專利名稱：一種用于自然伽馬能譜測(cè)井儀器的自動(dòng)穩(wěn)譜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于自然伽馬能譜測(cè)井儀器的自動(dòng)穩(wěn)譜技術(shù)，利用它可以在自然伽馬能譜測(cè)井過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)譜，即把特征能量峰穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)道址附近很小的一個(gè)區(qū)間內(nèi)。
背景技術(shù)：
地層中天然存在的伽馬射線基本可以歸結(jié)為鉀元素、鈾系元素和釷系元素這3類放射性核素發(fā)生衰變時(shí)所發(fā)出的射線，具有3種高低不同的特征能量。不同能量的伽馬射線進(jìn)入碘化銫閃爍晶體時(shí)激發(fā)的閃光不同；采用專門設(shè)計(jì)的光電倍增管可以對(duì)這種閃光信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)、并把它轉(zhuǎn)換成不同幅度的電壓脈沖信號(hào)。電壓脈沖信號(hào)幅度的大小將由光電倍增管的高壓增益決定。電壓脈沖信號(hào)幅度正比于高壓增益；高壓增益變大，電壓脈沖信號(hào)幅度也隨之增大；高壓增益變小，電壓脈沖信號(hào)幅度則隨之減小。專門設(shè)計(jì)的脈沖幅度分析電路把這樣的電壓脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)地址，每一個(gè)地址稱為一個(gè)“能量道“。不同幅度的電壓脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)著不同的道地址。在自然伽馬能譜儀器中將伽馬射線的能量空間從低到高劃分為0至255個(gè)能量道，每一個(gè)能量道都對(duì)應(yīng)于一個(gè)唯一的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元。脈沖幅度分析電路每接收到一個(gè)電壓脈沖信號(hào)，就將它轉(zhuǎn)換成一個(gè)地址，并將對(duì)應(yīng)于該地址的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容加1。這樣，在固定的時(shí)間內(nèi)，所有256個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容就形成了一個(gè)特定的道地址(也稱數(shù)組)——這樣一個(gè)整數(shù)數(shù)組稱為一個(gè)能譜，這個(gè)能譜代表此時(shí)地層的伽馬射線的放射性特征。利用專門的剝譜方法和刻度數(shù)據(jù)就可以由能譜計(jì)算出地層中鉀、鈾系、釷系3類放射性核素的含量。
在自然伽馬能譜測(cè)井過(guò)程中，由于溫度等環(huán)境因素的變化可導(dǎo)致特征能量峰在道地址空間中發(fā)生漂移，因此有必要建立一種自動(dòng)的反饋機(jī)制，以便在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)地改變下井儀器的高壓增益從而將特征能量峰穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)道地址附近一個(gè)很小的區(qū)間內(nèi)。
目前采用的穩(wěn)譜方法主要是在標(biāo)準(zhǔn)特征能量峰位置的左右兩側(cè)開設(shè)同樣寬度的兩個(gè)記數(shù)窗口，采用電子電路比較兩個(gè)窗口記數(shù)的大小。若二者相同，則認(rèn)為特征能量峰位置無(wú)變化；若右側(cè)窗口記數(shù)大于左側(cè)窗口記數(shù)，則說(shuō)明特征能量峰位置向右移動(dòng)了，此時(shí)由差分電路的輸出電壓將減小，從而減少光電倍增管的高壓增益，實(shí)現(xiàn)將特征能量峰位置左移回到標(biāo)準(zhǔn)位置的目的；反之，若右側(cè)窗口記數(shù)小于左側(cè)窗口記數(shù)，則說(shuō)明特征能量峰位置向左移動(dòng)了，此時(shí)由差分電路的輸出電壓將增大，從而增加光電倍增管的高壓增益，實(shí)現(xiàn)將特征能量峰位置右移回到標(biāo)準(zhǔn)位置的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有自然伽馬能譜測(cè)井的狀況，提供一種自動(dòng)穩(wěn)譜技術(shù)或者稱之為“反饋機(jī)制”，以便在測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)軟件自動(dòng)地跟蹤特征能量峰并將其穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)道址附近一個(gè)很小的區(qū)間內(nèi)。
其技術(shù)方案如下完整的自然伽馬能譜測(cè)井系統(tǒng)包括1、地面計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)；2、測(cè)井電纜；3、數(shù)據(jù)傳輸短節(jié)；4、自然伽馬能譜測(cè)井儀器。
該系統(tǒng)工作時(shí)，先將自然伽馬能譜測(cè)井儀器連接到數(shù)據(jù)傳輸短節(jié)下面。接下來(lái)把數(shù)據(jù)傳輸短節(jié)連接到測(cè)井電纜上。然后用絞車系統(tǒng)把自然伽馬能譜測(cè)井儀器通過(guò)測(cè)井電纜吊裝、放入井眼內(nèi)進(jìn)行測(cè)井。
開始測(cè)井時(shí)，地面計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)定自然伽馬能譜儀器的初始增益。當(dāng)進(jìn)入自動(dòng)穩(wěn)譜工作狀態(tài)后，地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量控制程序?qū)⒔⒁幌盗星昂筱暯拥脑鲆嬲{(diào)節(jié)周期。每一個(gè)增益調(diào)節(jié)周期由以下5個(gè)步驟組成
(A)采樣譜累加和識(shí)別測(cè)量控制程序先將一個(gè)有256個(gè)變量的數(shù)組(下稱“尋峰譜“)全部設(shè)置為0。然后，測(cè)量控制程序每采集到一個(gè)能譜，立即把該能譜的數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)地加到尋峰譜內(nèi)。接下來(lái)，計(jì)算能量峰的計(jì)數(shù)把尋峰譜中特征能量峰的標(biāo)準(zhǔn)道址左右各10道(該數(shù)據(jù)可以根據(jù)具體情況加以改變)的數(shù)據(jù)相加，累加結(jié)果稱為能量峰的計(jì)數(shù)，記為S。判斷S是否大于某一預(yù)先設(shè)定的數(shù)值(這個(gè)數(shù)值與具體的儀器有關(guān)，一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)預(yù)先確定)。如果是，則進(jìn)入步驟(2)；否則繼續(xù)進(jìn)行采樣譜累加和識(shí)別。
(B)從尋峰譜上計(jì)算出當(dāng)前特征能量峰的道地址P這一步有許多方法可以采用。一般采用最大值方法，即在預(yù)定的道地址范圍內(nèi)逐個(gè)比較道地址變量的大小，道地址變量的最大值對(duì)應(yīng)的能道即為所求的特征能量峰的道地址。
(C)計(jì)算增益改變量，得到新的增益值計(jì)算增益改變量的公式增益改變量＝C*(標(biāo)準(zhǔn)能道-P)公式中C為增量系數(shù)，其物理含義是增益若增加C個(gè)單位則對(duì)應(yīng)地特征能量峰將向右偏移一道，其具體數(shù)值與個(gè)別儀器有關(guān)，一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。
新的增益值＝原增益+增益值改變量(D)由計(jì)算機(jī)測(cè)量控制程序向井下儀器發(fā)送增益調(diào)節(jié)命令這一步很簡(jiǎn)單，當(dāng)測(cè)量控制程序計(jì)算出新的增益后，地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)地通過(guò)測(cè)井電纜向井下儀器發(fā)送預(yù)定格式的增益調(diào)節(jié)命令。該命令的內(nèi)容為新的增益值。井下儀器接收到此命令后將新的增益進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)，從而得到新的工作電壓。
(E)進(jìn)入下一個(gè)增益調(diào)節(jié)周期。
四

圖1自動(dòng)穩(wěn)譜軟件流程2標(biāo)準(zhǔn)能量峰位置和能量峰偏離示意圖五具體實(shí)施例方式由于本發(fā)明是一種方法，其實(shí)施方式是具體結(jié)合到實(shí)際的地面計(jì)算機(jī)測(cè)井系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中的。今以SL6000型高分辨率測(cè)井地面系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明該方法的具體實(shí)施方式
。
測(cè)井時(shí)的硬件配置包括1、地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng))；2、測(cè)井電纜；3、數(shù)據(jù)傳輸短節(jié)；4、自然伽馬能譜測(cè)井儀器。
地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量控制程序與井下能譜儀器通訊。通訊內(nèi)容為(1)向井下能譜儀器發(fā)送更改增益命令或上傳數(shù)據(jù)命令；(2)接收井下能譜儀器傳來(lái)的能譜數(shù)據(jù)。
井下能譜儀器接收并識(shí)別地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)來(lái)的命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下儀器的增益控制和上傳測(cè)量數(shù)據(jù)。若地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)來(lái)的是增益命令，則將新的增益代碼進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)，從而得到新的工作電壓。若地面發(fā)來(lái)的是上傳數(shù)據(jù)命令，則將當(dāng)前的能譜數(shù)據(jù)按預(yù)定格式通過(guò)測(cè)井電纜上傳到地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
參照附圖，在地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的測(cè)量控制程序內(nèi)作如下設(shè)置(1)一個(gè)記數(shù)器變量，用于記錄采樣次數(shù)；(2)一個(gè)有256個(gè)變量的數(shù)組，用于存放各次采樣譜累加而成的尋峰譜；(3)一個(gè)整數(shù)變量S，用于存放尋峰譜中特征能量峰的標(biāo)準(zhǔn)道址左右各10道內(nèi)共計(jì)21個(gè)變量的和。
在測(cè)量控制程序內(nèi)部設(shè)置一個(gè)儀器工作狀態(tài)切換界面，用于設(shè)定或改換儀器的工作狀態(tài)。在此界面下可以由操作員執(zhí)行“打開自動(dòng)穩(wěn)譜/關(guān)閉自動(dòng)穩(wěn)譜”的操作。
系統(tǒng)剛開始工作時(shí)，默認(rèn)處于“關(guān)閉自動(dòng)穩(wěn)譜”狀態(tài)，記數(shù)器變量和道地址變量全部置0。
當(dāng)操作員執(zhí)行“打開自動(dòng)穩(wěn)譜”的操作時(shí)記數(shù)器變量清0，道地址變量置0。開始進(jìn)入第一個(gè)穩(wěn)譜周期。每一個(gè)穩(wěn)譜周期都包括下述前后銜接的5個(gè)階段。階段A采樣譜累加和識(shí)別在計(jì)算機(jī)測(cè)量控制程序中，每采集到一個(gè)點(diǎn)的能譜數(shù)據(jù)，就要進(jìn)行下列操作記數(shù)器變量加1；采樣譜累加，即將此采樣譜按道追加到尋峰譜中；計(jì)算尋峰譜中特征能量峰的標(biāo)準(zhǔn)道址左右各10道內(nèi)共計(jì)21個(gè)變量變量的和，以S表示。
判斷S是否大于300(該數(shù)值與具體儀器有關(guān)，可經(jīng)試驗(yàn)確定)。如果是，則進(jìn)入階段B；否則跳到階段A的開始位置，繼續(xù)進(jìn)行下一次采樣譜累加。
階段B從尋峰譜上計(jì)算出當(dāng)前特征能量峰的道地址；采用最大值方法，即在預(yù)定的道地址范圍內(nèi)逐個(gè)比較道地址變量的大小，道地址變量最大值所對(duì)應(yīng)的能道即為所求的當(dāng)前特征能量峰的道地址，記為P。
階段C計(jì)算增益改變量按照下面的公式計(jì)算增益改變量
增益改變量＝C*(特征能量峰的標(biāo)準(zhǔn)道地址-P)注特征能量峰的標(biāo)準(zhǔn)道地址為已知量，對(duì)于鉀、鈾、釷分別為105、127、188。增益系數(shù)C由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。
新的增益＝原來(lái)的增益+增益改變量階段D 向儀器發(fā)送增益調(diào)節(jié)命令，將新的增益發(fā)送到儀器。
當(dāng)測(cè)量控制程序計(jì)算出新的增益后，地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)立即向井下能譜儀器發(fā)送改變?cè)鲆婷?。通訊?nèi)容為新的增益。
階段E準(zhǔn)備下一個(gè)增益調(diào)節(jié)周期。
記數(shù)器置0開始記錄采樣次數(shù)尋峰譜道地址變量置0從0開始累積轉(zhuǎn)到下一個(gè)增益調(diào)節(jié)周期的階段A，進(jìn)入下一個(gè)增益調(diào)節(jié)周期。
上述增益調(diào)節(jié)周期一個(gè)又一個(gè)地持續(xù)下去，即可在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中自動(dòng)地調(diào)節(jié)井下能譜儀器的高壓增益，將特征能量峰穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)道地址附近一個(gè)很小的區(qū)間內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)譜功能，保證測(cè)量的穩(wěn)定性、可靠性。
權(quán)利要求
1.一種用于自然伽馬能譜測(cè)井儀器的自動(dòng)穩(wěn)譜方法，它是建立在一個(gè)完整的自然伽馬能譜測(cè)井系統(tǒng)基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)包括地面計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、測(cè)井電纜、數(shù)據(jù)傳輸短節(jié)、自然伽馬能譜測(cè)井儀器幾個(gè)主要部分組成，該系統(tǒng)工作時(shí)，其連接方式為自然伽馬能譜測(cè)井儀器連接到數(shù)據(jù)傳輸短節(jié)下面，數(shù)據(jù)傳輸短節(jié)連接到測(cè)井電纜上，通過(guò)測(cè)井電纜把自然伽馬能譜測(cè)井儀器和數(shù)據(jù)傳輸端節(jié)與地面計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)連接，其特征是開始測(cè)井時(shí)，地面計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)定自然伽馬能譜儀器的初始增益，當(dāng)進(jìn)入自動(dòng)穩(wěn)譜工作狀態(tài)后，地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量控制程序?qū)⒔⒁幌盗星昂筱暯拥脑鲆嬲{(diào)節(jié)周期，每一個(gè)增益調(diào)節(jié)周期由以下五個(gè)步驟組成(A)采樣譜累加和識(shí)別測(cè)量控制程序預(yù)先設(shè)定2n個(gè)變量的能量道地址(以下簡(jiǎn)稱道地址)，道地址全部設(shè)置為0；然后測(cè)量控制程序每采集到一個(gè)含有2n個(gè)變量的道地址的能譜，立即把該能譜道地址的元素一一對(duì)應(yīng)地加到尋峰譜內(nèi)；接下來(lái)，計(jì)算能量峰的計(jì)數(shù)，把尋峰譜中特征能量峰的標(biāo)準(zhǔn)道址左右各M道的元素相加，累加結(jié)果稱為能量峰的計(jì)數(shù)，記為S；判斷S是否大于某一預(yù)先設(shè)定的數(shù)值，如果是，則進(jìn)入步驟(B)，否則繼續(xù)進(jìn)行采樣譜累加和識(shí)別；(B)從尋峰譜上計(jì)算出當(dāng)前特征能量峰的道地址；(C)計(jì)算增益改變量，得到新的增益值計(jì)算增益改變量的公式為增益改變量＝C*(標(biāo)準(zhǔn)道址-當(dāng)前特征能量峰的道地址)，公式中C為增量系數(shù)，其物理含義是增益若增加C個(gè)單位則對(duì)應(yīng)地特征能量峰將偏移一道，其具體數(shù)值通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，新的增益值＝原增益+增益值改變量；(D)由計(jì)算機(jī)測(cè)量控制程序向井下儀器發(fā)送增益調(diào)節(jié)命令當(dāng)測(cè)量控制程序計(jì)算出新的增益后，地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)地通過(guò)測(cè)井電纜向井下儀器發(fā)送預(yù)定格式的增益調(diào)節(jié)命令，該命令的內(nèi)容為新的增益值，井下儀器接收到此命令后將新的增益進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而得到新的工作電壓；(E)進(jìn)入下一個(gè)增益調(diào)節(jié)周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自然伽馬能譜測(cè)井儀器的自動(dòng)穩(wěn)譜方法，其特征是步驟(B)從尋峰譜上計(jì)算出當(dāng)前特征能量峰的道地址采用最大值方法，即在預(yù)定的道地址范圍內(nèi)逐個(gè)比較道地址變量的大小，道地址變量的最大值對(duì)應(yīng)的能道即為所求的特征能量峰的道地址。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于自然伽馬能譜測(cè)井儀器的自動(dòng)穩(wěn)譜方法，其特征是步驟(A)中的2n個(gè)變量設(shè)定為256，左右各M道的的M值設(shè)定為10。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于自然伽馬能譜測(cè)井儀器的自動(dòng)穩(wěn)譜方法。其技術(shù)方案如下開始測(cè)井時(shí)，地面計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)定自然伽馬能譜儀器的初始增益。當(dāng)進(jìn)入自動(dòng)穩(wěn)譜工作狀態(tài)后，地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量控制程序?qū)⒔⒁幌盗星昂筱暯拥脑鲆嬲{(diào)節(jié)周期。每一個(gè)增益調(diào)節(jié)周期包括采樣譜累加和識(shí)別；從尋峰譜上計(jì)算出當(dāng)前特征能量峰的道地址P；計(jì)算增益改變量，得到新的增益改變量＝C*(標(biāo)準(zhǔn)道址—當(dāng)前特征能量峰的道地址)，新的增益值＝原增益+增益值改變量；由計(jì)算機(jī)測(cè)量控制程序向井下儀器發(fā)送增益調(diào)節(jié)命令；進(jìn)入下一個(gè)增益調(diào)節(jié)周期。本發(fā)明是解決了依靠硬件電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)譜過(guò)程中受井下條件的影響，保證了穩(wěn)譜精度要求，最終使測(cè)井資料更準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)E21B49/00GK1900482SQ20061004543
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者王衛(wèi)華 申請(qǐng)人:中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局測(cè)井公司