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1、第30卷第3期测井技术Vol. 30 No. 32006年 6月WELL LOGGIN G TECHNOLOGYJun 2006文章编号：1004 0338 (2006) 03 0246 03岩性密度的刻度方法与实现李传伟1,2,慕德俊1,张东霞2(1 .西北工业大学自动化学院，陕西西安710072;2中国石油集团测井有限公司，陕西西安710061 )摘要：岩性密度是同时测量地层密度和岩性的测井方法，目前在油田得到广泛推广。结合在国产数控测井地面系统配接2222岩性密度的经验，详细介绍了岩性密度的测井方法和刻度原理。通过采用三级刻度系统，对仪器进行峰值刻度和Z密度、Z校正值、Pe值的刻度，给岀
2、了刻度的实现方法。该方法已经在多种地面系统和测试台架得到验证,取得良好的应用效果。关键词：测井仪器；岩性；密度；刻度；实现中图分类号：P631. 81;P631. 62文献标识码：AOn the Ca libra tionM ethod of L ithology Density L og and Its m plem entation1 2 1 2L I Chuanvei , MU De2jun , ZHANG DongNia(1. School of Aut omatization , Nothwest Polytechnical University, Xi an, Shaanxi 71
3、0072, China;2. China Petroleum Logging CO. LTD. , Xi an, Shaanxi 710061, China)Abstract : Lithology density logging method can measure the density and PE value of the formation at the sane time, s it has bee nwidely used i n the oilfield. On the basis of experie nce that the Ch in a2nade comput2 eri
4、zed logging surface systen joined in 2222 lithology density tool, described are the tools logging method and calibration p rinciple Peak value, Z density, Z correctiion value and PE value were calibrated by third class calibration system. Proposed is the implement method of the calibration. These me
5、thods are successfully proved in many surface systen s a nd testi ng platiormsKey words: logging tool; lithology; density; calibration; implementation第30卷第3期测井技术Vol. 30 No. 3第30卷第3期测井技术Vol. 30 No. 30引言岩性密度测井 是利用同位素伽马源向地层辐 射伽马射线，再利用与源有一定距离的探测器来测量经 过地层闪射和吸收后的伽马射线强度。由于使用的铯(137Cs)源只放射661 keV的伽马射线，该能级的伽马
6、射 线与物质作用后主要产生康普顿吴有训效应，其散射截面与地层体积密度密切相关，可以用来测量岩石的密 度值；当伽马射线在地层中能量衰减到100 kev以下时产生光电吸收效应，使低能伽马射线大幅度减少，而光 电吸收截面与地层物质的原子序数密切相关，可用来研究地层的岩石性质。随着油田勘探开发任务的加重和油田的二次开发 ： 国内许多油田公司都要求使用岩性密度测量方法，不仅测量出地层物质的密度值,还同时测量地层的光电吸收 系数Pe值，以便更好地分析地层岩性。目前国内使用的岩性密度井下仪器主要是从阿特拉斯公司引进的 2222岩性密度测井仪，该仪器根据岩性密度的测量原理和地质基础，利用3508遥测传输系统，
7、将长源距探测器 计数的256道能谱和短源距探测器的计数传输到地面 数控系统中，同时，井下仪器的工作也受到来自地面计 算机系统发出的命令控制。由于该仪器与地面的双向 通讯工作方式，使得数控测井系统配接该仪器有一定的 难度，本文结合在配接过程中积累的经验，介绍了 2222岩性密度仪器的刻度方法与具体实现。1刻度原理与方法测井仪器的刻度就是把井下仪器放在已知介质数 值的刻度装置中进行标定的过程，是一个在数控测井系统中应用计算机确定物理量与工程量之间转换系数的 计算过程；仪器的校验则是由已知的刻度系数和测量的 物理量求取工程参数的过程，其目的就是比较求出的工 程量值与刻度装置模拟的工程值的误差，看是否
8、在给定 的范围内，以判断仪器工作是否正常。岩性密度的刻度采用三级刻度系统，其中一级刻度 井中井眼直径为 200 mm的7种岩石模块，包括了多种第30卷第3期测井技术Vol. 30 No. 3第30卷第3期测井技术Vol. 30 No. 3 199+-2Q06 Jiina Acsdenik Jvumjal班卜1】引吐型 House, AllIeserve第30卷第3期李传伟，等：岩性密度的刻度方法与实现247?孔隙度及各种岩性，基本覆盖了常见地层；二级刻度模 块是通过一级刻度井标定的标准模块，用于对仪器进行 上井前后的经常性刻度，在仪器没有大调整的情况下，可方便而精确地对仪器刻度；三级刻度器是一
9、个内藏标 准源的铝刻度器，主要用于井场测量前后、加温调试过 程中对仪器的检查校验。本文主要介绍岩性密度的主刻度原理与方法，要求在车间或实验室进行，包括峰值 刻度和Z密度、Z校正值、Pe值的刻度。岩性密度的刻度方法是按照上述几个刻度步骤来 实现的。峰值刻度在Z密度刻度之前进行，将带有镅源 的铝刻度器放在仪器上（刻度器上的定位销可使源位于 合适的位置上），供电使仪器工作稳定后，通过调节增益 使铯峰的位置在230 5道上，镅峰在23 2道上，其目 的是找峰的位置而不是测峰的大小。Z密度和Pe值的刻度是使用2个大的、纯的刻度模块，即镁块和铝块，分 别用于镁和铝的Z密度刻度，在铝块内插入一个3/4in3
10、的镁片，用于Z密度校正（CORR）的刻度，镁块同时 也作为Pe值的刻度块之一 （LO Pe），在镁块中插入一个1 /4 in不锈钢片用于Pe值的另一个刻度块（H I Pe）。2刻度的实现方法根据岩性密度刻度原理和方法2，在为地面系统配 接该仪器时探索出了一套有效的刻度方法。在介绍对仪器进行各种刻度步骤之前，首先介绍2222岩性密度 测量谱峰原理。由闪烁晶体和光电倍增管组成的探测器可用于能 谱探测，光电倍增管的输出脉冲高度与探测到的伽马射 线能量直接有关，可以用脉冲幅度来鉴别伽马射线的能 量，建立相互关系。为了解决探测器输出脉冲幅度随环 境温度和光电倍增管上的高压变化而变化的问题，采用一个稳峰的
11、高能伽马射线源Q 3卩Ci 137 Cs,安装在长源距探测晶体的末端，产生660 keV能量级的射线，在 230 道的位置形成一个稳定的峰值，如图1所示。为了使铯 峰稳定在230道附近，就需要改变谱峰增益，调整井下 仪器的高压，改变射线的能量，从而改变铯峰的位置。 地面调节井下增益的方法有2种，一是通过手动输入增益数值来调节；二是软件寻找铯峰的实际通道值，与标准的230道位置进行比较，自动增加或减少增益使得铯 峰位于230道附近，以达到稳谱的效果。2 1自动稳谱按照自动稳谱的基本思想和标准谱峰位置，在谱数据中的220240道之间寻找幅度最大的峰所在通道 数，寻峰方法是通过与附近通道的数值进行比
12、较，寻找3非法定计量单位，1 in = 2514 mm，下同最大值的方法，确定最大值所在的通道数，再与标准通道即230进行比较，如果小于标准位置，软件逐渐增加 增益，从而增加高压，使得谱数据展开，最大的峰值从小 于230向230靠近，否则，逐渐减小增益达到降低高压 的目的，使得谱数据收缩，最大的峰值从大于230向230 靠近。通过从两侧向230道逼近的方法，使得稳谱峰尽 可能靠近230道，达到稳谱的效果。2 2峰值刻度又称能量刻度，将带有镅源的铝刻度器放置于仪器 上，还有仪器内部用于稳谱的小铯源，分别产生能量为66 keV和660 ke/的峰，位于谱的23道和230道（见图 2）。通过增益命令
13、调节井下仪器的增益，使铯峰的位置 在230 5道上，镅峰在23 2道上，利用实际采集到的 2个峰所在的通道，对仪器谱进行线性刻度，刻度计算 公式如式（1）所示。能量刻度得到的参数包括镅铍源和 铯源对应的峰所在的真正通道数以及由式（1 ）计算得到的偏置。M = （660 - 60） / （N1 - 2）（1）A = 60 - N2 XM式中，N1为铯峰通道数；N2为镅峰通道数;M为乘因子； A为加因子。2 3本底刻度本底刻度是去掉仪器上的镅源，采集仪器探测到的 所有谱信号，其方法就是在完成能量刻度后不改变增 益，采集谱数据，再把谱数据以 20 keV为1组分成30 组，统计出每1组的计数，在统计
14、时必须考虑该能量计 数值对邻近通道的不同贡献，不能采用简单的计数率之 和。在实际编程中使用峰值刻度得到的偏置，计算不同能量通道对本底谱贡献系数，从而得到需要保存的本底 谱数据，具体数据如下。0 0000.000764 7204244 7203860 4754047.3934783 0745074.3715463 5116066 8786633 7186264.1015636 8245394.9674977 1834600 6124165 8674071.3403763 5743522.3823487 3193332 2233127 5532477.1991852 1471396.1741055
15、 03183 9740 0000.0002 4密度和Pe刻度密度刻度时需要把放射性源装入仪器源仓中，再把 探头部分放置于不同的刻度块中，（即镁块、铝块、镁块第30卷第3期李传伟，等：岩性密度的刻度方法与实现247?第30卷第3期李传伟，等：岩性密度的刻度方法与实现247? 厂Ilina Acadtaiik JournalFubliwhi曲 Houses Allreserved,www,248?测井技术2006 年上插入铝片、铝块上插入镁片），通过自动稳谱，使得稳 谱铯峰尽可能靠近 230道，采集谱数据，按照能量范围 统计出30组计数，减掉本底谱数据，得到刻度源对谱数 据的尽贡献，然后根据各种能
16、量范围（见表1）计算出相 应的计数率和比值。表1曲线能量分布范围曲线名SOFTSOFT2HRD1HRD2SHR能量范围/keV60 100100140140200200 540SOFT/HRD2根据谱数据计算出计数率，按照仪器图版就可以利 用计数率计算刻度系数，包括计算Pe值系数和密度系 数。在计算刻度系数时需要使用刻度初始化的一些参 数和图版决定的参数，这些参数在实例分析中说明其作 用和输入方式。3实例分析在分析清楚岩性密度的刻度原理和方法后，已经在多种测井地面系统上成功配接。下面结合 ERA2000C高精度系统配接过程，介绍刻度原理的软件实现3。3 1初始化参数刻度原理的实现过程中需要使用
17、许多参数，包括刻 度模块的标准密度值和校正量、Pe高值和低值，这些参 数需要用户根据刻度模块的标称值输入，因此软件设计 时要提供输入这些参数的接口 （见图3）。3 2刻度操作按照前面介绍的刻度方法，岩性密度刻度需要峰值 刻度、本底刻度、密度和Pe刻度，其中密度和 Pe刻度还 要分别采集4个模块的谱数据。要完成这些步骤，软件 要设计相应的按 见图4）。数据采集结束后，软件就利 用计算出来的各种计数率和参数，计算Pe值和密度值 刻度系数。Pe值系数的计算先利用刻度模块 （LO Pe和 HI Pe）得到的SHR进行五次方程计算出高低Pe值，再利用初始化的LO Pe和 H I Pe，根据2点线性刻度公
18、式 计算出Pe值的乘加因子。密度刻度系数的计算就利用 2个刻度块和校正块（CORR）采集到的 SSD SOFT、SOFT2,经过死时间校正后按照图版计算出的6个参数。3 3刻度结果报告刻度的最终结果就是提供一组刻度系数。为便于用户查看，一般采用刻度报告的形式直观地将刻度 系数显示出来，在岩性密度维修手册4中能够查阅到刻 度报告结果。图3初始化参数图4刻度步骤4结论本文介绍的2222岩性密度的刻度原理与方法已经 在SKC9800数控测井系统5和ERA2000C高精度测井 系统上成功应用，完成了油田现场的刻度与测井，取得合格的测井资料。通过在自制的岩性密度测试台架上 的试验，该刻度方法能够完成仪器
19、出厂前的刻度检验和 加温试验。参考文献：1 迟云鹏，郑 勇.CLS核测井仪器M .西安：西安电子科 技大学出版社，19962 余元华，施建华.CLS数控测井软件系统M .西安:西安 电子科技大学出版社,1996.3 蔚中良.CLS数控测井系统M .北京：石油工业出版社,1990.4 West Atlas 2222 岩性密度维修手册 Z. 1990.5 李传伟，等.SKC9800数控测井仪地面系统软件的设计与实现J .测井技术,2000, 24（6）: 457 - 459, 4756 吴文圣，黄隆基，郑 华.密度测井仪灵敏探测位置及对薄层响应的理论研究J .测井技术，2002, 26 （3） : 187 -189（收稿日期：2006 03 05本文编辑 余 迎）248?测井技术2006 年248?测井技术2006 年 Aeatlenik- Jouttial ElectriMiic Eubhshicig Housu. All c 创血 reserl弋讯.cnki.ntx