專利名稱：脈沖中子雙譜飽和度測井方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖中子壽命測井方法。
背景技術(shù)：
中子壽命測井，是在井眼中用脈沖中子發(fā)生器按設(shè)定的時序發(fā)射能量為14MeV的中子束，能量高的快中子先經(jīng)非彈性散射失去部分能量而轉(zhuǎn)化為中等能量的中子并伴隨非彈伽馬輻射，再經(jīng)彈性散射進一步慢化轉(zhuǎn)變?yōu)闊嶂凶樱瑹嶂凶又饾u被俘獲并產(chǎn)生俘獲伽馬輻射。熱中子在地層里的平均壽命τ與地層巖性、地層水礦化度、孔隙度及含水飽和度相關(guān)。當(dāng)?shù)貙訋r性、地層水礦化度和孔隙度已知或可測時，測定中子壽命即可求出儲集層的油、氣、水飽和度。
當(dāng)前測量地層中子壽命的主要方法是在離中子源適當(dāng)距離處安裝一個或兩個伽馬探測器，記錄俘獲伽馬射線在各時間道的計數(shù)，即伽馬時間譜。由時間道計數(shù)隨時間變化的斜率求出地層的中子壽命τ或與其成反比的宏觀俘獲截面∑。測量地層中子壽命的另一種方法是用中子探測器測量熱中子計數(shù)時間譜，由時間道計數(shù)衰減率求地層的熱中子壽命或宏觀俘獲截面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種脈沖中子雙譜飽和度測井方法，用一套裝有熱中子探測器、俘獲伽馬探測器和自然伽馬探測器的下井儀器，同步或選擇測量熱中子時間譜、俘獲伽馬時間譜、俘獲伽馬能譜和自然伽馬能譜。其中雙譜是指熱中子時間譜和俘獲伽馬時間譜，構(gòu)成本方法的核心信息，其它為輔助信息。
熱中子時間譜只反映快中子慢化和熱中子被俘獲的過程，不包含與自然伽馬、中子活化和俘獲伽馬的產(chǎn)額及伽馬射線與周圍介質(zhì)相互作用過程的信息，而俘獲伽馬時間譜卻包含中子和伽馬與周圍介質(zhì)相互作用全過程的所有信息。用多尺度分析和數(shù)據(jù)融合方法使兩類數(shù)據(jù)攜帶的信息在優(yōu)選的尺度上優(yōu)勢互補，對地層做全面描述，能更全面地反映地層的特性，更準確地識別油、氣、水層。
一種脈沖中子雙譜飽和度測井方法，其特殊之處在于，其包括以下步驟1]采集測井?dāng)?shù)據(jù)
在套管井中用脈沖中子雙譜飽和度測井儀連續(xù)采集測井?dāng)?shù)據(jù)；所述的測井?dāng)?shù)據(jù)包括熱中子時間譜、俘獲伽馬時間譜、熱中子總計數(shù)率、俘獲伽馬總計數(shù)率、自然伽馬總計數(shù)率。
2]對熱中子時間譜、俘獲伽馬時間譜進行深度-時間二維濾波，對俘獲伽馬能譜和自然伽馬能譜做深度-能量二維濾波所述深度-時間二維濾波包括深度域的縱向濾波和在時間域的橫向濾波；所述深度-能量二維濾波包括深度域的縱向濾波和在能量域的橫向濾波；所述縱向濾波和橫向濾波的方法包括Kalman濾波、多點平滑濾波或多尺度濾波；濾波后在每個深度點獲得一對光滑的隨時間衰減的多指數(shù)曲線，在深度-時間域中獲得兩個二維數(shù)組，構(gòu)成反映地層性質(zhì)隨深度變化的兩幀數(shù)字圖像；而在深度-能量域中獲得兩個二維數(shù)組，構(gòu)成反映地層性質(zhì)隨深度變化的兩幀數(shù)字圖像；3]對濾波后的數(shù)據(jù)進行歸一化處理所述歸一化處理的步驟包括計算每個采樣點的歸一化測井值f′=f-fminfmax-fmin×100]]>式中fmin為測井曲線的最小值，fmax為測井曲線的最大值，f為測井曲線的采樣點數(shù)據(jù)；4]對歸一化處理后的數(shù)據(jù)進行多尺度分解所述橫向時間軸時間譜多尺度分解的方法包括多指數(shù)擬合法和小波分解法，所述縱向深度軸多尺度分解的方法主要指小波分解法；5]對分解后的數(shù)據(jù)進行重構(gòu)和融合所述對測井?dāng)?shù)據(jù)進行重構(gòu)和融合包括在原始數(shù)據(jù)、參數(shù)、決策三個層次上分別進行時間譜、壽命譜、∑譜、能譜和同類及非同類測井曲線的重構(gòu)和融合，具體步驟包括5.1]以小波模極大重構(gòu)算法為基礎(chǔ)，選用低頻系數(shù)加權(quán)、高頻系數(shù)取絕對值較大的融合規(guī)則，對同類或多類測井?dāng)?shù)據(jù)進行小波重構(gòu)得到融合小波金字塔；5.2]對融合后的小波金字塔進行小波逆變換實現(xiàn)各個層次的數(shù)據(jù)重構(gòu)；5.3]采用熵、均值和方差作為評判標(biāo)準，對融合數(shù)據(jù)進行定量評價均值、方差數(shù)據(jù)反映峰值信息；信息熵數(shù)據(jù)反映空間細節(jié)信息；峰值信噪比、相關(guān)系數(shù)反映頻譜信息；
6]顯示測井圖像和測井曲線所述的測井圖像和測井曲線包括以下圖像和曲線中的至少一組①深度-時間彩色圖像濾波后在每個深度點上得一條平滑的多指數(shù)衰減曲線，在被測剖面上得到一幅深度-時間二維平面上的數(shù)字圖像；對該數(shù)組進行可視化處理，用色柱標(biāo)定信號幅度，得到一幅反映地層深度-時間特征的彩色圖像；②深度-壽命或深度-∑彩色圖像中子壽命τ與熱中子宏觀俘獲截面∑成反比，τ分布很容易轉(zhuǎn)變?yōu)椤品植迹唤?jīng)時間-壽命或時間-截面域的轉(zhuǎn)換，在每個采樣點上都得到一條τ或∑分布曲線，在被測剖面上得到一幅深度-壽命或深度-∑二維平面上的數(shù)字圖像；用色柱標(biāo)定信號幅度，得到一幅反映地層特性隨深度變化的τ或∑分布彩色圖像；③所述的測井曲線包括熱中子和俘獲伽馬總計數(shù)率、特征時間門和能窗計數(shù)率及其比值、熱中子壽命和宏觀俘獲截面；經(jīng)標(biāo)準井檢驗選定的，由多尺度分解得到的對含油飽和度或巖性分辨能力好的分量曲線；經(jīng)標(biāo)準井檢驗選定的，由多尺度數(shù)據(jù)重建和融合得到的對含油飽和度或巖性分辨能力好的重建和融合曲線；裸眼井和實時油、氣、水飽和度曲線；上述脈沖中子雙譜飽和度測井方法還包括進行地質(zhì)解釋的步驟所述進行地質(zhì)解釋的步驟包括以下圖像和曲線中的至少一種①深度-時間譜中子和俘獲伽馬計數(shù)率在不同深度點上隨時間的衰減曲線可分為井眼、過度、地層三個時段，地層段計數(shù)率的衰減率越高則熱中子壽命越短，含油飽和度越低；②利用壽命譜或∑譜作為區(qū)分低礦化度水層和剩余油氣層的依據(jù)壽命τ分布比單一的τ值更能反映地層的全貌，用τ分布特征峰或選定的門寬Δτ內(nèi)的平均值求地層中子壽命更能反映地層核參數(shù)的統(tǒng)計特性；用測井解釋通用的體積模型，由∑分布可得到含水飽和度SW的分布圖，含水飽和度SW的分布圖能更確切地描繪出油水分布。
上述的多尺度濾波的步驟包括1]選取具有一定的緊支撐性、對稱性和平滑性的正交小波基；2]選擇小波并確定其分解層次N，然后對數(shù)據(jù)進行N層小波分解，即在某尺度i上，對給定的核測井信號序列x(i，k)∈Vil2(Z)(k∈Z)，通過一個脈沖響應(yīng)為h(k)的低通濾波器，獲得粗尺度上(低頻段)的平滑信號xV(i-1，k)∈Vi-1xV(i-1,l)=Σkh(2l-k)x(i,k)]]>信號x(i，k)在低通濾波器中丟失的“細節(jié)信號”，由x(i，k)通過一個脈沖響應(yīng)是g(k)的高通濾波器得到細尺度上(高頻段)的細節(jié)信號xD(i-1，k)∈Di-1xD(i-1,l)=Σkg(2l-k)x(i,k)]]>下標(biāo)D表示x(i，k)在細節(jié)信號空間Di-1上的投影；3]逐次進行上述步驟可實現(xiàn)N層的多尺度分解，得到2N個不同的頻帶，包含N個高頻信號和N個低頻信號；4]對第1層到第N層的每一層高頻系數(shù)選擇一個閾值進行軟閾值量化處理；由小波分解的第N層低頻系數(shù)和經(jīng)過量化處理后的第1層到第N層的高頻系數(shù)，進行測井?dāng)?shù)據(jù)的重構(gòu)，重構(gòu)信號中只包含有用信息。
上述的小波模極大重構(gòu)算法的步驟包括1]設(shè)測井儀器接收到的信號為f(x)，Morlet連續(xù)小波變換定義為Wf(a,b)=<f,ψab>=1|a|∫-∞+∞f(x)ψ(x-ba)dx]]>式中Morlet小波基函數(shù)為ψ(x)=e-x2/2·eiω0x]]>a和b分別為尺度因子和位移因子；2]對信號進行小波分析，可以得到不同尺度a的評估信號在不同空間段的大量系數(shù)，即相應(yīng)的小波系數(shù)Wf(a，b)；并用色譜圖的方式表示，在色譜圖中，用顏色的變化來表示系數(shù)的大??；
3]得到某一尺度a時的小波系數(shù)曲線，這條曲線能夠直觀顯示小波系數(shù)與被分析信號之間的相似程度，且可以通過控制a的大小，使小波系數(shù)曲線和某些參數(shù)具有一定的相關(guān)性。
上述的測井?dāng)?shù)據(jù)還包括俘獲伽馬能譜、自然伽馬能譜和井溫、壓力及套管接箍數(shù)據(jù)。
上述的脈沖中子雙譜飽和度測井儀，包括測井儀殼體5和在殼體內(nèi)的脈沖中子發(fā)生器1、熱中子探測器2、俘獲伽馬探測器3及自然伽馬探測器4；其中熱中子探測器2與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為300-400mm；俘獲伽馬探測器3與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為450-550mm；自然伽馬探測器4與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為700-1000mm。
上述脈沖中子雙譜飽和度測井儀可工作在NTS模式、CTS模式、DTS模式三種測量模式下，所述NTS模式只采集熱中子時間譜；所述CTS模式-只采集俘獲伽馬時間譜；所述DTS模式可同時采集熱中子時間譜和俘獲伽馬時間譜。
上述熱中子探測器2與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為350mm；俘獲伽馬探測器3與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為500mm；自然伽馬探測器4與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為900mm。
上述熱中子探測器2為3He計數(shù)管；所述俘獲伽馬探測器3為閃爍譜儀；所述自然伽馬探測器4為閃爍譜儀。
上述的脈沖中子雙譜飽和度測井儀包括溫度計、壓力計和套管接箍定位器。
本發(fā)明方法的優(yōu)點是一次下井在相同環(huán)境下可同時采集熱中子時間譜、俘獲伽馬時間譜，使兩種中子壽命測井方法優(yōu)勢互補，擴大了對環(huán)境的適應(yīng)范圍，對雙譜做綜合處理可得到更精確的計算結(jié)果，提高了對油氣水層的識別能力。


圖1是實現(xiàn)本發(fā)明方法的一種脈沖中子雙譜流體飽和度測井儀結(jié)構(gòu)示意圖，其中1-脈沖中子發(fā)生器，2-熱中子探測器，3-俘獲伽馬探測器，4-自然伽馬探測器，5-測井儀殼體。
圖2為多尺度分解-融合-重建示意圖，給出從兩個探測器得到的數(shù)據(jù)尺度分解、融合和重建過程。
圖3是大港板橋地區(qū)生產(chǎn)井的熱中子計數(shù)率色譜圖、中子壽命曲線(τ)和宏觀俘獲截面曲線。研究井段為3050-3120m深度段，井下為鋼套管，該井砂巖水層孔隙度為18-23％，地層水礦化度為7.091g/l。圖中給出熱中子計數(shù)率色譜圖，以及中子壽命曲線(τ)和宏觀俘獲俘獲截面曲線(SIGMA)，色譜圖中顏色從右往左的變化代表熱中子計數(shù)率從低值到高值。從色譜圖可以看出，3101-3106m井段，熱中子計數(shù)率隨時間的衰減最慢，3059-3061m井段和3072-3074m井段，熱中子衰減緩慢。與圖中GR(自然伽馬)和SP(自然電位)曲線對比，可以看出23號層和25號層為儲集層。第28號層SP無反應(yīng)，但GR顯示為低值。從色譜圖可以看出，上述3個地層為儲集層，熱中子計數(shù)率隨時間衰減緩慢。而泥巖層對熱中子的俘獲能力強，熱中子衰減快，在色譜圖上顯示顏色變化快，如3098-3100m井段。此外，通過色譜圖和SIGMA曲線相對比，可判斷儲集層含油性。含油飽和度越高，熱中子隨時間的衰減越慢，在色譜圖上表現(xiàn)為反映地層特性的熱中子計數(shù)率向后延伸，因此判定28號層含油飽和度較高，與解釋結(jié)論相符合。
圖4是大港-Y井熱中子計數(shù)率經(jīng)多指數(shù)擬合后得到的中子壽命譜，采樣點的深度依次為3103.5m、3057m和3088.8m。根據(jù)解釋結(jié)論，這些深度點分別與油層，含油水層和泥巖層相對應(yīng)，用選定的時間門計算得到地層宏觀俘獲截面依次為10.29c.u.，19.8c.u.和31c.u.。在進行多指數(shù)擬合時，選取時間道為300-1170μs，即主要反映地層信息的熱中子計數(shù)率進行擬合。在三個采樣點上得到的熱中子壽命譜的形態(tài)明顯不同，深度點3103.5m、3057m和3088.8m的壽命譜主峰對應(yīng)的中子壽命分別為316.2278μs、227.5846μs和163.7894μs；相應(yīng)的地層宏觀俘獲截面分別為14.3884c.u.，19.9926c.u.和27.7796c.u.，與前面計算所得的∑值基本相符。油層的熱中子壽命最長，泥巖的熱中子壽命最短，油水同層的熱中子壽命介于二者之間。這說明根據(jù)中子壽命譜可以判別泥巖層、油水層以及油層。
具體實施例方式
本發(fā)明的核心技術(shù)是用脈沖中子雙譜飽和度測井儀在套管井中采集熱中子和俘獲伽馬雙時間譜，經(jīng)綜合處理得到精確度高的剩余油氣和含水飽和度。具體包括1、數(shù)據(jù)采集根據(jù)井眼、地質(zhì)條件和測井目的制定施工方案，選擇測井模式。脈沖中子雙譜飽和度測井儀可選用三種測量模式NTS模式-只采集熱中子時間譜；CTS模式-只采集俘獲伽馬時間譜；DTS模式-同時采集熱中子時間譜和俘獲伽馬時間譜，即雙譜采集模式。用脈沖中子雙譜飽和度測井儀在套管井中采集熱中子時間譜、俘獲伽馬時間譜、俘獲伽馬能譜、自然伽馬能譜和井溫、壓力及套管接箍等輔助數(shù)據(jù)。還可包括熱中子總計數(shù)率、俘獲伽馬總計數(shù)率、自然伽馬總計數(shù)率，下井儀器在每一深度點上，當(dāng)中子發(fā)射停息后，用儀器串中安裝的氦-3熱中子探測器，按設(shè)定的時序記錄各時間道的熱中子計數(shù)，即熱中子時間譜。時間道的道寬，即采樣間隔的隱含值為30μs，可依據(jù)被測剖面地層的熱中子壽命變化范圍自動調(diào)節(jié)或人工設(shè)定。在采集熱中子時間譜的同時，安裝在同一儀器串中的閃爍伽馬探測器，以相同的時序記錄俘獲伽馬時間譜。熱中子時間譜和俘獲伽馬時間譜的采樣間隔相同，但伽馬探測器源距較長在空域中尺度較粗。同時采集的俘獲伽馬能譜和自然伽馬能譜，可用以劃分地層、識別巖性、做簡單元素分析和與裸眼井測井曲線進行對比等，為時間譜的處理與解釋提供輔助信息。脈沖中子雙譜飽和度測井儀，包括附圖1所示的測井儀殼體5和在殼體內(nèi)的脈沖中子發(fā)生器1、熱中子探測器2、俘獲伽馬探測器3及自然伽馬探測器4。其中熱中子探測器2與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為300-400mm；俘獲伽馬探測器3與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為450-550mm；自然伽馬探測器4與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為700-1000mm。熱中子探測器2為3He計數(shù)管；俘獲伽馬探測器3為閃爍譜儀；自然伽馬探測器4為閃爍譜儀。儀器中還安裝了溫度、壓力計和套管接箍定位器。
2、數(shù)據(jù)濾波和轉(zhuǎn)換下井儀器在井眼中移動，在每個深度點采集到一組熱中子時間譜和俘獲伽馬時間譜。對整個測量井段，每個時間譜都是一個深度-時間兩維數(shù)組，數(shù)組中的每個元素即直接測到的每個原始數(shù)據(jù)都包含統(tǒng)計誤差。采集到的初始譜要經(jīng)過處理和轉(zhuǎn)換才能消除誤差并從中得到地層的物理和儲集參數(shù)。
(1)對每一時間譜做深度-時間二維濾波，對俘獲伽馬能譜和自然伽馬能譜做能量-深度二維-濾波。濾波的方法包括Kalman濾波、多點擬合濾波、多點平滑濾波或多尺度濾波。
離散卡爾曼估計狀態(tài)方程、探測方程和變量的初始統(tǒng)計特性分別為X(k+1)＝A(k+1，k)X(k)+G(k+1，k)U(k)+Γ(k+1，k)W(k)(7)
Z(k)＝C(k)X(k)+Y(k)+V(k) (8)E[X(t0)]=m0P(t0)=E{[X(t0)-m0][X(t0)-m0]T}---(9)]]>式中，X(k)為控制過程的n維狀態(tài)向量，U(k)為r維控制向量，W(k)是均值為零的P維白噪聲向量，A(k)為n×n矩陣，B(k)為n×r矩陣，F(xiàn)(k)為n×p矩陣，Z(k)為m維矩陣。
卡爾曼估計就是按規(guī)定的準則，從觀測系列Z(0)，Z(1)，…，Z(k)找出X(j)的線性最優(yōu)估計 使得估值 與X(j)之間誤差的方差為最小。
卡爾曼估計分為三類j＞k稱為預(yù)測(或外推)問題，即從觀測系列Z(0)，Z(1)，…，Z(k)找出X(k+1)的線性最優(yōu)估計 j＝k稱為濾波(或估計)問題，即從觀測系列Z(0)，Z(1)，…，Z(k)找出X(k)的線性最優(yōu)估計 j＜k稱為平滑(或內(nèi)插)問題，即從觀測系列Z(0)，Z(1)，…，Z(k)找出X(k-1)的線性最優(yōu)估計 離散系統(tǒng)卡爾曼最優(yōu)預(yù)測估計方程為X^(k+1|k)=A(k+1,k)X^(k|k-1)+G(k+1,k)U(k)+K(k)[Z(k)-C(k)X^(k|k-1)-Y(k)]---(10)]]>而卡爾曼最優(yōu)濾波估計方程為X^(k+1|k+1)=X^(k+1|k)+K(k+1)×[Z(k+1)-C(k+1)X^(k+1|k)-Y(k)]---(11)]]>即先求出最優(yōu)預(yù)測估計值 再把實際觀測到的Z(k+1)與它到來前得到的觀測值的預(yù)測值 進行比較，若兩者不相等則對 進行修正，以獲得最優(yōu)濾波估計 在任一深度點采集的熱中子時間譜和俘獲伽馬時間譜中第i個時間道的計數(shù)，包含著中子壽命不同的j＝1，…，n種介質(zhì)的貢獻和統(tǒng)計誤差，可表示為多指數(shù)函數(shù)(12)。測井時在每個深度點測得的時間譜可做實時卡爾曼濾波，以壓制每個時間道的計數(shù)中包含的統(tǒng)計誤差。同一時間道在不同深度點的數(shù)據(jù)之間也包含統(tǒng)計誤差，經(jīng)低通濾波可在縱向上獲得一組光滑曲線。經(jīng)過時間-深度域二維卡爾曼濾波，在每個深度點的時間譜描繪的將是一條光滑的多指數(shù)曲線，而在時間-深度域平面上看，是一個二維數(shù)組，可描繪出一組光滑的隨地層性質(zhì)而變化的時間門曲線。在一個深度點上采集到的第i個時窗計數(shù)，在濾波前表示為(12)式，而濾波后變?yōu)?13)式。
Ni=Σj=1najexp[-tτj]+ϵi---(12)]]>Ni=Σj=1najexp[-tτj]---(13)]]>式中，衰減時間t＝iΔt，i＝1，...，m為道址，Δt為道寬。τj是第j種介質(zhì)的中子壽命，aj是j種分量在起始道的幅度，εi是道計數(shù)中的統(tǒng)計誤差。
在均勻無限介質(zhì)中，(13)式可簡化為N(t)＝a exp(-t/τ) (14)兩邊取對數(shù)得一直線方程，由直線的斜率則可求出熱中子壽命τ的倒數(shù)。
當(dāng)前測井界使用的公式為以下的雙指數(shù)式N(t)＝a1exp(-t/τ1)+a2exp(-t/τ2) (15)當(dāng)井眼介質(zhì)中子壽命τ1＜＜τ2時，在時域的后段可求出地層的中子壽命τ2。
濾波后的數(shù)據(jù)經(jīng)歸一化處理，以便于信息的尺度分解和重構(gòu)。
(2)對濾波后的時間譜做從時域到壽命域的轉(zhuǎn)換由(13)式表示的時間道計數(shù)構(gòu)成的時間譜數(shù)據(jù)，可寫成矩陣方程Y＝AP (16)式中，Ym×1＝(N1，N2，Λ，Nm)T(17)Pn×1＝(p1，p2，ΛΛpn)T(18) 矩陣(17)為道計數(shù)矩陣；矩陣(18)為所要反演計算的各個壽命值所對應(yīng)的計數(shù)分量的起始道計數(shù)，由此得到各分量所占的份額，即τ分布。壽命譜中的τ值是預(yù)先指定的壽命布點系列，可在地層熱中子最小-最大壽命區(qū)間內(nèi)均勻選點，也可采用2的冪次方布點。矩陣(16)可能是超定的、正定的或是欠定的，這取決于測量求得的道計數(shù)的個數(shù)與壽命譜布點數(shù)的多少。求解式(16)也就實現(xiàn)了壽命譜的多指數(shù)反演。這在數(shù)學(xué)上是一個非適定問題，可采用迭代的方法求解。
τ分布比單一的τ值更能反映地層的全貌，用τ分布特征峰或選定的門寬Δτ內(nèi)的平均值求地層中子壽命更能反映地層核參數(shù)的統(tǒng)計特性。
(3)對濾波后的信號做多尺度分析對核測井曲線做小波分析，可將時間或深度一維函數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槌叨?時間或尺度-深度二維函數(shù)，將信號分解為尺度不同的分量。
在某尺度i上，對給定的測井信號序列x(i，k)∈Vil2(Z)(k∈Z)，通過一個脈沖響應(yīng)為h(k)的低通濾波器可以獲得粗尺度上的平滑信號xV(i-1，k)∈Vi-1(20)xV(i-1,l)=Σkh(2l-k)x(i,k)---(21)]]>信號x(i，k)在低通濾波器中丟失的“細節(jié)信號”可以由x(i，k)通過一個脈沖響應(yīng)是g(k)的高通濾波器得到xD(i-1，k)∈Di-1(22)xD(i-1,l)=Σkg(2l-k)x(i,k)---(23)]]>下標(biāo)D表示x(i，k)在細節(jié)信號空間Di-1上的投影。
這樣，在尺度i上的信號x(i，k)就被分解為高頻和低頻兩個分量。對核測井?dāng)?shù)據(jù)進行N層的多尺度分解，可得到2N個不同的頻帶，其中包含N個高頻帶和N個低頻帶。對各種尺度上的低頻和高頻信號進行觀察、分析和比較，可確定各個尺度的信號與地層空間和物理參數(shù)的相關(guān)性，低頻信號能夠較好地反映測井曲線中包含的地層概貌信息，而高頻信號能反映地層的細節(jié)。
時間譜、τ分布、總計數(shù)、時間段計數(shù)、各種核參數(shù)和儲層參數(shù)隨深度的變化曲線，都可進行尺度分解。如對時間譜和τ分布做多尺度分解，可選出受井眼環(huán)境影響最小而最能反映地層中子壽命變化的尺度。
3]對濾波后的數(shù)據(jù)進行歸一化處理所述歸一化處理的步驟包括計算每個采樣點的歸一化測井值f′=f-fminfmax-fmin×100---(5)]]>式中fmin為測井曲線的最小值，fmax為測井曲線的最大值，f為測井曲線的采樣點數(shù)據(jù)。
4]對歸一化處理后的數(shù)據(jù)進行多尺度分解，橫向時間軸時間譜多尺度分解的方法包括多指數(shù)擬合法和小波分解法，縱向深度軸多尺度分解的方法主要指小波分解法。
5]對核測井雙譜數(shù)據(jù)做多尺度信息融合信息融合是指利用計算機技術(shù)對按時序獲得的若干傳感器的觀測信息在一定準則下加以自動分析、優(yōu)化綜合，以完成所需的決策和估計任務(wù)而進行的信息處理過程。信息融合的核心是指對來自多個傳感器的數(shù)據(jù)進行多級別、多方面、多層次的處理，從而產(chǎn)生新的有意義的信息，而這種新信息是任何單一傳感器所無法獲得的。系統(tǒng)中采用的所有傳感器都必須在采樣速率、觀測領(lǐng)域和范圍等方面兼容，它們還必須提供互補的信息以改善推論的質(zhì)量。傳感器的重復(fù)觀測信號通過冗余信息可提高系統(tǒng)的可靠性。
多尺度數(shù)據(jù)融合，如選定分量的線性組合，可在原始數(shù)據(jù)、物理參數(shù)和儲層參數(shù)、決策三個層次上進行。從同類探測器采集的數(shù)據(jù)可在各個層次上融合，非同類探測器采集的數(shù)據(jù)可在參數(shù)和決策層次上融合。
脈沖中子雙譜飽和度測井儀可測得熱中子和俘獲伽馬兩個時間譜，分別記做數(shù)據(jù)N1和數(shù)據(jù)N2，見圖2。對時間譜，熱中子和俘獲伽馬探測器可看成是同類的。對這兩列數(shù)據(jù)進行尺度分解，即對原始數(shù)據(jù)分別進行低、高通濾波，分解為含有不同頻率成分的兩個子數(shù)據(jù)。a為低頻逼近信號，d為高頻細節(jié)信息。再根據(jù)需要，對低頻子數(shù)據(jù)重復(fù)上面的過程，逐步實現(xiàn)這兩列數(shù)據(jù)的小波塔形分解。然后在各個分解層進行融合處理，得到融合小波金字塔，再對融合后的小波金字塔進行小波逆變換就可得到所需的重構(gòu)數(shù)據(jù)N3。
中子壽命測井、碳氧比能譜測井、電阻率測井得到的含水飽和度Sw1、Sw2和Sw3可在參數(shù)級做多尺度分解和融合。
數(shù)據(jù)融合效果可采用三類統(tǒng)計參數(shù)來進行分析與評價第一類反映峰值信息，如均值、方差；第二類反映空間細節(jié)信息，如信息熵；第三類反映頻譜信息，如峰值信噪比、相關(guān)系數(shù)。信噪比越高，說明融合效果越好。
重構(gòu)和融合的步驟包括5.1]以小波模極大重構(gòu)算法為基礎(chǔ)，選用低頻系數(shù)加權(quán)、高頻系數(shù)取絕對值較大的融合規(guī)則，對同類或多類測井?dāng)?shù)據(jù)進行小波重構(gòu)得到融合小波金字塔。
所述小波模極大重構(gòu)算法的步驟包括5.1.1]設(shè)測井儀器接收到的信號為f(x)，Morlet連續(xù)小波變換定義為Wf(a,b)=<f,ψab>=1|a|∫-∞+∞f(x)ψ(x-ba)dx---(6)]]>式中Morlet小波基函數(shù)為ψ(x)=e-x2/2·eiω0x---(7)]]>a和b分別為尺度因子和位移因子。
5.1.2]對信號進行小波分析，可以得到不同尺度a的評估信號在不同空間段的大量系數(shù)，即相應(yīng)的小波系數(shù)Wf(a，b)；并用色譜圖的方式表示，在色譜圖中，用顏色的變化來表示系數(shù)的大?。?.1.3]得到某一尺度a時的小波系數(shù)曲線，這條曲線能夠直觀顯示小波系數(shù)與被分析信號之間的相似程度，且可以通過控制a的大小，使小波系數(shù)曲線和某些參數(shù)具有一定的相關(guān)性。
5.2]對融合后的小波金字塔進行小波逆變換實現(xiàn)各個層次的數(shù)據(jù)重構(gòu)。
5.3]采用熵、均值和方差作為評判標(biāo)準，對融合數(shù)據(jù)進行定量評價均值、方差數(shù)據(jù)反映峰值信息；信息熵數(shù)據(jù)反映空間細節(jié)信息；峰值信噪比、相關(guān)系數(shù)反映頻譜信息。
6]數(shù)據(jù)后處理成果顯示和解釋6.1]深度-時間彩色圖像濾波后在每個深度點上得一條平滑的多指數(shù)衰減曲線，在被測剖面上得到一幅深度-時間二維平面上的數(shù)字圖像。對該數(shù)組進行可視化處理，用色柱標(biāo)定信號幅度，得到一幅反映地層深度-時間特征的彩色圖像，作為定性識別水層和剩余油層的依據(jù)。同樣，壽命譜和能譜也是二維平面上的數(shù)字圖像，也可顯示為彩色圖像。
6.2]深度-壽命或深度-∑彩色圖像中子壽命τ與熱中子宏觀俘獲截面∑成反比，τ分布很容易轉(zhuǎn)變?yōu)椤品植?。?jīng)時間-壽命或時間-截面域的轉(zhuǎn)換，在每個采樣點上都得到一條τ或∑分布曲線，在被測剖面上得到一幅深度-壽命或深度-∑二維平面上的數(shù)字圖像。用色柱標(biāo)定信號幅度，得到一幅反映地層特性隨深度變化的τ或∑分布彩色圖像。用測井解釋通用的體積模型，由∑分布可得到含水飽和度SW的分布圖。含水飽和度SW的分布圖能更確切地描繪出油水分布。
6.3]所述的測井曲線包括熱中子和俘獲伽馬總計數(shù)率、特征時間門和能窗計數(shù)率及其比值、熱中子壽命和宏觀俘獲截面；經(jīng)標(biāo)準井檢驗選定的，由多尺度分解得到的對含油飽和度或巖性分辨能力好的分量曲線；經(jīng)標(biāo)準井檢驗選定的，由多尺度數(shù)據(jù)重建和融合得到的對含油飽和度或巖性分辨能力好的重建和融合曲線；裸眼井和實時油、氣、水飽和度曲線。
進行地質(zhì)解釋的方法包括7.1]深度-時間譜中子和俘獲伽馬計數(shù)率在不同深度點上隨時間的衰減曲線可分為井眼、過度、地層三個時段，地層段計數(shù)率的衰減率越高則熱中子壽命越短，含油飽和度越低。
7.2]利用壽命譜或∑譜作為區(qū)分低礦化度水層和剩余油氣層的依據(jù)壽命τ分布比單一的τ值更能反映地層的全貌，用τ分布特征峰或選定的門寬Δτ內(nèi)的平均值求地層中子壽命更能反映地層核參數(shù)的統(tǒng)計特性；用測井解釋通用的體積模型，由∑分布可得到含水飽和度SW的分布圖，含水飽和度SW的分布圖能更確切地描繪出油水分布。
權(quán)利要求
1.一種脈沖中子雙譜飽和度測井方法，其特征在于，其包括以下步驟1]采集測井?dāng)?shù)據(jù)在套管井中用脈沖中子雙譜飽和度測井儀連續(xù)采集測井?dāng)?shù)據(jù)；所述的測井?dāng)?shù)據(jù)包括熱中子時間譜、俘獲伽馬時間譜、熱中子總計數(shù)率、俘獲伽馬總計數(shù)率、自然伽馬總計數(shù)率；2]對熱中子時間譜、俘獲伽馬時間譜進行深度-時間二維濾波，對俘獲伽馬能譜和自然伽馬能譜做深度-能量二維濾波所述深度-時間二維濾波包括深度域的縱向濾波和在時間域的橫向濾波；所述深度-能量二維濾波包括深度域的縱向濾波和在能量域的橫向濾波；所述縱向濾波和橫向濾波的方法包括Kalman濾波、多點平滑濾波或多尺度濾波；濾波后在每個深度點獲得一對光滑的隨時間衰減的多指數(shù)曲線，在深度-時間域中獲得兩個二維數(shù)組，構(gòu)成反映地層性質(zhì)隨深度變化的兩幀數(shù)字圖像；而在深度-能量域中獲得兩個二維數(shù)組，構(gòu)成反映地層性質(zhì)隨深度變化的兩幀數(shù)字圖像；3]對濾波后的數(shù)據(jù)進行歸一化處理所述歸一化處理的步驟包括計算每個采樣點的歸一化測井值f′=f-fminfmax-fmin×100]]>式中fmin為測井曲線的最小值，fmax為測井曲線的最大值，f為測井曲線的采樣點數(shù)據(jù)；4]對歸一化處理后的數(shù)據(jù)進行多尺度分解所述橫向時間軸時間譜多尺度分解的方法包括多指數(shù)擬合法和小波分解法，所述縱向深度軸多尺度分解的方法主要指小波分解法；5]對分解后的數(shù)據(jù)進行重構(gòu)和融合所述對測井?dāng)?shù)據(jù)進行重構(gòu)和融合包括在原始數(shù)據(jù)、參數(shù)、決策三個層次上分別進行時間譜、壽命譜、∑譜、能譜和同類及非同類測井曲線的重構(gòu)和融合，具體步驟包括5.1]以小波模極大重構(gòu)算法為基礎(chǔ)，選用低頻系數(shù)加權(quán)、高頻系數(shù)取絕對值較大的融合規(guī)則，對同類或多類測井?dāng)?shù)據(jù)進行小波重構(gòu)得到融合小波金字塔；5.2]對融合后的小波金字塔進行小波逆變換實現(xiàn)各個層次的數(shù)據(jù)重構(gòu)；5.3]采用熵、均值和方差作為評判標(biāo)準，對融合數(shù)據(jù)進行定量評價均值、方差數(shù)據(jù)反映峰值信息；信息熵數(shù)據(jù)反映空間細節(jié)信息；峰值信噪比、相關(guān)系數(shù)反映頻譜信息；6]顯示測井圖像和測井曲線所述的測井圖像和測井曲線包括以下圖像和曲線中的至少一組①深度-時間彩色圖像濾波后在每個深度點上得一條平滑的多指數(shù)衰減曲線，在被測剖面上得到一幅深度-時間二維平面上的數(shù)字圖像；對該數(shù)組進行可視化處理，用色柱標(biāo)定信號幅度，得到一幅反映地層深度-時間特征的彩色圖像；②深度-壽命或深度-∑彩色圖像中子壽命τ與熱中子宏觀俘獲截面∑成反比，τ分布很容易轉(zhuǎn)變?yōu)椤品植?；?jīng)時間-壽命或時間-截面域的轉(zhuǎn)換，在每個采樣點上都得到一條τ或∑分布曲線，在被測剖面上得到一幅深度-壽命或深度-∑二維平面上的數(shù)字圖像；用色柱標(biāo)定信號幅度，得到一幅反映地層特性隨深度變化的τ或∑分布彩色圖像；③所述的測井曲線包括熱中子和俘獲伽馬總計數(shù)率、特征時間門和能窗計數(shù)率及其比值、熱中子壽命和宏觀俘獲截面；經(jīng)標(biāo)準井檢驗選定的，由多尺度分解得到的對含油飽和度或巖性分辨能力好的分量曲線；經(jīng)標(biāo)準井檢驗選定的，由多尺度數(shù)據(jù)重建和融合得到的對含油飽和度或巖性分辨能力好的重建和融合曲線；裸眼井和實時油、氣、水飽和度曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖中子雙譜飽和度測井方法，其特征在于所述脈沖中子雙譜飽和度測井方法包括進行地質(zhì)解釋的步驟所述進行地質(zhì)解釋的步驟包括以下圖像和曲線中的至少一種①深度-時間譜中子和俘獲伽馬計數(shù)率在不同深度點上隨時間的衰減曲線可分為井眼、過度、地層三個時段，地層段計數(shù)率的衰減率越高則熱中子壽命越短，含油飽和度越低；②利用壽命譜或∑譜作為區(qū)分低礦化度水層和剩余油氣層的依據(jù)壽命τ分布比單一的τ值更能反映地層的全貌，用τ分布特征峰或選定的門寬Δτ內(nèi)的平均值求地層中子壽命更能反映地層核參數(shù)的統(tǒng)計特性；用測井解釋通用的體積模型，由∑分布可得到含水飽和度SW的分布圖，含水飽和度SW的分布圖能更確切地描繪出油水分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖中子雙譜飽和度測井方法，其特征在于所述的多尺度濾波的步驟包括1]選取具有一定的緊支撐性、對稱性和平滑性的正交小波基；2]選擇小波并確定其分解層次N，然后對數(shù)據(jù)進行N層小波分解，即在某尺度i上，對給定的核測井信號序列x(i，k)∈Vil2(Z)(k∈Z)，通過一個脈沖響應(yīng)為h(k)的低通濾波器，獲得粗尺度上(低頻段)的平滑信號xV(i-1，k)∈Vi-1xV(i-1,l)=Σkh(2l-k)x(i,k)]]>信號x(i，k)在低通濾波器中丟失的“細節(jié)信號”，由x(i，k)通過一個脈沖響應(yīng)是g(k)的高通濾波器得到細尺度上(高頻段)的細節(jié)信號xD(i-1，k)∈Di-1xD(i-1,l)=Σkg(2l-k)x(i,k)]]>下標(biāo)D表示x(i，k)在細節(jié)信號空間Di-1上的投影；3]逐次進行上述步驟可實現(xiàn)N層的多尺度分解，得到2N個不同的頻帶，包含N個高頻信號和N個低頻信號；4]對第1層到第N層的每一層高頻系數(shù)選擇一個閾值進行軟閾值量化處理；由小波分解的第N層低頻系數(shù)和經(jīng)過量化處理后的第1層到第N層的高頻系數(shù)，進行測井?dāng)?shù)據(jù)的重構(gòu)，重構(gòu)信號中只包含有用信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖中子雙譜飽和度測井方法，其特征在于所述的小波模極大重構(gòu)算法的步驟包括1]設(shè)測井儀器接收到的信號為f(x)，Morlet連續(xù)小波變換定義為Wf(a,b)=⟨f,ψab⟩=1|a|∫-∞+∞f(x)ψ(x-ba)dx]]>式中Morlet小波基函數(shù)為ψ(x)=e-x2/2·eiω0x]]>a和b分別為尺度因子和位移因子；2]對信號進行小波分析，可以得到不同尺度a的評估信號在不同空間段的大量系數(shù)，即相應(yīng)的小波系數(shù)Wf(a，b)；并用色譜圖的方式表示，在色譜圖中，用顏色的變化來表示系數(shù)的大??；3]得到某一尺度a時的小波系數(shù)曲線，這條曲線能夠直觀顯示小波系數(shù)與被分析信號之間的相似程度，且可以通過控制a的大小，使小波系數(shù)曲線和某些參數(shù)具有一定的相關(guān)性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖中子雙譜飽和度測井方法，其特征在于所述的測井?dāng)?shù)據(jù)還包括俘獲伽馬能譜、自然伽馬能譜和井溫、壓力及套管接箍數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖中子雙譜飽和度測井方法，其特征在于所述的脈沖中子雙譜飽和度測井儀，包括測井儀殼體5和在殼體內(nèi)的脈沖中子發(fā)生器1、熱中子探測器2、俘獲伽馬探測器3及自然伽馬探測器4；其中熱中子探測器2與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為300-400mm；俘獲伽馬探測器3與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為450-550mm；自然伽馬探測器4與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為700-1000mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的脈沖中子雙譜流體飽和度測井儀，其特征在于所述脈沖中子雙譜飽和度測井儀可工作在NTS模式、CTS模式、DTS模式三種測量模式下，所述NTS模式只采集熱中子時間譜；所述CTS模式-只采集俘獲伽馬時間譜；所述DTS模式可同時采集熱中子時間譜和俘獲伽馬時間譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的脈沖中子雙譜流體飽和度測井儀，其特征在于所述熱中子探測器2與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為350mm；俘獲伽馬探測器3與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為500mm；自然伽馬探測器4與脈沖中子發(fā)生器1之間的距離為900mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的脈沖中子雙譜流體飽和度測井儀，其特征在于所述熱中子探測器2為3He計數(shù)管；所述俘獲伽馬探測器3為閃爍譜儀；所述自然伽馬探測器4為閃爍譜儀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的脈沖中子雙譜流體飽和度測井儀，其特征在于所述的脈沖中子雙譜飽和度測井儀包括溫度計、壓力計和套管接箍定位器。
全文摘要
本發(fā)明涉及脈沖中子雙譜飽和度測井方法，包括以下步驟1.采集測井?dāng)?shù)據(jù)，2.對熱中子時間譜、俘獲伽馬時間譜進行深度－時間二維濾波，對俘獲伽馬能譜和自然伽馬能譜做深度－能量二維濾波，3.對濾波后的數(shù)據(jù)進行歸一化處理，4.對歸一化處理后的數(shù)據(jù)進行多尺度分解，5.對分解后的數(shù)據(jù)進行重構(gòu)和融合，6.顯示測井圖像和測井曲線，7.進行地質(zhì)解釋；具有一次下井在相同環(huán)境下可同時采集熱中子時間譜、俘獲伽馬時間譜，使兩種中子壽命測井方法優(yōu)勢互補，擴大了對環(huán)境的適應(yīng)范圍，對雙譜做綜合處理可得到更精確的計算結(jié)果，提高了對油氣水層的識別能力的優(yōu)點。
文檔編號G01V5/14GK101078775SQ20071001816
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者黃隆基, 張鋒, 房文靜, 汪永安, 楊聯(lián)會, 張德民, 楊連會, 董謙, 石麗云 申請人:西安奧華電子儀器有限責(zé)任公司