本發(fā)明屬于地球物理測井技術領域，涉及一種元素測井中子俘獲伽馬能譜的獲取方法。

背景技術：

元素俘獲能譜測井儀器(簡稱ecs)采用的是²⁴¹am-⁹be中子源，放射出中子的能譜范圍為0～10mev。在中子與地層物質的相互作用過程中，主要可分為中子慢化階段和中子吸收階段兩個階段。數(shù)據(jù)探測系統(tǒng)探測這兩個階段發(fā)出的γ射線。在中子慢化階段，只有非彈性散射能發(fā)出γ射線。在中子吸收階段，熱中子與原子核發(fā)生俘獲反應可以放射出γ射線。當發(fā)生俘獲反應時，中子被靶核吸收形成復合核，而后復合核通過發(fā)射特征γ光子回到基態(tài)，該俘獲反應階段的中子能量較低。元素俘獲能譜測井主要是中子與地層發(fā)生非彈性散射和俘獲這兩個核反應發(fā)出γ光子，探測器到探測γ射線。最后對探測到的γ射線進行分析、解譜和計算出地層中各種元素的含量。

在對元素俘獲伽馬能譜測井獲得的原始測量譜進行解譜時需要用到單元素標準譜。所謂單元素標準譜就是一種元素與中子發(fā)生作用發(fā)出γ光子，并被探測器記錄的譜線。國外斯倫貝謝公司確定單元素標準伽馬能譜的方法是使用標準井實驗確定，建立一個標準實驗井，若需要測量某種元素的單元素譜，則將含有該元素的化合物填充在標準井內并且用探測儀測量該井得到伽馬能譜，最后剝去其他干擾元素的伽馬能譜就得到該種元素的單元素伽馬能譜。國內目前還沒有針對單元素建立的標準井，因而無法通過實際儀器測量獲得標準譜，從而制約了國內相關儀器的研發(fā)和油田現(xiàn)場的實際應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種元素測井中子俘獲伽馬能譜的獲取方法，解決了國內目前還沒有針對單元素建立的標準井，因而無法通過實際儀器測量獲得標準譜，從而制約了國內相關儀器的研發(fā)和油田現(xiàn)場的實際應用的問題。

本發(fā)明按照以下步驟進行：

步驟一：在實驗室條件下測量單元素的伽馬能譜并進行分析，確定探測器的能量分辨率；

步驟二：針對地層元素俘獲伽馬能譜測井儀器參數(shù)建立模型；

步驟三：采用蒙特卡洛方法模擬地層元素俘獲伽馬能譜測井儀器井下的熱中子俘獲伽馬能譜；

步驟四：對模擬得到的單元素伽馬能譜進行處理分析，從而確定某一種元素的單元素模擬譜。

進一步，步驟一中，通過搭建實驗平臺得到一些地層單元素樣品伽馬能譜，分析不同元素的伽馬能譜并計算出bgo探測器的能量分辨率；

能量分辨率與能量以及半高寬的關系公式：

能譜半高寬和能譜關系式：

e是粒子能量，a的單位是mev，b的單位是c無單位。

進一步，步驟二中模型選擇²⁴¹am(ɑ，n)⁹be同位素中子源；選擇mcnp中的通用源模型且將其設置為體積源；測井儀模型部分是根據(jù)ecs測井儀所使用的測井儀器的幾何尺寸，部件構成和其他一些相關參數(shù)建立；地層模型部分外徑為160cm，內徑為20cm，高為240cm的同心圓柱體。

進一步，步驟三中，根據(jù)步驟二獲得的中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)，處理分析各元素的能量窗內的模擬伽馬能譜計數(shù)，包括：1)對所述中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)進行預處理，獲得預處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜模擬數(shù)據(jù)；2)對所述預處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜進行歸一化處理，獲得歸一化處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)；3)根據(jù)所述歸一化處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)，獲取所述反映各元素的能量窗內的伽馬能譜計數(shù)。

進一步，步驟四中，對模擬得到的單元素伽馬能譜進行處理分析包括：對所述中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)進行預處理，為了得到比較平滑的數(shù)據(jù)，必須將這些毛刺去除，對所述預處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜進行歸一化處理，獲得歸一化處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)；根據(jù)所述歸一化處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)，獲取所述反映各元素的能量窗內的伽馬能譜計數(shù)；將步驟二中的模擬模型地層部分加入某種元素單質或氧化物，通過步驟三、步驟四后，最終得到某一種元素的單元素模擬譜，利用不同的單元素樣品重復步驟二、步驟三、步驟四，進而可以得到一套較為完整的元素俘獲伽馬譜。

進一步，毛刺去除采用五點濾波法，五點三次平滑公式如下：

為了消除隨機誤差的影響，提高實驗數(shù)據(jù)的質量，取相鄰的5個數(shù)據(jù)點，擬合出一條3次曲線來，然后用3次曲線上相應的位置的數(shù)據(jù)值作為濾波后結果，獲得預處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜模擬數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果是針對地層元素測井技術中ecs測井儀建立模型，得到某一種元素的單元素模擬譜，為ecs測井儀器的數(shù)據(jù)處理提供重要技術支撐。

附圖說明

圖1是本申請實施例中地層元素測井中子俘獲伽馬能譜獲取方法流程圖；

圖2是本申請一實施例中蒙特卡羅模擬模型的示意圖；

圖3是本申請一實施例中一套單元素伽馬能譜圖。

圖中：301-镅鈹同位素中子源，302-bgo晶體探測器，303-模擬井眼，304-地層元素測井中的地層部分。

具體實施方式

為了使本技術領域的技術人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。下面結合附圖，對本申請實施例的具體實施方式作進一步的詳細說明。

參考圖1，本申請實施例提供了一種地層元素俘獲伽馬能譜測井單元素中子俘獲伽馬能譜獲取方法，所述方法包括：

s1、在實驗室條件下測量單元素的伽馬能譜并進行分析，確定探測器的能量分辨率；

本申請實施例中，地層元素測井中bgo探測器的分辨率可以通過搭建一個標準的實驗平臺獲取，該實驗平臺由中子源、慢化劑、探測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和能譜分析系統(tǒng)組成。通過該實驗平臺得到一些樣品伽馬能譜，通過對單元素獲混合樣品的俘獲伽馬能譜分析可以計算出bgo探測器的能量分辨率，能量分辨率與能量以及半高寬的關系公式：

能譜半高寬和能譜關系式：

e是粒子能量。a的單位是mev，b的單位是c無單位

s2、針對ecs測井儀器建立模型；

選擇²⁴¹am(ɑ，n)⁹be同位素中子源，該中子源具有體積小，放射性活度大，半衰期長等優(yōu)點，其中還有一個最重要的優(yōu)點是中子能量范圍大?；趍cnp提供的幾種源模型和實際測井中源的類型，本發(fā)明選擇mcnp中的通用源模型且將其設置為體積源。模型主要包括兩個部分，其一是測井儀部分，其二地層部分。測井儀部分是根據(jù)ecs測井儀所使用的測井儀器的幾何尺寸，部件構成和其他一些相關參數(shù)建立的。地層部分根據(jù)地層的普遍參數(shù)，其外徑為160cm，內徑為20cm，高為240cm的同心圓柱體。這樣建立的模型與實際情況相近，能夠很好地模擬實際測井。

s3、采用蒙特卡洛方法模擬ecs儀器井下的熱中子俘獲伽馬能譜；

中子與地層元素發(fā)生相互作用情況復雜(包括彈性散射﹑快中子非彈性散射以及熱中子俘獲反應等)，一般數(shù)值方法難以解決，然而隨著計算機的普及和迅速發(fā)展，蒙特卡羅能夠比較逼真的描述粒子的輸運過程。

根據(jù)步驟二獲得的中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)，處理分析各元素的能量窗內的模擬伽馬能譜計數(shù)，包括：1)對所述中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)進行預處理，獲得預處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜模擬數(shù)據(jù)；2)對所述預處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜進行歸一化處理，獲得歸一化處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)；3)根據(jù)所述歸一化處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)，獲取所述反映各元素的能量窗內的伽馬能譜計數(shù)。

s4、對模擬得到的單元素伽馬能譜進行處理分析，最終得到某一種元素的單元素模擬譜。

對模擬得到的單元素伽馬能譜進行處理分析包括：

對所述中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)進行預處理，最主要平滑處理，為了得到比較平滑的數(shù)據(jù)，就必須將這些毛刺去除?？梢杂梦妩c濾波法去除毛刺，五點三次平滑公式如下：

為了消除隨機誤差的影響，提高實驗數(shù)據(jù)的質量。取相鄰的5個數(shù)據(jù)點，可以擬合出一條3次曲線來，然后用3次曲線上相應的位置的數(shù)據(jù)值作為濾波后結果，獲得預處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜模擬數(shù)據(jù)；

對所述預處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜進行歸一化處理，歸一化公式如下：

需要對單元素標準譜的積分面積為1，在離散情況下是道址所對應的縱坐標值的和為1，獲得歸一化處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述歸一化處理后的單元素中子俘獲伽馬能譜數(shù)據(jù)，獲取所述反映各元素的能量窗內的伽馬能譜計數(shù)。

將步驟s2中的模擬模型地層部分加入某種元素單質(單質為固體的元素)或氧化物(針對單質不是固體的元素)，通過s3、s4步驟后，最終得到某一種元素的單元素模擬譜。利用不同的單元素樣品重復s2、s3、s4步驟，進而可以得到一套較為完整的元素俘獲伽馬譜。

為了清楚的說明本申請實施例的有益效果，下面舉例說明：

表2為本申請實施例中地層元素測井中在實驗平臺下計算出的bgo探測器的分辨率。

表2

圖2為本申請實施例中地層元素測井蒙特卡羅模擬模型示意圖，模擬計算條件為：镅鈹同位素中子源301，該中子源具有體積小，放射性活度大，半衰期長等優(yōu)點。bgo晶體探測器302，其密度ρ＝7.31g/cm³對粒子有高的阻止能力，對γ射線的吸收系數(shù)比na(tl)大，是目前探測效率最高的一種閃爍體，熒光光譜范圍在350～650nm。bgo比較突出的優(yōu)點是對γ射線有很高的探測效率和阻止能力。模擬井眼303，其為直徑為20cm，高為240cm圓柱體，根據(jù)斯倫貝謝公司ecs測井儀，井眼中填充淡水。地層元素測井中的地層部分304，其其外徑為160cm，內徑為20cm，高為240cm的同心圓柱體。為了得到某單元素中子俘獲伽馬能譜，地層部分填充某種元素單質(單質為固體的元素)或氧化物(針對單質不是固體的元素)。

圖3為本申請實施例中地層元素測井蒙特卡羅模擬中子俘獲伽馬能譜圖。將步驟s2中的模擬模型地層部分加入某種元素單質(單質為固體的元素)或氧化物(針對單質不是固體的元素)，通過s3、s4步驟后，最終得到某一種元素的單元素模擬譜。重復s2、s3、s4步驟，得到一套較為完整的元素俘獲伽馬譜。能窗為1.2mev～8.4mev，對應道址選取的能窗范圍是30～210道。

本發(fā)明在實驗室條件下測量單元素的伽馬能譜并進行分析，確定探測器的能量分辨率；針對地層元素測井技術中ecs測井儀建立模型；采用蒙特卡洛方法模擬ecs井下的熱中子俘獲伽馬能譜；對模擬得到的單元素伽馬能譜進行處理分析，最終得到某一種元素的單元素模擬譜，為后續(xù)伽馬能譜的解譜提供重要技術支撐，為ecs測井儀器的數(shù)據(jù)處理提供重要技術支撐。

以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施方式而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。