

岩石物性参数准确度和真实性的提升离不开激光扫描共聚焦技术有效性和穿透性提升的支撑。岩石物性参数精度提高的本质在于工作人员采集和分析工作的高质量开展。同时，还需要工作人员重点进行岩石孔隙与岩石骨架距离的把控，保证其距离符合相关标准要求。通过研究得知，无论是岩石孔隙还是岩石骨架，在摆放过程中的位置并未经过严格设计，随意性特征显著，分析精度最高达到了0.2 μm；但是如果在分布排列过程中是按照特定规律来实施的，那么其分析精度也会随之提升，精度的最高值可以达到纳米级别，而上述提到的两种情况均适用于录井工程[3]。

1.3 拉曼激光技术在录井工程中的原理及应用进展

1.3.1 拉曼激光技术的原理

无论是气体、液体还是透明物质，只要有光的照射，便会发生散射。而基于散射光谱下的频率成分与入射光频率ν0成分存在高度一致，那么可以将其称为瑞利散射，针对频率相对较小的成分ν0-Δν来讲，则为斯托克斯线。针对ν0+Δν等频率较大成分将其称之为反斯托克斯线，频率以ν0两侧谱线或谱带ν0±Δν呈对称分布的则为拉曼光谱。就拉曼散射而言，其位移与入射光线频率并不存在关联，而是与作用分子能级结构息息相关，所以，无论是何种物质来讲，其都会有自身独特的拉曼散射光谱，并可以参照光谱信息实现对物质定性和定量的检测。

1.3.2 拉曼激光技术应用进展

在围绕含量低或精度较高的气体开展在线分析测量时，可以对拉曼激光技术进行充分运用，且优势显著，在此背景下，烃类与非烃类多组分气体在线连续分析也能够顺利完成。例如中国石化在多年前就在此方面进行了充分的探索，共研究出了能够在线连续分析烃类和非烃类共12种气体狭缝分光拉曼激光气体的样机，而且气体分辨率较高，重复率误差较小。

拉曼激光气体分析技术是解决拉曼效应不明显、重组后拉曼光谱分离较难问题的有效措施，录井实钻分析时，多种气体拉曼光谱会处于交叉重叠的状态，且环境不同，频移情况也会随之发生，给解谱带来了较大的难度。在反复试验的过程中，对拉曼光谱影响因素予以了充分的明确，并将其作为了重点考虑因素，接着以此为基础研究出了自适应聚焦算法，利用小波时域精确分解和变量筛选之间的融合机制由此实现了对光谱频率域的划分，且划分效果十分精细，后续本征分析信号提取过程也十分准确，气体拉曼光谱的分析精度及准确性也充分提升。

2 激光技术在录井中的应用前景

(1)进一步数据处理能力，提升激光诱导击穿光谱技术的精准度。岩屑样品本身具有的代表性特征会直接对岩性识别准确度产生影响，所以在后续应用过程中需要依托丰富的统计数据，由此提升判别方法的准确性；二是，着力进行在线功能的研究，促进效率的提升。想要使该目的更好达成，在技术方面还存在一定的难点，例如流速会对截面岩屑通过量、LIBS值产生直接影响，布置在架空槽中的激光器实际位置对LIBS产生影响等。对于持续不间断工作的激光器其本身就不具备较高的稳定性，加之基于架空槽被污染后LIBS信息变化的影响因素十分复杂，所以对统计分析工作有着较强的依赖性。

(2)完善激光扫描共聚焦技术的应用。一是要将样品处理技术的完善度的提升作为重要任务，这与储层岩石样品承受较大关注压力有关，激光对其具有的穿透性相对较差，需要继续进行研究与公关；二是强化对真假荧光的识别和处理，钻井实施过程中为了达到促进时效性及钻井液性能提升的目的，通常会将添加剂注入到钻井液当中，而存在于部分添加剂中的荧光极易与原油荧光出现重叠，这也会对假荧光的识别和处理产生影响，进而影响到最终的应用效果。

(3)进一步推进拉曼激光技术应用。近年来，仪器呈现了精度高、小型化的发展态势。同时，要加快对宽量程、高精度动态范围量程CCD的研发，从而使精度和量程不能同时兼顾的问题得到充分且有效解决。

3 结语

总而言之，以往的技术与现阶段现场录井需求间的矛盾越发明显，所以想要使录井工程实施效果得到充分提升，工作人员应注重对激光技术应用的普及。并将其作为重要任务来对待。同时，受到激光技术种类多样等特点的影响，录井技术人员还应加大对多样化激光技术的研究与分析，并付出更多的时间与精力，为后续录井工作实效性的提升提供稳固保障。