(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210707336.6 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 电子科技大 学 地址 611731 四川省成 都市高新区 （西区） 西源大道 2006号 (72)发明人 唐微　张琼　葛忆　 (74)专利代理 机构 电子科技大 学专利中心 51203 专利代理师 闫树平 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G01V 5/12(2006.01) G01T 1/36(2006.01) E21B 47/00(2012.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱 的模拟匹配方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于脉冲中子仪器的多 脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法， 属于测井技 术领域。 本发明是以脉冲的完整周期时序为基 础， 根据脉冲占空比设置周期内的采集时间窗， 采集非弹窗与俘获窗伽马计数， 且采集的能谱包 含当前地层设置下伽马特征峰的位置与相对强 度信息。 通过 非弹窗与俘获窗伽马能谱的线性叠 加， 复现出任意源脉冲周期或形状 设置下的伽马 能谱。 在此基础上， 求解展宽后模拟伽马能谱的 叠加系数， 来补偿模拟伽马能谱中缺少的多个脉 冲周期造成的俘获伽马在时间上的堆积； 避免了 模拟中为粒子源设定模块添加脉冲形状的难度， 解决了中子源输出脉冲时序多样话、 脉冲形状不 稳定及多脉冲测量下俘获堆积造成的模拟难度 高、 精度低的问题。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 115270401 A 2022.11.01 CN 115270401 A 1.一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方法， 其特征在于： 包括 以下步骤： 步骤S1、 采集脉冲中子测井仪器的参数、 所测地层的环境参数， 利用采集的参数构建脉 冲中子测井仪器与地层的三维数值模型； 步骤S2、 获取实测伽马 能谱和模拟伽马 能谱； 所述模拟伽马能谱数据为在步骤S1构建 的三维数值模型中获取的伽马能谱， 该能谱的获取 过程为： S2.1、 设发射的中子源为14MeV快中子， 且均匀发射； 根据脉冲占空比设置数据采集时 间窗； S2.2、 收集一个脉冲周期内非弹窗和俘获窗内的伽马能谱， 分别获得非弹窗内的能谱 计数和俘获窗内的能谱计数； 其中非弹窗用于收集发射期高能中子与 原子发生非弹性散射 产生的伽马射线， 俘获窗用于收集发射间歇期热中子与原子发生辐射俘获产生的伽马射 线； 步骤S3、 分别提取实测伽马能谱和模拟伽马能谱中的特征峰， 并识别出各特征峰对应 的能量‑道址号； 根据识别的能量 ‑道址号建立两者之间的对应 关系， 得到与模拟伽 马能谱‑ 道址完全对应的实测能谱序列； 步骤S4、 分别对模拟伽马能谱和步骤3所得实测能谱序列进行归一化处理， 使其各自的 有效道址内计数之和为1； 步骤S5、 将归一化处理后的模拟伽马能谱与归一化处理后的实测能谱序列进行匹配， 以得到适用于多周期复杂脉冲时序下非 弹窗能谱。 2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方 法， 其特征在于： 所述S3中还包括提取特征峰前对实测伽马能谱的预处理， 预处理步骤如 下： S3.1、 根据3σ 原理， 去除各道址上误差超过3倍标准差的数据点； S3.2、 采用高斯滤波滤除步骤S3.1处 理后的伽马能谱数据中的噪声。 3.根据权利要求2所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方 法， 其特征在于： 所述高斯滤波为5点高斯滤波。 4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方 法， 其特征在于： 所述步骤S3中实测伽马能谱和模拟伽马能谱之间的对应关系建立过程如 下： S3.1、 在实测伽马能谱数据上提取特征峰， 提取的特征峰包括氢俘获峰(2.23MeV)、 碳 非弹峰(4.43MeV)及氧非弹峰(6.13MeV)， 根据能量 ‑道址号之间的对应 关系， 求解实测伽玛 能谱各特征峰能量对应的道址号； S3.2、 基于S3.1求解出的道址号， 对实测伽马能谱数据进行插值处理， 得到与模拟伽马 能谱‑道址完全对应的实测能谱序列。 5.根据权利要求1所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方 法， 其特征在于： 所述 步骤S5匹配的详细过程 为： S5.1、 建立探测器响应函数 FWHM： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270401 A 2其中， E为模拟伽马射线能量， FWHM为对能量为E的伽马谱线进行展宽时， 执行卷积操作 的高斯函数的半峰宽； 其中， 系数a、 b、 c由实验数据拟合得出， 设定上述参数的初始值为常 用经验值； S5.2、 将步骤S4所得模拟伽马能谱和探测器响应函数FWHM进行卷积， 完成模拟伽马能 谱展宽， 使其具有与实测能谱相匹配的平 滑特性； S5.3、 采用加权最小二乘法求解展宽后模拟伽马能谱的叠加系数， 以补偿模拟伽马能 谱中缺少的多个脉冲周期造成的俘获伽马在时间上的堆积； S5.4、 计算步骤S5.3所得模拟伽马能谱与步骤S4所得实测能谱序列之间的均方根误 差； S5.5、 重复步骤S5.2～S5.4， 输出均方根误差最小时的FWHM参数取值和叠加系数， 将其 赋予模拟伽马能谱， 即可 得到适用于多周期复杂脉冲时序下非 弹窗能谱。 6.根据权利要求5所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方 法， 其特征在于： 所述 步骤S5还 包括对模拟伽马能谱展宽的优化， 优化过程 为： 围绕FWHM三个参数a、 b、 c的初始取值， 设置搜索范围和步长； 搜索 范围和步长的设置应 涵盖除探测 器本身外其他因素导致的最大波动范围； 然后采用穷举法， 遍历在S5.1中确定 的a、 b、 c所有不同取值； 对每种取值情况， 重复步骤S 5.2完成模拟伽 马能谱展宽后进入步骤 S5.3。 7.根据权利要求6所述的一种基于脉冲中子仪器的多脉冲实测伽马能谱的模拟匹配方 法， 其特征在于： 所述 步骤S5.3中叠加系数的详细求 解过程为： S5.3.1、 分别用向量表示出模拟伽马能谱的非 弹窗和俘获窗的能谱计数； 非弹窗为： TP＝(at1,at2,…,atn)T 俘获窗为： CAP＝(ac1,ac2,…,acn)T 设模拟伽马能谱非弹窗和俘获窗计数的线性叠加与实测的非弹窗计数U相等， 则得到 等式： U＝(u1,u2,...,un)T＝m1TP+m2CAP       (1) 等式(1)中m1、 m2分别表示模拟伽马能谱非 弹窗和俘获窗的能谱叠加系数 S5.3.2、 令： 对等式(1)进行改写， 得到矩阵方程： U＝Am S5.3.3、 采用加权最小二乘对U＝Am进行改写， 得到： ATWU＝ATWAm m＝(ATWA)‑1ATWU S5.3.4、 求解步骤S53.3所得矩阵， 解得m1、 m2即为模拟伽马能谱非弹窗与俘获窗用于 匹配实测非弹窗计数的最优叠加系数； 叠加能谱： m1TP+m2CAP作为对实测非弹能谱的复现， 用于对模拟伽马能谱中缺少的俘获窗时间堆积进行补偿。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270401 A 3