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地层元素分析测井仪研制

文档名称:地层元素分析测井仪研制
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上传者:sangjunwei
添加时间:2019/05/21
内容摘要:
石油仪器
PETROLEUM INSTRUMENTS
2014年10

开发设计
地层元素分析测井仪研制
徐琳刘建辰静中兴
(大庆钻探工程公司测井公司黑龙江大庆
摘要:在复杂岩性和页岩气评价等方面,地层元素分析测井仪器(FEAT)发挥的作用日益明显。仪器使用BGO晶体和Amー
Be中子源。文章介绍了仪器的测量原理、电路设计、解谱方法、现场试验效果。地层元素分析測井仪已在大庆、松原等地区测井
二十余ロ,并和国外的同类仪器进行了多口同井测量对比。
关键词:地层元素;測井仪器;梭测井
中图法分类号:P631.8·1
文献标识码:B
文章编号:1004-9134(2014)05-0008-03
0引言
同元素的原子核俘获,并放出伽马射线。所放出的伽
马射线是和俘获中子的特定元素原子核特征相对应
地层元素分析测井是通过测量中子激发的地层元的。伽马射线进入晶体探测器产生荧光,荧光到达光
素次生伽马射线,进而分析出地层中主要元素含量和电倍增管,产生和入射粒子能量成比例的电脉冲。井
矿物含量的测井方法。能够确定Al、FeSi、Ca、T、Gd、下仪器采集电路通过测量分析电脉冲的幅度,记录每
S等十余种元素的含量,并能算出石英一长石-云母、个幅度的脉冲个数,从而得到热中子俘获伽马能谱,如
粘土、碳酸盐、菱铁矿、黄铁矿、煤、盐等多种矿物含图1所示。能谱的形态与井中元素的含量和种类有着
量。该仪器能从岩石成分的角度来解决火山岩岩性直接的对应关系。
识别这一难题。地层元素分析测井技术还能应用于页
岩气的勘探和识别,是一种能够全面评价储层的新
中子源放出中子
中子和地层元素发生
技术2
非弹性散射和俘获F
应放出伽马射线
20世纪90年代斯仓贝谢公司推出了元素俘获谱
BCO晶体将伽马
射线转化为等能
(ECS)测井仪器,陶后哈里伯顿、贝克休斯等多家公司
量的电信号形成
均推出了相应的地层元素分析测井仪器,英文简写分
伽马能谱
别是CEM和FLEX。ECS和GEM使用的是化学源,
FLEX使用的是脉冲源。斯伦贝谢公司已经研制出了
图1仪器测量谱线过程
使用脉冲源的地层化学元素测井仪器的。ECS在中国
地层元素分析测井数据处理是利用“剥谱法”对
的测井数量和应用区块较多
热中子俘获谱解谱,得到元素的产额。“剥谱法”解谱
2012年大庆钻探工程公司测井公司研制出了国内的回归模型认为,测量到的能信号是地层中各种元
首套地层元素分析测井仪(FEAT),经过多口井的现场素标准谱的线性加权。在实验室条件下可测定各种元
试验和资料评价工作,证实了该仪器具有较好的测量素的标准谱,通过最小二乗回归,可得到每种标准谐对
效果。本文介绍了该仪器的一些关键设计和技术总的测量信号的贡献,即元素的产额。
成果。
2仪器电路设计
1仪器测量原理
由于地层元素分析测井仪器对采集谱线质量要求
地层元素分析测井采用中子源发射高能中子,高较高,要求谱线有很好的一致性。BGO晶体的输出脉
能中子经过碰撞、散射,逐渐减速为热中子,最终被不冲信号受晶体自身温度的影响较大,所以需要实时地
第一作者简介:徐琳,男,1986年生,工程师,目前在大庆钻探工程公司测井公司研究一所从事地层化学元素测井仪器研制工作。郎
编:163412
2014年第28卷第5期
徐琳等:地层元素分析測井仪研制
监测和修正BGO晶体的输出信号。
2.1基线还原器
数字化脉冲幅度分析电路能够实时监测井下仪器
脉冲信号受到探测器漏电流、元器件温漂、供电电
采集信号的质量,并能够通过地而系统下发控制命令源纹波的影响。真实的测量信号会时刻叠加一个基线,
调整信号形态。使测量数据准确地反应真实的地层特并且基线的幅度是在不停地变化的,影响了对信号的测
点。信号处理流程如图2所示。
量分析。通过设置数字门檻的方法,预估一个基线,实
数字化脉沖幅度分析电路主要包括以下几个时地计算信号幅度和基线的关系,并对信号进行调整。
部分:
成少数字信号模数字信号割输?
线位数字信累加3位数学信号

电路

险平时
有效信号
时钟信号1益
信号
测器
判断逻
辑器
信易分析模
图2数字化脉冲幅度分析电路信号分析流程图
2.2门槛检测器
的校正,然后求归一化谱,最后选择一种工程上适用、
数字化脉冲幅度分析器的死时间的长短是根据精度高的解谱方法求出待分析地层俘获伽马谱中各元
脉冲的宽度,也就是脉冲的强度的不同而不同,和以往素的产额。在纯水环境中加入不同元素的粉末,使用
的脉冲幅度分析电路采用固定的死时间不同。采用固仪器分别测量这些谱线,然后进行校正分析,制作出元
定的死时间设置会采用比较长的死时间以便能够将所素标准谐,如图3所示。
有能量范围的脉冲都记录下来,但是在死时间内的其
他脉冲会被忽略,或发生脉冲误记。数字化脉冲幅度
0.0
分析电路会将每一个脉冲幅度都完整地记录下来,减
0.001
少脉冲忽略和脉冲误记,变相地提高了脉冲的处理
妇兰
速度。
000001
2.3有效信号判断逻辑器
0.000
050100150200250300
有效信号判断逻辑器可以完成以下几种特定信号
000004
道址
判定:脉冲过短、脉冲重叠、基线错误。
般经过滤波整形电路后传出的有效脉冲信号的
图3部分元素标准谱
宽度为0.88~28,假定高速模数转换器是以4MHz的3,2谱线校正
频率转换数字信号。那么有效信号的采样个数应该在
在实际地层元素分析测井中,由于井况变化、不同
4-8个,也就是说在门槛以上的采样个数应该是在2深度地层温度变化及仪器不稳定性,即使采取稳谱措
6个。利用在门槛以上的采样个数和个数之间的大施,测量系统的增益也会发生变化,致使实测俘获谱峰
小关系我们可以对数字信号进行相应的分析7。
发生偏移。特别是能量分辨率也会随温度升高而变
3仪器解谱方法
差,导致峰形变宽。用能量和分辨率刻度不同的标准
谱去拟合测井获得的地层混合元素俘获伽马谱(简称
3.1元素标准谱
混合俘获谱),会带来很大的误差。因此在解谱之前,
产额确定一般步骤:首先要有一套标准的单种地必须进行谱漂移校正和标准谱谱形状校正,然后通
层元素俘获伽马谱即标准谱,其次做谱漂移和谱形状过最小二乘法求出元素产额,如图4所示。
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