CN109630091A - 一种碳氧比测井中优化数值模拟能谱的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳氧比测井中优化数值模拟能谱的方法，提供了一套数值模拟能谱优化的标准流程。按流程中各数字信号处理手段逐步对数值模拟数据进行处理，与现有数值模拟能谱相比，有效提高了数值模拟能谱与实测能谱相关系数。对于同一种测井仪探测器在刻度井数值模拟能谱，采用本发明流程优化后，将数值模拟能谱优化参数记录下来，今后改变井况及地层条件的数值模拟仍采用此流程及相应参数，可有效提高C/O解释模型精度，从而提高解释含油饱和度的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及碳氧比测技术领域，具体为一种碳氧比测井中优化数值模拟能谱的方法。
背景技术
碳氧比(C/O)测井在各大油田应用广泛，可在未知矿化度及矿化度变化较大的地层条件下，定量评价储层剩余油饱和度，在油田开发中后期，剩余油动态监测，提高采收率方面发挥重要作用。
C/O测井解释方法是通过数值模拟与实体实验相结合的手段获得，将数值模拟非弹净谱与实测校验，验证模型正确，改变井况及地层条件的情况下，形成碳氧比解释模型认为是可信的。
中国专利申请200710018165.1公开了“一种核测井数据多尺度处理方法”，包括以下步骤：1.读入测井数据；2.对测井数据进行滤波；3.对滤波后的数据进行归一化处理；4.对经过滤波和归一化处理后测井数据进行多尺度分解、融合和重构；5.显示曲线和图像。该发明解决了只能在一维深度域中对采集到的数据进行处理和解释的局限性，可在多维空间反映地层油、气、水分布的多尺度特性，提高了描述剩余油饱和度分布的精确度。
中国专利201410453115.6公开了“元素测井中元素俘获标准谱的获取方法”，建立数值模拟模型、校验模型等步骤，按照C/O饱和度刻度井的条件建立仿真模型，然后使用建立好的仿真模型来计算得到的元素俘获标准谱。该发明的初始仿真模型是根据刻度井以及测井仪器的设计尺寸建立的，同时对测井仪器的某些结构进行了合理优化，减小了建模的难度，该发明无需建立大量刻度井，只需在少量的刻度井内进行常规的刻度实验，成本很低。
目前所能查到的专利均没有针对C/O测井数值模拟能谱优化的方法，所能查到文献获的以往处理手段，仅包括卷积、展宽、归一化等数字信号处理手段，数值模拟能谱与实测能谱相关系数较低。为提高数值模拟能谱与实测相关系数，提高C/O测井解释方法精度，在传统方法基础上增加了效率曲线校正、混谱等数值信号处理手段，并发明了一套C/O测井数值模拟能谱优化的流程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳氧比测井中优化数值模拟能谱的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
1.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳氧比测井中优化数值模拟能谱的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、建立模型：包括面流量谱和探测器响应矩阵两种模型；
S2、归一化能谱，所述的归一化能谱每个道址处的归一化计数率；
S3、展宽对所述仪器脉冲高度计数谱依次按(公式4-6)进行处理；
S4、混谱，当上述展宽后能谱混谱有多种a、b、c展宽系数展宽后能谱与实测能谱吻合比较好时，对上述展宽后能谱按一定比例混合，将不同比例混谱与实测对比，选择最佳比例，是否需要混谱通常与仪器探测器材质有关。
S5、效率曲线校正制作效率曲线，不同仪器，不同探测器效率曲线均不一致，将上述混合后能谱与效率曲线逐道相乘。
S6、再次归一化能谱，将经过效率曲线校正的能谱再次按上述归一化区间进行归一化。
根据上述技术方案，所述S1步骤，面流量谱是反映地层伽马射线到达探测器表面，一定能量区间内的计数；探测器响应矩阵是将一定能量区间分256种能量，分别考察单一能量的伽马射线照射探测器表面，在一定能量区间(256道)内的响应。
所述的面流量谱模型是按测井仪实际尺寸、结构、材料以及刻度井井眼及地层条件建立数值模拟模型；所述的探测器响应矩阵模型是按照探测器实际尺寸、材料、结构建立数值模拟模型。对于建立上述两种模型，均包括栅元卡、曲面卡、材料卡、计数卡四个部分。
采用MCNP5软件对上述建立的面流量谱模型和探测器响应矩阵模型进行计算，分别获得面流量谱和响应矩阵(公式1)，然后将二者进行卷积得到t时刻仪器脉冲高度计数谱，第i道计数Ni(t)见公式2。
式中，E1…Ei…E256代表各能量点E1…Ei…E256下响应函数，R1…Ri…R256为道址。
根据上述技术方案，所述步骤S2，即相对计数率，需要同实测能谱一同归一化处理(公式3)
式中fˊ为某道归一化后相对计数率，f为该道原计数率，式中分母代表从m-n计数和，即归一化区间，归一化区间选取原则为覆盖能谱中所有元素能窗。
根据上述技术方案，对所述仪器脉冲高度计数谱依次按(公式4-6)进行处理：
其中E是伽马射线能量，单位MeV；a、b、c是常数，单位分别是MeV、MeV1/2、无量纲。
其中，E0是未展宽的能量，E是展宽后能量，单位MeV；A是高斯宽度；C是归一化系数，以保证展宽前后总计数一致，展宽后能谱需与实测谱进行对比，保证展宽后能谱与实测能谱峰宽一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该碳氧比测井中优化数值模拟能谱的方法，提供了一套数值模拟能谱优化的标准流程。按流程中各数字信号处理手段逐步对数值模拟数据进行处理，与现有数值模拟能谱相比，有效提高了数值模拟能谱与实测能谱相关系数。对于同一种测井仪探测器在刻度井数值模拟能谱，采用本发明流程优化后，将数值模拟能谱优化参数记录下来，今后改变井况及地层条件的数值模拟仍采用此流程及相应参数，可有效提高C/O解释模型精度，从而提高解释含油饱和度的准确度。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1能谱处理优化流程；
图2数值模拟面流量谱；
图3探测器响应矩阵图；
图4卷积后仪器脉冲高度计数谱；
图5首次归一化数值模拟与实测能谱对比图；
图6展宽后能谱与实测能谱对比图；
图7混合后能谱与实测能谱对比图；
图8效率曲线图；
图9经效率曲线校正前后能谱对比图；
图10本发明、传统数值模拟能谱与实测能谱对比图；
图11本发明不同孔隙度饱和水、油砂岩C/O随孔隙度变化；
图12本发明、传统方式获得C/O测井解释模型校验图版。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-12，本发明提供一种技术方案：面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，具体能谱处理优化流程如图1所示，以某测井仪器在孔隙度为30％饱和水砂岩地层能谱，能谱能量区间为0-8.89MeV，共计256道为例，对各步骤进行详细说明：
1)建立模型：
包括面流量谱和探测器响应矩阵两种模型。
所述的面流量谱是反映地层伽马射线到达探测器表面，0-8.89MeV能量区间内的计数。面流量谱模型是按测井仪实际尺寸、结构、材料以及刻度井井眼及地层条件建立数值模拟模型，包括栅元卡、曲面卡、材料卡、计数卡四个部分，通过蒙卡数值模拟计算，获得0-8.89MeV能量区间面流量谱如图2。
所述的探测器响应矩阵是将0-8.89MeV能量区间分256种能量，分别考察单一能量的伽马射线照射探测器表面，在0-8.89MeV能量区间(256道)内的响应。探测器响应矩阵模型是按照探测器实际尺寸、材料、结构建立数值模拟模型，通过蒙卡数值模拟计算，获得256×256响应矩阵，见公式1，如图3。
式中，E1…Ei…E256代表各能量点E1…Ei…E256下响应函数，R1…Ri…R256为道址。
然后将所述的面流量谱和所述的探测器响应矩阵进行卷积得到t时刻仪器脉冲高度计数谱，第i道计数Ni(t)见公式2，卷积后仪器脉冲高度计数谱如图4。
2)归一化能谱
所述的归一化能谱每个道址处的归一化计数率，即相对计数率，需要同实测能谱同时归一化处理(公式3)
式中fˊ为某道归一化后相对计数率，f为该道原计数率，式中分母代表从
m-n计数和，即归一化区间，本实施例归一化能量区间为1.49-6.81MeV，即43-196道，归一化后数值模拟能谱与实测能谱对比如图5，
3)展宽
对所述仪器脉冲高度计数谱依次按(公式4-6)进行处理：
其中E是伽马射线能量，单位MeV；a、b、c是常数，即展宽系数，单位分别是MeV、MeV1 /2、无量纲。
其中，E0是未展宽的能量，E是展宽后能量，单位MeV；A是高斯宽度；C是归一化系数，以保证展宽前后总计数一致。
展宽后能谱需与实测谱进行对比，保证展宽后能谱与实测能谱峰宽一致，本实施例中能谱展宽采用两种展宽系数：a＝0b＝0.07c＝0和a＝0b＝0.07c＝0.5，采用两种展宽系数展宽后的能谱与实测对比如图6。展宽系数为a＝0b＝0.07c＝0时，展宽后能谱与实测能谱在43-196道区间内相关系数达0.9931，展宽系数为a＝0b＝0.07c＝0.5时，展宽后能谱与实测能谱在43-196道区间内相关系数达0.9952。
4)混谱
将上述展宽后能谱按一定比例混合，将不同比例混谱与实测对比，选择最佳比例，本实施例将上述两种展宽系数能谱按照比例1:1进行混合，混合后能谱与实测对比如图7，混合后数值模拟能谱与实测能谱相关系数为0.9945。
5)效率曲线校正
制作效率曲线，如图8，不同仪器，不同探测器效率曲线均不一致，将上述混合后能谱与效率曲线逐道相乘，经效率曲线校正前后能谱如图9。
6)再次归一化能谱
将上述效率曲线校正后能谱再次对能量区间为1.49-6.81MeV，即43-196道，进行归一化，本发明方法获得数值模拟能谱、传统数值模拟能谱与实测能谱对比如图10，相关系数由0.985提高至0.996。
将上述能谱优化流程应用于同种测井仪模型，0-40％不同孔隙度饱和水、饱和油砂岩地层，获得不同孔隙度，饱和油砂、饱和水砂岩下，C/O测井曲线随孔隙度变化如图11，本发明获得C/O解释模型见公式7，并对公式7进行了验证，图12为本发明与传统处理手段获得C/O解释模型校验图版，本发明获得C/O解释模型精度与传统方法相比提高约1％。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种碳氧比测井中优化数值模拟能谱的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、建立模型：包括面流量谱和探测器响应矩阵两种模型；
S2、归一化能谱，所述的归一化能谱每个道址处的归一化计数率；
S3、展宽对所述仪器脉冲高度计数谱依次按(公式4-6)进行处理；
S4、混谱，当上述展宽后能谱混谱有多种a、b、c展宽系数展宽后能谱与实测能谱吻合比较好时，对上述展宽后能谱按一定比例混合，将不同比例混谱与实测对比，选择最佳比例，是否需要混谱通常与仪器探测器材质有关。
S5、效率曲线校正制作效率曲线，不同仪器，不同探测器效率曲线均不一致，将上述混合后能谱与效率曲线逐道相乘。
S6、再次归一化能谱，将经过效率曲线校正的能谱再次按上述归一化区间进行归一化。
2.根据权利要求1所述的一种碳氧比测井中优化数值模拟能谱的方法，其特征在于：所述S1步骤，面流量谱是反映地层伽马射线到达探测器表面，一定能量区间内的计数；探测器响应矩阵是将一定能量区间分256种能量，分别考察单一能量的伽马射线照射探测器表面，在一定能量区间(256道)内的响应。
所述的面流量谱模型是按测井仪实际尺寸、结构、材料以及刻度井井眼及地层条件建立数值模拟模型；所述的探测器响应矩阵模型是按照探测器实际尺寸、材料、结构建立数值模拟模型。对于建立上述两种模型，均包括栅元卡、曲面卡、材料卡、计数卡四个部分。
采用MCNP5软件对上述建立的面流量谱模型和探测器响应矩阵模型进行计算，分别获得面流量谱和响应矩阵(公式1)，然后将二者进行卷积得到t时刻仪器脉冲高度计数谱，第i道计数Ni(t)见公式2。
式中，E1…Ei…E256代表各能量点E1…Ei…E256下响应函数，R1…Ri…R256为道址。
3.根据权利要求1所述的一种，其特征在于：所述步骤S2，即相对计数率，需要同实测能谱一同归一化处理(公式3)
式中fˊ为某道归一化后相对计数率，f为该道原计数率，式中分母代表从m-n计数和，即归一化区间，归一化区间选取原则为覆盖能谱中所有元素能窗。
4.根据权利要求1所述的一种碳氧比测井中优化数值模拟能谱的方法，其特征在于：所述S3步骤，对所述仪器脉冲高度计数谱依次按(公式4-6)进行处理：
其中E是伽马射线能量，单位MeV；a、b、c是常数，单位分别是MeV、MeV1/2、无量纲。
其中，E0是未展宽的能量，E是展宽后能量，单位MeV；A是高斯宽度；C是归一化系数，以保证展宽前后总计数一致，展宽后能谱需与实测谱进行对比，保证展宽后能谱与实测能谱峰宽一致。
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