专利名称：一种用于自然伽马能谱测井仪器的自动稳谱方法
技术领域：
本发明涉及一种用于自然伽马能谱测井仪器的自动稳谱技术，利用它可以在自然伽马能谱测井过程中实现自动稳谱，即把特征能量峰稳定在标准道址附近很小的一个区间内。
背景技术：
地层中天然存在的伽马射线基本可以归结为钾元素、铀系元素和钍系元素这3类放射性核素发生衰变时所发出的射线，具有3种高低不同的特征能量。不同能量的伽马射线进入碘化铯闪烁晶体时激发的闪光不同；采用专门设计的光电倍增管可以对这种闪光信号进行响应、并把它转换成不同幅度的电压脉冲信号。电压脉冲信号幅度的大小将由光电倍增管的高压增益决定。电压脉冲信号幅度正比于高压增益；高压增益变大，电压脉冲信号幅度也随之增大；高压增益变小，电压脉冲信号幅度则随之减小。专门设计的脉冲幅度分析电路把这样的电压脉冲信号转换成一个地址，每一个地址称为一个“能量道“。不同幅度的电压脉冲信号对应着不同的道地址。在自然伽马能谱仪器中将伽马射线的能量空间从低到高划分为0至255个能量道，每一个能量道都对应于一个唯一的计算机存储单元。脉冲幅度分析电路每接收到一个电压脉冲信号，就将它转换成一个地址，并将对应于该地址的存储单元的内容加1。这样，在固定的时间内，所有256个存储单元的内容就形成了一个特定的道地址(也称数组)——这样一个整数数组称为一个能谱，这个能谱代表此时地层的伽马射线的放射性特征。利用专门的剥谱方法和刻度数据就可以由能谱计算出地层中钾、铀系、钍系3类放射性核素的含量。
在自然伽马能谱测井过程中，由于温度等环境因素的变化可导致特征能量峰在道地址空间中发生漂移，因此有必要建立一种自动的反馈机制，以便在实际测量过程中由计算机控制系统自动地改变下井仪器的高压增益从而将特征能量峰稳定在标准道地址附近一个很小的区间内。
目前采用的稳谱方法主要是在标准特征能量峰位置的左右两侧开设同样宽度的两个记数窗口，采用电子电路比较两个窗口记数的大小。若二者相同，则认为特征能量峰位置无变化；若右侧窗口记数大于左侧窗口记数，则说明特征能量峰位置向右移动了，此时由差分电路的输出电压将减小，从而减少光电倍增管的高压增益，实现将特征能量峰位置左移回到标准位置的目的；反之，若右侧窗口记数小于左侧窗口记数，则说明特征能量峰位置向左移动了，此时由差分电路的输出电压将增大，从而增加光电倍增管的高压增益，实现将特征能量峰位置右移回到标准位置的目的。
发明内容
本发明的目的就是针对现有自然伽马能谱测井的状况，提供一种自动稳谱技术或者称之为“反馈机制”，以便在测量过程中，通过软件自动地跟踪特征能量峰并将其稳定在标准道址附近一个很小的区间内。
其技术方案如下完整的自然伽马能谱测井系统包括1、地面计算机数据采集控制系统；2、测井电缆；3、数据传输短节；4、自然伽马能谱测井仪器。
该系统工作时，先将自然伽马能谱测井仪器连接到数据传输短节下面。接下来把数据传输短节连接到测井电缆上。然后用绞车系统把自然伽马能谱测井仪器通过测井电缆吊装、放入井眼内进行测井。
开始测井时，地面计算机数据采集控制系统设定自然伽马能谱仪器的初始增益。当进入自动稳谱工作状态后，地面计算机系统的测量控制程序将建立一系列前后衔接的增益调节周期。每一个增益调节周期由以下5个步骤组成
(A)采样谱累加和识别测量控制程序先将一个有256个变量的数组(下称“寻峰谱“)全部设置为0。然后，测量控制程序每采集到一个能谱，立即把该能谱的数据一一对应地加到寻峰谱内。接下来，计算能量峰的计数把寻峰谱中特征能量峰的标准道址左右各10道(该数据可以根据具体情况加以改变)的数据相加，累加结果称为能量峰的计数，记为S。判断S是否大于某一预先设定的数值(这个数值与具体的仪器有关，一般通过实验预先确定)。如果是，则进入步骤(2)；否则继续进行采样谱累加和识别。
(B)从寻峰谱上计算出当前特征能量峰的道地址P这一步有许多方法可以采用。一般采用最大值方法，即在预定的道地址范围内逐个比较道地址变量的大小，道地址变量的最大值对应的能道即为所求的特征能量峰的道地址。
(C)计算增益改变量，得到新的增益值计算增益改变量的公式增益改变量＝C*(标准能道-P)公式中C为增量系数，其物理含义是增益若增加C个单位则对应地特征能量峰将向右偏移一道，其具体数值与个别仪器有关，一般通过实验确定。
新的增益值＝原增益+增益值改变量(D)由计算机测量控制程序向井下仪器发送增益调节命令这一步很简单，当测量控制程序计算出新的增益后，地面计算机系统自动地通过测井电缆向井下仪器发送预定格式的增益调节命令。该命令的内容为新的增益值。井下仪器接收到此命令后将新的增益进行数模转换(D/A)，从而得到新的工作电压。
(E)进入下一个增益调节周期。
四
图1自动稳谱软件流程2标准能量峰位置和能量峰偏离示意图五具体实施例方式由于本发明是一种方法，其实施方式是具体结合到实际的地面计算机测井系统的软件设计中的。今以SL6000型高分辨率测井地面系统的软件设计为例，说明该方法的具体实施方式
。
测井时的硬件配置包括1、地面计算机系统(数据采集控制系统)；2、测井电缆；3、数据传输短节；4、自然伽马能谱测井仪器。
地面计算机系统通过测量控制程序与井下能谱仪器通讯。通讯内容为(1)向井下能谱仪器发送更改增益命令或上传数据命令；(2)接收井下能谱仪器传来的能谱数据。
井下能谱仪器接收并识别地面计算机系统发来的命令，实现对井下仪器的增益控制和上传测量数据。若地面计算机系统发来的是增益命令，则将新的增益代码进行数模转换(D/A)，从而得到新的工作电压。若地面发来的是上传数据命令，则将当前的能谱数据按预定格式通过测井电缆上传到地面计算机系统。
参照附图，在地面计算机系统中的测量控制程序内作如下设置(1)一个记数器变量，用于记录采样次数；(2)一个有256个变量的数组，用于存放各次采样谱累加而成的寻峰谱；(3)一个整数变量S，用于存放寻峰谱中特征能量峰的标准道址左右各10道内共计21个变量的和。
在测量控制程序内部设置一个仪器工作状态切换界面，用于设定或改换仪器的工作状态。在此界面下可以由操作员执行“打开自动稳谱/关闭自动稳谱”的操作。
系统刚开始工作时，默认处于“关闭自动稳谱”状态，记数器变量和道地址变量全部置0。
当操作员执行“打开自动稳谱”的操作时记数器变量清0，道地址变量置0。开始进入第一个稳谱周期。每一个稳谱周期都包括下述前后衔接的5个阶段。阶段A采样谱累加和识别在计算机测量控制程序中，每采集到一个点的能谱数据，就要进行下列操作记数器变量加1；采样谱累加，即将此采样谱按道追加到寻峰谱中；计算寻峰谱中特征能量峰的标准道址左右各10道内共计21个变量变量的和，以S表示。
判断S是否大于300(该数值与具体仪器有关，可经试验确定)。如果是，则进入阶段B；否则跳到阶段A的开始位置，继续进行下一次采样谱累加。
阶段B从寻峰谱上计算出当前特征能量峰的道地址；采用最大值方法，即在预定的道地址范围内逐个比较道地址变量的大小，道地址变量最大值所对应的能道即为所求的当前特征能量峰的道地址，记为P。
阶段C计算增益改变量按照下面的公式计算增益改变量
增益改变量＝C*(特征能量峰的标准道地址-P)注特征能量峰的标准道地址为已知量，对于钾、铀、钍分别为105、127、188。增益系数C由实验测定。
新的增益＝原来的增益+增益改变量阶段D 向仪器发送增益调节命令，将新的增益发送到仪器。
当测量控制程序计算出新的增益后，地面计算机系统立即向井下能谱仪器发送改变增益命令。通讯内容为新的增益。
阶段E准备下一个增益调节周期。
记数器置0开始记录采样次数寻峰谱道地址变量置0从0开始累积转到下一个增益调节周期的阶段A，进入下一个增益调节周期。
上述增益调节周期一个又一个地持续下去，即可在整个测量过程中自动地调节井下能谱仪器的高压增益，将特征能量峰稳定在标准道地址附近一个很小的区间内，从而实现自动稳谱功能，保证测量的稳定性、可靠性。
权利要求
1.一种用于自然伽马能谱测井仪器的自动稳谱方法，它是建立在一个完整的自然伽马能谱测井系统基础上，该系统包括地面计算机数据采集控制系统、测井电缆、数据传输短节、自然伽马能谱测井仪器几个主要部分组成，该系统工作时，其连接方式为自然伽马能谱测井仪器连接到数据传输短节下面，数据传输短节连接到测井电缆上，通过测井电缆把自然伽马能谱测井仪器和数据传输端节与地面计算机数据采集控制系统连接，其特征是开始测井时，地面计算机数据采集控制系统设定自然伽马能谱仪器的初始增益，当进入自动稳谱工作状态后，地面计算机系统的测量控制程序将建立一系列前后衔接的增益调节周期，每一个增益调节周期由以下五个步骤组成(A)采样谱累加和识别测量控制程序预先设定2n个变量的能量道地址(以下简称道地址)，道地址全部设置为0；然后测量控制程序每采集到一个含有2n个变量的道地址的能谱，立即把该能谱道地址的元素一一对应地加到寻峰谱内；接下来，计算能量峰的计数，把寻峰谱中特征能量峰的标准道址左右各M道的元素相加，累加结果称为能量峰的计数，记为S；判断S是否大于某一预先设定的数值，如果是，则进入步骤(B)，否则继续进行采样谱累加和识别；(B)从寻峰谱上计算出当前特征能量峰的道地址；(C)计算增益改变量，得到新的增益值计算增益改变量的公式为增益改变量＝C*(标准道址-当前特征能量峰的道地址)，公式中C为增量系数，其物理含义是增益若增加C个单位则对应地特征能量峰将偏移一道，其具体数值通过实验确定，新的增益值＝原增益+增益值改变量；(D)由计算机测量控制程序向井下仪器发送增益调节命令当测量控制程序计算出新的增益后，地面计算机系统自动地通过测井电缆向井下仪器发送预定格式的增益调节命令，该命令的内容为新的增益值，井下仪器接收到此命令后将新的增益进行数模转换，从而得到新的工作电压；(E)进入下一个增益调节周期。
2.根据权利要求1所述的用于自然伽马能谱测井仪器的自动稳谱方法，其特征是步骤(B)从寻峰谱上计算出当前特征能量峰的道地址采用最大值方法，即在预定的道地址范围内逐个比较道地址变量的大小，道地址变量的最大值对应的能道即为所求的特征能量峰的道地址。
3.根据权利要求1或2所述的用于自然伽马能谱测井仪器的自动稳谱方法，其特征是步骤(A)中的2n个变量设定为256，左右各M道的的M值设定为10。
全文摘要
本发明涉及一种用于自然伽马能谱测井仪器的自动稳谱方法。其技术方案如下开始测井时，地面计算机数据采集控制系统设定自然伽马能谱仪器的初始增益。当进入自动稳谱工作状态后，地面计算机系统的测量控制程序将建立一系列前后衔接的增益调节周期。每一个增益调节周期包括采样谱累加和识别；从寻峰谱上计算出当前特征能量峰的道地址P；计算增益改变量，得到新的增益改变量＝C*(标准道址—当前特征能量峰的道地址)，新的增益值＝原增益+增益值改变量；由计算机测量控制程序向井下仪器发送增益调节命令；进入下一个增益调节周期。本发明是解决了依靠硬件电路实现稳谱过程中受井下条件的影响，保证了稳谱精度要求，最终使测井资料更准确。
文档编号E21B49/00GK1900482SQ20061004543
公开日2007年1月24日 申请日期2006年7月12日 优先权日2006年7月12日
发明者王卫华 申请人:中国石化集团胜利石油管理局测井公司