一种基于双谱联合的纯净非弹伽马能谱获取方法与流程

本发明涉及地层物理测井技术领域，具体涉及一种基于双普联合的纯净非弹伽马能谱获取方法。

背景技术：

碳氧比测井是利用脉冲中子源向地层发射14mev高能快中子，与地层孔隙中的c、o元素发生非弹性散射作用并释放出4.43mev和6.14mev的伽马射线，由于石油中含有大量的c元素，几乎不含o元素，而水中含有大量o元素，不含c元素，据此可以通过测量c窗和o窗计数，计算c/o比值来实现油、水的识别和剩余油饱和度的监测。

脉冲中子源以一定的脉冲宽度和重复周期向地层发射14mev快中子，当中子进入地层后首先与地层中某些元素的原子核发生非弹性散射并发射“非弹性散射”γ射线，在快中子被发射后的10^-8-10^-6s时间间隔里，非弹散射是中子损失能量的主要方式，因此非弹性散射在脉冲发射的持续期进行的，并且当中子发射停止是这一过程也立即停止。在随后的的10^-6-10^-3s的时间里，主要作用过程是弹性散射，中子热化和俘获辐射。在脉冲发射循环时间内，由于多次循环的原因，在脉冲区测量的伽马能谱是脉冲区伽马总谱和部分俘获伽马能谱的混合谱，因此在测量c/o时，需要先扣除部分俘获伽马能谱来获取纯净的脉冲区伽马总谱，进而实现利用c/o精确求取剩余油饱和度。

目前对于净脉冲区伽马总谱的方法主要有固定系数法、减氢峰法和分段扣除法，由于在实际测量过程中，地层环境多变，固定系数法误差较大，而分段扣除法无法确定具体地层的扣除系数。同时由于放射性统计误差的原因，当测速较快时，测量的能谱涨落性大，减氢峰法净谱系数波动大无法准确获取地层的净脉冲区伽马总谱，导致与理论净非弹伽马散射能谱相关性低，计算c/o比值求取剩余油饱和度的精度低。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种基于双普联合的纯净非弹伽马能谱获取方法，在统计起伏较大时，仍然能准确获取纯净的非弹伽马散射能谱。

本发明具体采用如下技术方案：

一种基于双谱联合的纯净非弹伽马能谱获取方法，包含以下具体步骤：

步骤一：在c/o模式测井过程中，同时记录非弹散射伽马能谱、俘获伽马能谱及时间谱；

步骤二：时间谱满足伽马射线的对数衰减特性，据此计算上一个循环在下一个循环中脉冲段和俘获段的比重，利用时间谱计算的上一个脉冲在下一个脉冲中所占的比例作为“本底比例”，相应的扣除非弹散射伽马能谱和俘获伽马能谱中的本底；

步骤三：记录的俘获伽马各能道计数在时间上符合对数线性衰减规律，逆推计算出脉冲发射结束时刻该能量的俘获伽马总计数；

步骤四：在脉冲段，俘获伽马的生成满足指数增长，利用脉冲发射的起始时间和结束时间确定指数增长函数，对函数进行时间域的积分求取各个能道在脉冲发射时间内产生的俘获伽马总计数；将脉冲时间段内各个能道产生的俘获伽马计数除以俘获时间段内的对应能道计数，求取对应能道的扣除系数；

步骤五：根据各能道的扣除系数和俘获伽马能谱的乘积计算出对应能道的扣除量，利用脉冲区伽马总谱减去对应能道的扣除量，得到净非弹性散射伽马能谱。

优选地，步骤一中，非弹散射伽马能谱包含俘获伽马能谱影响，时间谱覆盖整个脉冲时间段和部分俘获时间段，包括脉冲发射时间及发射结束后的100μs。

优选地，步骤二中的伽马射线的对数衰减特性，其斜率包括：

上一个循环结束时的计数率以相同的对数衰减斜率继续衰减一个循环时间，该斜率取决于井眼和地层条件，利用最小二乘方法获取。

优选地，步骤三中，利用扣完本底的各能道俘获伽马计数按对数时间线性衰减逆推计算得到脉冲发射结束时刻该能量的俘获伽马总计数。

优选地，步骤四中脉冲区俘获伽马满足指数函数增长，指数函数为式(1)，

ni＝nαi(1-e^-tσ)(1)

其中，ni为第i能量道在脉冲区的俘获伽马计数率；nαi为第i能量道在脉冲发射截止时刻的俘获伽马计数率，通过步骤四中的对数线性衰减逆推得到；t＝t1-t0，t1为脉冲结束时刻，t0为脉冲计数开始增加的时刻；σ为中子俘获截面，受井眼介质的影响。

优选地，步骤四中各能道对应的扣除系数满足式(2)，

其中，ηi为第i能道的扣除系数，ncapi为俘获伽马能谱中第i道计数。

优选地，步骤五中得到的纯净非弹性散射伽马可以表示为式(3)：

其中，nine_p为纯净非弹性散射伽马能谱，nine为记录的非弹散射伽马能谱，ηi为第i能道的扣除系数，ncapi为俘获伽马能谱中第i道计数。

本发明具有如下有益效果：

该方法从时间谱衰减特性入手，采用指数增长函数近似脉冲发射时间段内的俘获伽马变化规律，进而计算每一个能道在脉冲区的的俘获伽马计数和俘获区伽马计数比值得到扣除系数，根据各能道的扣除系数和俘获伽马能谱的乘积计算出对应能道的扣除量，利用脉冲区伽马总谱减去对应能道的扣除量，得到净非弹性散射伽马能谱。

附图说明

图1为基于双普联合的纯净非弹伽马能谱获取方法的流程框图；

图2为时间谱计数及对应时间窗内的脉冲区伽马总谱和俘获伽马能谱的测量时间段示意图；

图3为c/o仪器测井mcnp模型示意图；

图4为利用mcnp模拟的20％孔隙度砂岩的时间总谱、净非弹时间谱和二者相减得到的俘获时间谱图；

图5为20％孔隙度砂岩地层条件下，俘获伽马时间谱及利用增长函数拟合的俘获伽马时间谱与mcnp模拟计算得到的俘获伽马时间谱对比示意图；

图6为20％含水砂岩刻度井地层各个能道的扣除系数示意图；

图7为两种砂岩含油、含水刻度井的碳窗和氧窗计数符合率示意图。

其中，1为地层，2为近伽马探测器，3为中伽马探测器，4为远伽马探测器，5为水泥环，6为套管，7为伽马屏蔽体，8为d-t中子源，9为油管，10为4空间。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

俘获伽马是指探测器需要记录的信息，它包括时间、能量上的计数信息，俘获伽马能谱只是其中的一种。

结合图1，一种基于双谱联合的纯净非弹伽马能谱获取方法，包含以下具体步骤：

步骤一：在c/o模式测井过程中，同时记录非弹散射伽马能谱、俘获伽马能谱及时间谱；非弹散射伽马能谱包含俘获伽马能谱影响，时间谱覆盖整个脉冲时间段和部分俘获时间段，包括脉冲发射时间及发射结束后的100μs。

步骤二：时间谱满足伽马射线的对数衰减特性，据此计算上一个循环在下一个循环中脉冲段和俘获段的比重，利用时间谱计算的上一个脉冲在下一个脉冲中所占的比例作为“本底比例”，相应的扣除非弹散射伽马能谱和俘获伽马能谱中的本底；

其斜率包括：上一个循环结束时的计数率以相同的对数衰减斜率继续衰减一个循环时间，该斜率取决于井眼和地层条件，利用最小二乘方法获取。

步骤三：记录的俘获伽马各能道计数在时间上符合对数线性衰减规律，逆推计算出脉冲发射结束时刻该能量的俘获伽马总计数；利用扣完本底的各能道俘获伽马计数按对数时间线性衰减逆推计算得到脉冲发射结束时刻该能量的俘获伽马总计数。

步骤四：在脉冲段，俘获伽马的生成满足指数增长，利用脉冲发射的起始时间和结束时间确定指数增长函数，对函数进行时间域的积分求取各个能道在脉冲发射时间内产生的俘获伽马总计数；将脉冲时间段内各个能道产生的俘获伽马计数除以俘获时间段内的对应能道计数，求取对应能道的扣除系数；

步骤四中脉冲区俘获伽马满足指数函数增长，指数函数为式(1)，

ni＝nαi(1-e^-tσ)(1)

其中，ni为第i能量道在脉冲区的俘获伽马计数率；nαi为第i能量道在脉冲发射截止时刻的俘获伽马计数率，通过步骤四中的对数线性衰减逆推得到；t＝t1-t0，t1为脉冲结束时刻，t0为脉冲计数开始增加的时刻；σ为中子俘获截面，受井眼介质的影响，如图5所示，模拟的20％孔隙度砂岩地层条件下，mcnp模拟计算得到的俘获伽马时间谱与利用该指数增长函数得到的俘获伽马时间谱吻合。

在t0到t1时间段内，伽马能谱各能道在脉冲区的俘获伽马计数可以通过对公式(4)在时间上的积分，各能道对应的扣除系数满足如式(2)：

其中，ηi为第i能道的扣除系数，ncapi为俘获伽马能谱中第i道计数。

步骤五：根据各能道的扣除系数和俘获伽马能谱的乘积计算出对应能道的扣除量，利用脉冲区伽马总谱减去对应能道的扣除量，得到净非弹性散射伽马能谱。

步骤五中得到的纯净非弹性散射伽马可以表示为式(3)：

其中，nine_p为纯净非弹性散射伽马能谱，nine为记录的非弹散射伽马能谱，ηi为第i能道的扣除系数，ncapi为俘获伽马能谱中第i道计数，图6为20％孔隙含水砂岩扣除系数。

图2为mcnp计算模型示意图，该模型安装于地层1中，包括套管6，套管6的外壁套有水泥环5，套管6的中部设有近伽马探测器2，近伽马探测器2的上部设有中伽马探测器3，中伽马探测器3的上方设有远伽马探测器4，近伽马探测器2的下发设有d-t中子源8，近伽马探测器2与中伽马探测器3之间、中伽马探测器3与远伽探测器4之间、近伽马探测器3与d-t中子源8之间均设有伽马屏蔽体7，套管6与各伽马探测器之间设有油管9，油管9与套管6预留有一部分4空间10。利用该模型可以通过计算机模拟的方式获取不同地层条件下的脉冲区伽马总谱、俘获伽马能谱、时间谱及通过mcnp截断1mev中子的方式可以获取对应地层条件下的净脉冲区伽马总谱，利用非弹伽马时间谱和净非弹伽马时间谱做差可以得到理论上的俘获伽马时间谱，图4展示了模拟得到的20％孔隙度砂岩的时间总谱、净非弹时间谱和二者相减得到的俘获时间谱图。

如图3所示，为脉冲发射时间段，俘获时间段，在脉冲发射时间段内测量的脉冲区伽马总谱，俘获伽马时间段内测量的俘获伽马能谱，利用该时间段设置可以实现对应能道的非弹伽马计数和俘获伽马计数获取。

利用该模型可以通过计算机模拟的方式获取不同地层条件下的脉冲区伽马总谱、俘获伽马能谱、时间谱及通过mcnp截断1mev中子的方式可以获取对应地层条件下的净脉冲区伽马总谱，利用非弹伽马时间谱和净非弹伽马时间谱做差可以得到理论上的俘获伽马时间谱，图4展示了模拟得到的20％孔隙度砂岩的时间总谱、净非弹时间谱和二者相减得到的俘获时间谱图。

为了验证本方法在获取净谱系数的准确性，采用如图2所示的mcnp数值计算模型，设置2种刻度井地层，具体为：(1)孔隙度分别为33.8％、28.7％、25％、21.4％、15.8％的含油砂岩地层；(2)孔隙度分别为33.8％、28.7％、25％、21.4％、16.8％的含水砂岩地层。分别利用截断的方法和本净谱方法获取地层纯净非弹伽马能谱，计算得到碳窗、氧窗计数符合率，结果如图7所示。碳窗、氧窗计数符合率均在97％左右。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。