非弹性散射伽马能谱解析方法与装置

摘要

本发明提供一种非弹性散射伽马能谱解析方法与装置，方法包括：在中子脉冲周期内测量非弹混合谱与俘获谱，并对所述非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理；将归一化后的所述俘获谱添加至预先获取的获取的元素第一非弹标准谱矩阵中，获得与所述俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵；通过所述元素第二标准谱矩阵对所述非弹混合谱进行解析，获得各元素以及归一化的所述俘获谱对所述非弹混合谱的贡献率；归一化所述各元素所述非弹混合谱的贡献率，获得各元素的非弹谱相对产额。由于在测量各元素的非弹谱相对产额时无需首先获取纯净非弹谱，因此，能够避免由于目前主要采用的固定净谱系数法存在缺陷导致求得的井下的地层含油饱和度不准确的缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及油气勘探领域，尤其涉及一种非弹性散射伽马能谱解析方法与装置。

背景技术

非常规油气资源在我国能源格局中的地位愈发重要，已成为勘探开发的重点领域。在油气田资源勘探、开发过程中需要进行测井，从而使工作人员对井下的地层含油饱和度进行及时了解，以便后续对油田的开采。

为了精准地获取地层含油饱和度，现有技术中一般采用脉冲中子源地球元素测井确定地层中元素的非弹谱产额，并根据地层中元素的非弹谱产额计算地层含油饱和度，采用上述方法求取元素非弹谱产额时，首先需要获取纯净非弹谱，即要将同步测量得到的非弹混合谱中的俘获伽马消除掉，然后才能进行能谱解析。

但是，由于目前主要采用的固定净谱系数法存在缺陷，可能导致的结果有两方面：一是消除俘获伽马不充分，非弹谱中仍然含有俘获伽马成分；二是消除俘获成分过度，使非弹谱的地层信息减少，统计误差增大。这两种结果都会使求得的元素非弹相对产额和干重不准确，从而导致求得的井下的地层含油饱和度不准确。

发明内容

本发明提供一种非弹性散射伽马能谱解析方法与装置，用于解决现有技术中求取元素非弹谱产额时由于需要首先获取纯净非弹谱而导致求得的元素非弹相对产额和干重不准确的缺陷。

本发明的第一个方面是提供一种非弹性散射伽马能谱解析方法，包括：

在中子脉冲周期内测量非弹混合谱与俘获谱，并对所述非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理；

将归一化后的所述俘获谱添加至预先获取的元素第一非弹标准谱矩阵中，获得与所述俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵；

通过所述元素第二标准谱矩阵对所述非弹混合谱进行解析，获得各元素以及归一化的所述俘获谱对所述非弹混合谱的贡献率；

归一化所述各元素所述非弹混合谱的贡献率，获得各元素的非弹谱相对产额。

本发明的另一个方面是提供一种非弹性散射伽马能谱解析装置，包括：

测量模块，用于在中子脉冲周期内测量非弹混合谱与俘获谱，并对所述非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理；

第一标准谱矩阵生成模块，用于将归一化后的所述俘获谱添加至预先获取的元素第一非弹标准谱矩阵中，获得与所述俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵；

解析模块，用于通过所述元素第二标准谱矩阵对所述非弹混合谱进行解析，获得各元素以及归一化的所述俘获谱对所述非弹混合谱的贡献率；

非弹谱相对产额计算模块，用于归一化所述各元素所述非弹混合谱的贡献率，获得各元素的非弹谱相对产额。

本发明提供的非弹性散射伽马能谱解析方法与装置，通过在中子脉冲周期内测量非弹混合谱与俘获谱，对非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理，将归一化处理后的俘获谱添加至预设的各元素非弹标准谱矩阵中，获得与俘获谱对应的第一标准谱矩阵，通过第一标准谱矩阵对非弹混合谱进行解析，获得各元素以及归一化的俘获谱对非弹混合谱的贡献率；归一化贡献率，获得各元素的非弹谱相对产额。由于本发明提供的非弹性散射伽马能谱解析方法与装置测量各元素的非弹谱相对产额时无需首先获取纯净非弹谱，因此，能够避免由于目前主要采用的固定净谱系数法求得的产额误差较大而导致的井下的地层含油饱和度计算不准确的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的非弹性散射伽马能谱解析方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一提供的测量非弹混合谱与俘获谱的时间示意图；

图3为本发明实施例二提供的非弹性散射伽马能谱解析装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提供的非弹性散射伽马能谱解析方法的流程示意图；图2为本发明实施例一提供的测量非弹混合谱与俘获谱的时间示意图，如图1-图2所示，所述方法包括：

步骤101、在中子脉冲周期内测量非弹混合谱与俘获谱，并对所述非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理。

在本实施方式中，中子脉冲源产生的快中子进入地层主要发生非弹性散射、弹性散射以及辐射俘获，其中，非弹性散射是中子测量损失的主要方式，弹性散射使快中子慢化，慢化后的热中子发生俘获反应，慢中子和快中子都会使地层中的某些核素活化，变成放射性核素，从而能够实现对地层含油饱和度的测试。具体地，通过脉冲中子源地球元素测井仪器发射中子脉冲，脉冲中子源地球元素测井仪器可以使用NaI、BGO、LaBr₃或其他任意一种闪烁晶体探测器，本发明在此不作限制。该脉冲中子源地球元素测井仪器包括一个脉冲中子源以及一个伽马探测器，脉冲中子源的能量为14MeV。中子脉冲源产生的快中子进入地层之后，可以在一个中子脉冲周期内测量非弹混合谱与俘获谱，实际应用中，由于不同地层或地质下采集到的非弹混合谱与俘获谱往往具有不同的强度，故直接采用测量得到的非弹混合谱与俘获谱进行后续计算操作可能会导致测量结果不准确，因此，可以对采集到的非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理。

步骤102、将归一化后的所述俘获谱添加至预先获取的元素第一非弹标准谱矩阵中，获得与所述俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵。

在本实施方式中，对采集到的非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理之后，可以将归一化之后的非弹混合谱添加至预先获取的元素第一非弹标准谱矩阵中，从而能够获得与该俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵。具体地，预先获取的元素第一非弹标准谱矩阵可以为预先测量的当前地层下各元素的非弹标准谱矩阵，也可以为从其他渠道获取的适用于各种地层的各元素非弹标准谱矩阵，本发明在此不作限制。

步骤103、通过所述元素第二标准谱矩阵对所述非弹混合谱进行解析，获得各元素以及归一化的所述俘获谱对所述非弹混合谱的贡献率。

在本实施方式中，获得与俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵之后，可以通过该元素第二标准谱矩阵对测量得到的非弹混合谱进行解析，从而能够获得各元素对非弹混合谱的贡献率以及归一化的俘获谱对非弹混合谱的贡献率。

步骤104、归一化所述各元素所述非弹混合谱的贡献率，获得各元素的非弹谱相对产额。

在本实施方式中，将解析得到的各元素的对非弹混合谱的贡献率进行归一化，能够获得各元素的非弹谱相对产额。需要说明的是，传统的能谱解析求取元素产额的方法一般都是使用公式X＝(A^TWA)^-1A^TWC求取各个元素对非弹谱计数的贡献率矩阵，其中，A为地层元素非弹标准谱矩阵，W为基于每一道计数率倒数的加权对角矩阵，C为纯净的非弹谱，X为各个元素对非弹谱计数的贡献率矩阵，使用该公式的前提是要获得纯净的非弹谱C，即要将同步测量得到的非弹混合谱中的俘获伽马消除掉。但是，由于目前主要采用的固定净谱系数法和减氢峰面积法存在缺陷，可能导致的结果有两方面：一是消除俘获伽马不充分，非弹谱中仍然含有俘获伽马成分；二是消除俘获成分过度，使非弹谱的地层信息减少，统计误差增大。这两种结果都会使求得的元素非弹相对产额和干重不准确。而本实施例提供的方法无需预先测量纯净的非弹谱，只需在中子脉冲周期内测量非弹混合谱与俘获谱，并对非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理；将归一化后的俘获谱添加至已经获取的元素第一非弹标准谱矩阵中，获得与俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵；通过元素第二标准谱矩阵对非弹混合谱进行解析，获得各元素以及归一化的俘获谱对非弹混合谱的贡献率；归一化各元素对所述非弹混合谱的贡献率即可实现对各元素的非弹谱相对产额的测量，因此，能够避免由于现有的固定净谱系数法和减氢峰面积法存在缺陷而导致的测量结果不准确的缺陷。

本实施例提供的非弹性散射伽马能谱解析方法，通过在中子脉冲周期内测量非弹混合谱与俘获谱，对非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理，将归一化处理后的俘获谱添加至已经获取的元素第一非弹标准谱矩阵中，获得与俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵，通过元素第二标准谱矩阵对非弹混合谱进行解析，获得各元素以及归一化的俘获谱对非弹混合谱的贡献率；归一化各元素对所述非弹混合谱的贡献率，获得各元素的非弹谱相对产额。由于本发明提供的非弹性散射伽马能谱解析方法与装置测量各元素的非弹谱相对产额时无需首先获取纯净非弹谱，因此，能够避免由于目前主要采用的固定净谱系数法存在缺陷导致求得的元素非弹相对产额和干重不准确，从而导致求得的井下的地层含油饱和度不准确的缺陷。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述步骤101具体包括：

在当前中子脉冲发射期间同步测量所述非弹混合谱；

在当前所述中子脉冲停止之后至下一中子脉冲开始之前测量所述俘获谱。

在本实施例中，如图2所示，可以利用双时间门在脉冲中子发射期间，即0-20μs内通过伽马探测器同步测量非弹混合谱，并在中子脉冲停止之后，即30-90μs内通过伽马探测器测量俘获谱。

需要说明的是，由于脉冲中子发射的时间过长会导致产生过多的非弹谱，从而会对后续的计算结果产生影响，因此，为了提高测量的精准度，在上述任一实施例的基础上，所述中子脉冲发射的时间小于预设的阈值，具体地，该阈值为50μs，一般来说，脉冲中子发射的时间应小于50μs。

实际应用中，由于不同地层或地质下采集到的非弹混合谱与俘获谱往往具有不同的强度，故直接采用测量得到的非弹混合谱与俘获谱进行后续计算操作可能会导致测量结果不准确，因此，可以对采集到的非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理。在上述任一实施例的基础上，步骤101具体包括：

对所述非弹混合谱中所有元素的能量道的计数率求和，获得第一总计数率；

针对所述非弹混合谱中的每一元素，将所述元素的能量道的计数率除以所述第一总计数率，完成对所述非弹混合谱的归一化处理；

对所述俘获谱中所有元素的能量道的计数率求和，获得第二总计数率；

针对所述俘获谱中的每一元素，将所述元素的能量道的计数率除以所述第二总计数率，完成对所述俘获谱的归一化处理。

在本实施例中，由于不同地层或地质下采集到的非弹混合谱与俘获谱往往具有不同的强度，因此，为了方便后续计算，需要对采集到的非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理，归一化处理的方法可以为任意一种可以实现归一化的方式，在此不做赘述。

本实施例提供的非弹性散射伽马能谱解析方法，通过在计算元素非弹相对产额之前，对采集到的非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理，从而能够使获取的非弹混合谱与俘获谱强度都相同，方便后续计算，提高元素非弹相对产额的计算效率。

进一步地，在上述任一实施例的基础上，步骤102具体包括：

将归一化后的所述俘获谱添加至预先获取的元素第一非弹标准谱矩阵中；

通过预设的比例系数将所述元素第一非弹标准谱矩阵以及所述俘获谱进行加权求和，获得与所述俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵，所述元素第二标准谱矩阵为各元素标准谱与归一化俘获谱的线性组合矩阵；

相应地，步骤103具体包括：

通过加权最小二乘法计算所述非弹混合谱与所述线性组合矩阵在所有能量道的加权误差平方和；

确定使所述加权误差平方和最小的第一比例系数，并将所述第一比例系数作为所述各元素以及归一化的所述俘获谱对所述非弹混合谱的贡献率。

在本实施例中，由于脉冲发射期间测量的非弹混合谱可以看作是由各个元素的非弹标准谱和脉冲停止后测量的俘获谱按照一定比例的加权之和，因此，将归一化后的俘获谱添加至预先获取的元素第一非弹标准谱矩阵中，通过预设的比例系数将所述元素第一非弹标准谱矩阵以及所述俘获谱进行加权求和，获得与所述俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵，元素第二标准谱矩阵为各元素标准谱与归一化俘获谱的线性组合矩阵。相应地，为了减小计算的误差，可以通过加权最小二乘法计算所述非弹混合谱与所述线性组合矩阵在所有能量道的加权误差平方和，确定使加权误差平方和最小的第一比例系数，并将该第一比例系数作为各元素以及俘获谱对非弹混合谱的贡献率。

本实施例提供的非弹性散射伽马能谱解析方法，通过通过加权最小二乘法计算所述非弹混合谱与所述线性组合矩阵在所有能量道的加权误差平方和，确定使加权误差平方和最小的第一比例系数，并将该第一比例系数作为各元素以及俘获谱对非弹混合谱的贡献率，并将该第一比例系数作为各元素以及俘获谱对非弹混合谱的贡献率，从而能够在确定各元素以及俘获谱对非弹混合谱的贡献率的基础上，使获得的贡献率误差平方和最小，进而能够提高计算的精准度。

进一步地，在上述任一实施例的基础上，步骤104包括：

计算所述各元素对所述非弹混合谱的贡献率的和，获得元素总贡献率；

针对每一所述元素，将所述元素对所述非弹混合谱的贡献率除以所述元素总贡献率，获得所述元素的非弹谱相对产额。

在本实施例中，计算获得各元素以及俘获谱对非弹混合谱的贡献率之后，可以计算所有元素贡献率的和，并将所有元素贡献率的和记为元素总计数率，针对每一元素，将该元素的贡献率除以元素总计数率，实现对该元素的归一化，获得元素对非弹谱相对产额，针对每一元素，重复上述步骤，直至所有元素都实现归一化，从而能够获得各元素的非弹谱相对产额。

本实施例提供的非弹性散射伽马能谱解析方法，通过对各元素的贡献率进行归一化，从而能够获得各元素的非弹谱相对产额，由于通过该方法求取相对产额之前无需获得纯净非弹谱，因此，求取的相对产额较为准确，进而能够使测量者对地层中的储油量有更清楚的认识。

图3为本发明实施例二提供的非弹性散射伽马能谱解析装置的结构示意图，如图3所示，所述装置包括：

测量模块31，用于在中子脉冲周期内测量非弹混合谱与俘获谱，并对所述非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理；

元素第二标准谱矩阵生成模块32，用于将归一化后的所述俘获谱添加至预先获取的元素第一非弹标准谱矩阵中，获得与所述俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵；

解析模块33，用于通过所述元素第二标准谱矩阵对所述非弹混合谱进行解析，获得各元素以及归一化的所述俘获谱对所述非弹混合谱的贡献率；

非弹谱相对产额计算模块34，用于归一化所述各元素所述非弹混合谱的贡献率，获得各元素的非弹谱相对产额。

本实施例提供的非弹性散射伽马能谱解析装置，通过在中子脉冲周期内测量非弹混合谱与俘获谱，对非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理，将归一化处理后的俘获谱添加至已经获取的元素第一非弹标准谱矩阵中，获得与俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵，通过元素第二标准谱矩阵对非弹混合谱进行解析，获得各元素以及归一化的俘获谱对非弹混合谱的贡献率；归一化各元素对所述非弹混合谱的贡献率，获得各元素的非弹谱相对产额。由于本发明提供的非弹性散射伽马能谱解析方法与装置测量各元素的非弹谱相对产额时无需首先获取纯净非弹谱，因此，能够避免由于目前主要采用的固定净谱系数法存在缺陷导致求得的元素非弹相对产额和干重不准确，从而导致求得的井下的地层含油饱和度不准确的缺陷。

进一步地，在上述实施例的基础上，测量模块31具体包括：

非弹混合谱测量单元，用于在当前中子脉冲发射期间同步测量所述非弹混合谱；

俘获谱测量单元，用于在当前所述中子脉冲停止之后至下一中子脉冲开始之前测量所述俘获谱。

需要说明的是，由于脉冲中子发射的时间过长会导致产生过多的非弹谱，从而会对后续的计算结果产生影响，因此，为了提高测量的精准度，在上述任一实施例的基础上，所述中子脉冲发射的时间小于预设的阈值，具体地，该阈值为50μs，一般来说，脉冲中子发射的时间应小于50μs。

实际应用中，由于不同地层或地质下采集到的非弹混合谱与俘获谱往往具有不同的强度，故直接采用测量得到的非弹混合谱与俘获谱进行后续计算操作可能会导致测量结果不准确，因此，可以对采集到的非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理。在上述任一实施例的基础上，测量模块31具体包括：

第一总计数率计算单元，用于对所述非弹混合谱中所有元素的能量道的计数率求和，获得第一总计数率；

非弹混合谱归一化单元，用于针对所述非弹混合谱中的每一元素，将所述元素的能量道的计数率除以所述第一总计数率，完成对所述非弹混合谱的归一化处理；

第二总计数率计算单元，用于对所述俘获谱中所有元素的能量道的计数率求和，获得第二总计数率；

俘获谱归一化单元，用于针对所述俘获谱中的每一元素，将所述元素的能量道的计数率除以所述第二总计数率，完成对所述俘获谱的归一化处理。

本实施例提供的非弹性散射伽马能谱解析装置，通过在计算元素非弹相对产额之前，对采集到的非弹混合谱与俘获谱进行归一化处理，从而能够使获取的非弹混合谱与俘获谱强度都相同，方便后续计算，提高元素非弹相对产额的计算效率。

进一步地，在上述任一实施例的基础上，元素第二标准谱矩阵生成模块32具体包括：

添加单元，用于将归一化后的所述俘获谱添加至预先获取的元素第一非弹标准谱矩阵中；

线性叠加单元，用于通过预设的比例系数将所述元素第一非弹标准谱矩阵以及所述俘获谱进行加权求和，获得与所述俘获谱对应的元素第二标准谱矩阵，所述元素第二标准谱矩阵为各元素标准谱与归一化俘获谱的线性组合矩阵；

相应地，解析模块33具体包括：

误差计算单元，用于通过加权最小二乘法计算所述非弹混合谱与所述线性组合矩阵在所有能量道的加权误差平方和；

贡献率确定单元，用于确定使所述加权误差平方和最小的第一比例系数，并将所述第一比例系数作为所述各元素以及归一化的所述俘获谱对所述非弹混合谱的贡献率。

本实施例提供的非弹性散射伽马能谱解析装置，通过通过加权最小二乘法计算所述非弹混合谱与所述线性组合矩阵在所有能量道的加权误差平方和，确定使加权误差平方和最小的第一比例系数，并将该第一比例系数作为各元素以及俘获谱对非弹混合谱的贡献率，并将该第一比例系数作为各元素以及俘获谱对非弹混合谱的贡献率，从而能够在确定各元素以及俘获谱对非弹混合谱的贡献率的基础上，使获得的贡献率误差平方和最小，进而能够提高计算的精准度。

进一步地，在上述任一实施例的基础上，非弹谱相对产额计算模块34具体包括：

总贡献率计算单元，用于计算所述各元素对所述非弹混合谱的贡献率的和，获得元素总贡献率；

相对产额计算单元，用于针对每一所述元素，将所述元素对所述非弹混合谱的贡献率除以所述元素总贡献率，获得所述元素的非弹谱相对产额。

本实施例提供的非弹性散射伽马能谱解析装置，通过对各元素的贡献率进行归一化，从而能够获得各元素的非弹谱相对产额，由于通过该方法求取相对产额之前无需获得纯净非弹谱，因此，求取的相对产额较为准确，进而能够使测量者对地层中的储油量有更清楚的认识。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。