基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器的设计

为能进行高速能谱分析,得到高效、高精确度的能谱数据,提出了基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器的设计方案。采用A3P250作为核心处理器件,对ADC采样数字化的脉冲信号进行捕获,并完全采用FPGA数字化处理实现多道脉冲幅度分析,完成有效信号判断、信号峰值判断、信号幅度分析等数字处理,得到能谱数据。并且采用FPGA内部串口模块与外部进行通讯,进行能谱数据的传送。按照该方案设计的多道脉冲幅度分析器已应用于自然伽马能谱测井仪器以及其他核测井仪器中,得到了高效的能谱数据,为能谱分析提供了保证。

深度学习在元素测井中的应用

小直径中子伽马仪器伽马能谱测量计数率低,采用常规解谱方法,元素干重计算误差较大。基于蒙特卡罗方法构建学习样本,并通过增加噪声的方式提高学习模型鲁棒性,利用深度学习对元素测井进行解谱、矿物含量与孔隙度计算。研究结果表明:仅用模拟数据构建的学习模型,当元素种类较少时,深度学习的解谱结果可准确计算元素干重。当元素干重准确时,深度学习能准确地得到矿物含量。基于深度学习,可以在元素测井的基础上获得岩石基质密度,现场实例显示,通过深度学习计算的孔隙度接近岩心孔隙度。

脉冲中子地层元素测井仪优化设计中的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗方法研究了脉冲中子地层元素测井仪闪烁晶体材料、井眼屏蔽体厚度、硼套表面密度等设计参数对仪器测井响应的影响。结果表明:LaBr3晶体的测井响应特性优于BGO晶体;高矿化度盐水对测量结果影响很大,井眼屏蔽体厚度为1.2cm时,可屏蔽60%以上井眼γ射线;硼套中10 B表面密度达到0.065g/cm2时,可消除仪器外壳材料产生的俘获γ本底;俘获能谱的探测深度随孔隙度的增加而减小,非弹性散射能谱对不同孔隙度地层的探测深度基本一致,约为14cm。

实时核信号数字化脉冲成形关键技术研究

本文对理想核脉冲信号和实际探测器输出信号分别进行了计算机模拟仿真与分析,总结了不同成形时间的核脉冲信号的数字梯形成形参数的确定方法。在高计数率场合时提高了有效测量计数率,消除了部分脉冲的堆积并减少了系统死时间。同时,采用256点和512点数字三角成形方法测试了Si-PIN半导体探测器的性能,并与模拟电路成形方法进行了对比测试。测试结果表明,脉冲数字成形处理方法提高了探测器计数率和分辨率。

基于实时数字脉冲处理技术的核谱仪研究

本文提出一种基于80 MHz ADC的数字化γ能谱系统。系统由探测器、前端电路、ADC和数字处理单元组成。数字处理在FPGA中完成,主要包括FIR数字滤波、脉冲梯形成形、幅度甄别、数据通讯。为减小高速ADC在采集过程中引入的噪声信号,在数字处理单元实现FIR数字滤波,对数字脉冲信号先进行滤波处理,再进行脉冲梯形成形,得到高分辨率的能谱数据。测量系统中模拟信号全部采用直流耦合,数字脉冲宽度为1.6μs,对137 Cs的能量分辨率达6.88%。

FEM地层元素测井仪研制

介绍了FEM地层元素测井仪的研制与设计。采用BGO晶体探测器,相较于传统的NaI(Tl)探测器,较大地提高了对伽马射线的探测效率。为了消除仪器自身材料产生的俘获伽马本底,在仪器外表面加了一定厚度的硼套;重点分析了采集控制电路的设计及流程,以及元素标准谱的制作方法、解谱方法和氧化物闭合模型。对FEM地层元素测井仪进行了模型井和现场测井试验,试验结果证实了在不同岩性地区FEM测井曲线均能较好地反映地层岩性特征。

基于波形高速采样的伽马能谱采集系统设计

使用多功能数字信号处理器(DSP)及高速A/D等器件组成高速、高性能和高可靠电路,完成对伽马能谱脉冲的高速采样、基线处理、数据传输和能谱处理等。该设计可以提高采样速率、降低系统干扰、简化电路、提高可靠性并具有良好的通用性。

可控中子源核测井中γ射线时间和空间分布特性的模拟计算

针对用伴随α粒子技术核测井的应用需求,为探索通过时间信息反映空间信息实现定域测井的可行性,应用蒙特卡罗数值模拟工具包Geant4,模拟了可控中子源发射的快中子在地层中的输运过程。通过记录中子与地层核素反应产生γ射线的时间及位置信息,获得了γ射线的时间和空间分布特性,并通过分析射线的时空特性,研究了γ射线产生时间与位置之间的相关性。结果表明,在中子发射角为30°~90°内,非弹性散射γ射线产生时间和径向距离之间呈现较好的线性关系,可以根据时间信息获取空间信息,从而有望实现定域测井。

模块式动态地层测试器井下大功率电机供电系统设计

模块式动态地层测试器井下电机工作特点是电流大,工作状态会突变,电机工作状态的变化容易引发仪器发生故障。通过遥传建立的电源数据反馈,将地面程控电源和井下50V电源有机结合,保障井下50V电源负载变化时电机能稳定工作在50V电压下;井下电源保护电路以及地面程控电源的自动调节系统保证井下50V电源输出电压急剧升高时开关导通,通过减少地面程控电源电压的输出以及加大井下电流2个手段保证50V电压输出至可控的范围内。大功率供电系统方案已经成功应用在模块式动态地层测试系统中,试验和测试表明,该设计完全满足井下大功率电机供电的需求。

FEM地层元素测井仪

FEM地层元素测井仪采用BGO晶体探测器,相较于传统的NaI(Tl)探测器,大幅提高了对伽马射线的探测效率。为了消除仪器自身材料产生的俘获伽马本底,在仪器外表面加了一定厚度的硼套。文章介绍了采集控制电路的设计和流程,元素标准谱的制作方法、解谱方法和氧化物闭合模型。对FEM地层元素测井仪进行了模型井和现场测井试验,结果证实在不同岩性地区FEM地层元素测井曲线均能较好地反映地层岩性特征。

稳谱系统的关键问题与设计实现

文章分析了能谱漂移与系统增益之间的关系,重点描述了稳谱源与稳谱峰、窗口选择与稳谱条件、高压调整函数与稳谱调度周期等关键参数,介绍了在此基础上具体设计中由硬件实现的二窗口稳谱系统和由硬软件结合实现的四窗口稳谱系统的过程。

高速DSP在自然伽马能谱全波采集中的应用

介绍了自然伽马能谱测井仪设计原理和软件思路。设计中使用了AD公司的高速多功能数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）以及高速A/D转换器等。这些器件组成的高速、高性能和高可靠的电路，可以同时完成对自然伽马能谱进行高速采样、基线处理、数据传输和能谱处理等。现场测试表明该仪器工作可获得准确可靠的数据。

基于直接解调法的可控源地层元素测井联合解谱方法研究

可控源地层元素测井可以对地层中主要元素含量和矿物含量进行定量测量,获得地层中的碳、氧元素的含量和总有机碳含量(TOC)。矿物含量和TOC对复杂储层和页岩油气等非常规油气的测井评价具有重要意义,而碳、氧元素的定量测量可以在碳捕获、利用与封存中识别和量化近井区中的二氧化碳含量。提出一种基于直接解调法的可控源地层元素测井解谱方法,使用该方法对非弹性能谱和俘获能谱联合解谱获得元素的产额,使用氧化物闭合模型和架桥法获得地层中元素的含量。可控源地层元素测井仪在中国石油测井计量站的地层元素标准井群中进行了一系列的方法试验,结果表明,使用基于直接解调法的可控源地层元素测井联合解谱方法可以有效地提高能谱解析的精度。通过在吉林油田的现场试验验证,该方法计算的元素含量和矿物组分含量与区域地质特征相吻合,可准确反映地层岩性变化规律。

脉冲中子孔隙度测井密度校正研究

在井下地层中子孔隙度测井中,不同中子源测量得到的孔隙度存在显著差异,这已成为脉冲中子源取代同位素中子源进行中子孔隙度测量面临的重大挑战。基于中子孔隙度测量原理,分析了不同中子源对孔隙度测量的差异,给出脉冲中子孔隙度测量的密度校正方法。在石油工业计量站的标准刻度井群中对2种中子源仪器进行刻度,分析地层孔隙度与仪器的响应关系。将2种仪器测量得到的现场井试验数据进行对比,对校正方法的适用性进行验证。结果表明:脉冲中子源孔隙度对地层孔隙度灵敏度要低于同位素中子源孔隙度;脉冲中子孔隙度经过密度校正后,泥岩效应的影响显著降低,与同位素中子源孔隙度有较好的一致性。

基于LaBr_3:Ce探测器的^(241)Am-Be中子源测井研究

针对国内中子测井所使用探测器探测效率不能满足实际应用的情况,采用^(241)Am-Be中子源和LaBr_3:Ce探测器在中石油公司一个放射性同位素中子测试井中对H、C、Fe等几种地壳元素进行了测量,并与现今测井常用的锗酸铋(Bismuth Germanium Oxide,BGO)探测器进行对比测量。测得的能谱结果对比发现,进行地壳元素测量时LaBr_3:Ce探测器比BGO探测器具有更高的能量分辨率,并且在相同外部测试条件下BGO探测器探测到Fe峰非常微弱。因此将LaBr_3:Ce探测器进一步应用到测井中的市场前景广阔。

地下及井中地球物理勘探技术与装备项目成果介绍

为贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》提出的资源勘探增储要求等相关部署,国家和相关省(自治区、直辖市)科技主管部门制定了国家重点研发计划"深地资源勘查开采"重点专项实施方案,该项目的目标是形成3000米以浅矿产资源勘探成套技术能力.