一种地层元素测井中子俘获伽马标准谱的校正方法
技术领域
本发明属于石油测井技术领域，特别涉及一种地层元素测井中子俘获伽马标准谱的校正方法。
背景技术
地层元素测井方法，是复杂地层油气藏评价的有效测井方法之一，近年来发展较快。准确获取元素的含量，是确定该测井方法效果的重要基础。元素测井是用中子照射地层，测量产生的中子非弹伽马谱和中子俘获伽马谱求取元素含量，基本方法是基于测量获取的伽马谱是地层中每种元素单一伽马谱的线性叠加。目前有效通用的解谱方法是加权最小二乘法。通过解谱获取各个元素的相对产额，再通过闭合模型的方式转换为元素含量。准确的元素标准谱是这种方法的关键。
通过实际物理模型获得元素的标准谱是最有效的方法。但是，由于条件限制，一些元素的标准谱通过物理模型方式获得较为困难。数值模拟获取标准谱也是一种有效的方法，蒙特卡罗MCNP程序就是目前用来进行数值模拟的流行程序，但是由于一些因素的影响，如程序自身使用的元素反应数据截面的精度；探测器对伽马射线响应的计算精度；以及建立计算几何模型与真实模型的差异，使得模拟计算的标准谱与实际测量获得的标准谱还有一些差异。这样在使用这种标准谱进行元素含量求解的时候，当地层比较复杂时，地层中元素种类较多，求解的元素含量结果就会产生较大的误差。国内外的文献中，有提及标准谱的获得方式，通过模拟或实际测量获得，但是都没有涉及如何校准标准谱的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地层元素测井中子俘获伽马标准谱(以下简称标准谱)的校正方法，在物理模型获取元素中子俘获伽马谱标准谱困难的情况下，通过对模拟谱的校正方式获取待校正元素的中子俘获伽马标准谱。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种地层元素测井中子俘获伽马标准谱的校正方法，包括以下步骤：
(1)在已知元素的氧化物或碳氧化物组成的地层物理模型中测量，获取中子俘获伽马谱，中子俘获伽马谱作为已知元素标准谱；
(2)建立含待校正元素的氧化物模拟地层模型，计算出中子俘获伽马谱，作为待校正元素的模拟标准谱；
(3)测量含有待校正元素且含有已知元素的地层，获得该地层的地层测量谱；
(4)通过地层测量谱计算获得各元素产额；
(5)根据各元素产额反演获得反演中子俘获伽马谱；
(6)求解步骤(5)得到的反演中子俘获伽马谱与步骤(3)中的中子俘获伽马谱的权方差值；
(7)比较权方差值与预设值，当权方差值大于预设值时，重新归一待校正元素的标准谱；
(8)重复步骤(4)～(7)，直至权方差值小于等于预设值，校正结束，得到校正后的待校正元素标准谱。
进一步，步骤(4)中，通过中子俘获伽马谱计算获得各元素产额用以下公式计算：
其中，Ci代表地层测量谱的第i道计数值；
aij代表前一次的第j个元素的第i道标准谱响应计数；
Yj代表第j个元素的产额；
i代表测量获取的中子俘获伽马谱的道数；i＝1，2，3……n；
m代表参与求解的元素个数；
εi代表第i道的测量值与真实值的误差。
进一步，步骤(5)中，根据各元素产额反演获得反演中子俘获伽马谱，具体采用以下公式计算：
CFi代表测量谱的道计数与产额求取后反演的道计数的差值。
进一步，步骤(6)中，求解权方差值CF用以下公式计算：
其中，Wi代表产额Yj的加权值。
进一步，步骤(7)中，待校正元素的标准谱具体采用以下公式计算：
a′ij＝aij*(1+Wi(ci-aijYj)/k)(4)
将校正的a′ij进行归一化处理后带入公式(1)中，此时a′ij当作公式(1)中的aij；
其中，a′ij代表校正后的第j个元素的第i道标准谱响应计数；
k代表比例系数。
进一步，步骤(1)中，使用元素测井仪从碳酸钙地层物理模型测量获取钙元素标准谱，或从二氧化硅地层物理模型测量获取硅元素标准谱，或从水中测量获取氢元素标准谱作为基础的已知元素标准谱。
进一步，步骤(7)中，0<预设值≤0.002。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种地层元素测井中子俘获伽马标准谱的校正方法，获取已知元素的中子俘获伽马谱，作为已知元素标准谱；建立含待校正元素的氧化物模拟地层模型，得到待校正元素的模拟标准谱；通过地层测量谱计算获得各元素产额；根据各元素产额反演获得反演中子俘获伽马谱；求取测量谱与反演谱权方差；直至权方差值小于等于预设值，校正结束，得到校正后的待校正元素标准谱。通过对已知元素含量地层的测量谱与反演谱差异校正的方法，获得一些物理模型条件下获取困难的元素中子俘获伽马标准谱。可以有效提高复杂地层元素含量求解精度，对以往求解过程中出现元素含量负值情况也有明显改善。可以实现在物理模型获取元素中子俘获伽马标准谱困难的情况下，通过对模拟谱的反演校正，获得更精确的元素中子俘获伽马标准谱。通过校正方式获得标准谱，一是解决了物理模型的获取困难，二是节省了物力财力。
附图说明
图1为本发明的标准谱校正流程图；
图2为水井及碳酸钙地层模型测量获得的H元素和Ca元素的标准谱；
图3为Mg元素的校正前的模拟标准谱和校正后的标准谱；
图4为白云岩地层测量获得测量谱、初次用模拟Mg元素标准谱获得反演谱及校正Mg元素后最终得到的校正反演谱图；
图5为铝元素的校正前的模拟标准谱和校正后的标准谱。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明公开了一种地层元素测井中子俘获伽马标准谱的校正方法，包括以下步骤：
(1)在已知元素的氧化物或碳氧化物组成的地层物理模型中测量，获取中子俘获伽马谱，中子俘获伽马谱作为已知元素标准谱；
(2)建立含待校正元素的氧化物模拟地层模型，计算出中子俘获伽马谱，作为待校正元素的模拟标准谱；
(3)测量含有待校正元素且含有已知元素的地层，获得该地层的地层测量谱；
(4)通过地层测量谱计算获得各元素产额；
(5)根据各元素产额反演获得反演中子俘获伽马谱；
(6)求解步骤(5)得到的反演中子俘获伽马谱与步骤(3)中的中子俘获伽马谱的权方差值；
(7)比较权方差值与预设值，当权方差值大于预设值时，重新归一待校正元素的标准谱；
(8)重复步骤(4)～(7)，直至权方差值小于等于预设值，校正结束，得到校正后的待校正元素标准谱。
步骤(1)中，使用元素测井仪从碳酸钙地层物理模型测量获取钙元素标准谱，或从二氧化硅地层物理模型测量获取硅元素标准谱，或从水中测量获取氢元素标准谱作为基础的已知元素标准谱。
实施例1
如图1所示，该实例说明如何通过校正获得Mg元素的标准谱方法。
(1)使用测井仪器测量碳酸钙地层模型，获得钙元素的标准谱，水井测量获得氢元素的标准谱，见图2；钙元素、氢元素标准谱作为已知标准谱。
(2)使用蒙特卡罗MCNP程序建立氧化镁模拟地层模型，计算获得镁元素的中子俘获伽马谱，作为镁元素的模拟标准谱，见图3；
(3)使用测井仪器照射地层，测量含有镁元素和钙元素的白云岩地层，通过测量中子与地层元素作用获得白云岩地层测量谱，见图4；
(4)通过地层测量谱计算获得各元素产额，具体使用加权最小二乘法解中子俘获伽马谱响应方程(公式1)，获得各元素的产额；
其中，Ci代表地层测量谱的第i道计数值；
aij代表前一次的第j个元素的第i道标准谱响应计数；
Yj代表第j个元素的产额；
i代表测量获取的中子俘获伽马谱的道数；i＝1，2，3……n；
m代表参与求解的元素个数；
εi代表第i道的测量值与真实值的误差。
(5)根据各元素产额反演获得反演中子俘获伽马谱，具体采用以下公式计算：
CFi为定义的一个变量，代表测量谱的道计数与产额求取后反演的道计数的差值。
(6)求解步骤(5)得到的反演中子俘获伽马谱与步骤(3)中的中子俘获伽马谱的权方差值；
其中，Wi代表产额Yj的加权值，通常Wi＝1/Yj；Ci是测量谱对应的第i道的计数值。
将Mg元素校正前的模拟标准谱，和钙元素、氢元素的标准谱带入公式1，由公式1～3，求解出CF值是0.05，比较权方差值与预设值，预设值设为0.002，当权方差值大于预设值时，按误差分析不满足精度要求。
(7)按照下述公式校正镁元素的标准谱：
a′ij＝aij*(1+Wi(ci-aijYj)/k)…(4)
将校正后的a′ij进行归一化处理后带入公式(1)中，此时a′ij当作公式(1)中的aij；
其中，a′ij代表校正后的第j个元素的第i道标准谱响应计数；
k代表比例系数。
(8)重复进行步骤(4)～(7)，直至权方差值小于等于0.002为止，经过上述方法校正的Mg元素谱，就是符合要求的镁元素标准谱。
因为井眼，地层孔隙水，碳酸钙地层及碳酸钙镁地层涉及的元素中子俘获伽马谱就是3个元素，即钙、氢、镁，所以本实施例中J值取值为1-3。
实施例2
通过校正获取铝元素的标准谱，方法如下：
选取花岗岩地层作为测量地层，地层中的主要元素有硅、钙、铝、钠等，其中硅、钙、钠、钛、钆等元素的标准谱都是经过实际测量获取的，铝元素的标准谱没有实际地层模型可以直接测量获得，作为需要用校正方式获取。采用与实施例1相同的方法，步骤如下：
(1)使用测井仪器测量碳酸钙地层模型，获得钙元素的标准谱，水井测量获得氢元素的标准谱，见图2；钙元素、氢元素标准谱作为已知标准谱。
(2)模拟出铝元素的待校正谱：使用蒙特卡罗MCNP程序建立氧化铝模拟地层模型，计算获得铝元素的中子俘获伽马谱，作为铝元素的模拟标准谱，见图5；
(3)使用测井仪器照射花岗岩地层，测量含有铝元素和钙元素的花岗岩地层，通过测量中子与地层元素作用获得花岗岩地层测量谱；
步骤(4)～(8)与实施例1的计算过程相同，最终校正得出铝元素的标准谱，如图5所示。
表1是在其它元素标准谱不变的情况下，采用上述实例对Mg、Al元素进行校正后，按照方程1求解产额后，再转换得到的元素含量，与模拟的Mg、Al元素标准谱在两个实际测量地层大理石及花岗岩模块求解元素含量的对比。结果显示，含量求解精度明显改善。表中的含量分析值是权威机构样品化验分析结果。从表1中可以看出，与分析值比较，标准谱校正后，测量结果明显好于校正前。表1中化验分析值不为0，而测量值含量为0的就是在求解过程得到负值而划定为0的，校正后也得到了相应的测量值。
表1标准谱校正前后元素含量测量结果对照表
