通过蒙特卡罗生成库将库最小二乘分析法用于碳氧比仪器

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2、一难题,作者建议采用蒙特卡罗一库最小二乘方法(MCLLS)(Montecar1o—LibraryLeast—Squares).其中涉及用蒙特卡罗模拟生成完整的元素库,来使用整个采集谱.为此,已开发并应用了专用的蒙特卡罗代码CEARCO.首先通过蒙特卡罗代码CEARCO生成探测器上的元素库谱事件,从而获得在碳氧比C/O仪器内产生伽马射线的所有元素的元素库谱.然后再利用这些库谱和未知的混合碳氧比谱计算出碳,氧的量和用库最小二乘方法(LLS)表示的其它元素的数量.据估计,与只使用峰强度及可用数据的窗口法所得出的结果相比

3、,这个方法所得结果的不确定性要小2～3倍.关键词:碳氧比仪器蒙特卡罗代码探测器最小二乘方法1前言传统碳氧比仪器被用在套管井中确定地层的含油气饱和度及含水饱和度,它测量中子非弹性散射所发出的伽马射线,测定地层中碳和氧的相对浓度,其主要缺点是测速慢,分辨率低.传统上,采用”窗口”法计算碳氧比,打开”碳能窗”和“氧能窗”,获得碳和氧的产额.通常,由于碳和氧的全能量峰的分辨率低,而且”窗口法”只利用了实测谱所获信息的一部分,所以窗口法无法提供精确的结果.事实上,实测谱包含了地层内其它元素的许多信息.针对探测效率低和探测器

4、分辨率差的问题,北卡洛莱纳州立大学的放射性同位素工程应用中心,即CEAR,已经提出过采用一个井式探测器和一个正常探测器的组合排列进行共发事件测量(Han,2006及Han,Gardner,Met—wally和GUO,2006).本文提出的MCILS法恢复了实测谱内全部的元素信息.库最小二乘拟合法基于这样的假设,即实测谱为地层中各个元素谱的线性和.表示为:一∑z”+Ci(1)J—l式中,为实测谱在i道的计数,z,是元素J的产额,m,是每单位的元素J的库谱在i道的计数是i道的误差.公式(1)实际上是一组线性方程,可以

5、将其相应简化的最小化,从而求解出z,.可表示为:.一式中,(n--)为自由度的个数,是每道随机误差的方差.这一方法的优点在于利用了所有可用的谱数据,并且能够自动分析带有未确定峰的谱.早在1997年,戈登等人(Gardner,Sood,Wang,Liu,Guo和Gehrke)就已经证实利用全部的谱数据比仅使用峰值在精度上可提高2到3倍.采用库最小二乘拟合法之前,必须知道元素的库谱.有两种方法可以用来生成元素库.第一种是采用实验测量,这需要做大量的工作和校正程序来获得”纯净且准确”的元素库谱.第二种方法是利用蒙特卡罗

6、代码,这需要一个十分精确的正演模型,该模型能在已知几何变量和样品构成变量的情况下计算碳氧比仪器采集的脉冲一高度谱.这个方法已经被成功地开发出来,并且通过了大样本的单个时问/共发事件伽马射线中子活化分析(PGNAA)测试(Han,2005及Han,Gardner,Metwally和Guo,2006).测试表明,对于大样本的PGNAA分析而言,这个方法是精确的.为了将这一方法用于碳氧比测井,CEAR收稿日期:2006—11—01第一译者简介:贾春华,女,高级工程师,1989年7月毕业于黑龙江大学英语系.现在中原石油勘

7、探局地球物理测井公司从事市场投标,翻译工作.测井与射孔2008生开发了特殊的蒙特卡罗代码CEARCO.在”蒙特卡罗模拟”部分,将对其进行讨论.在现场测量中,经常使用一个定时窗记录分别来自中子非弹性散射和中子俘获相互作用的伽马射线谱.为了获得碳/氧比值,在中子非弹性散射伽马射线谱窗上打开氧能窗和碳能窗.通过蒙特卡罗模拟,可以分别记录中子俘获相互作用和中子非弹性散射相互作用发射出的元素库谱.由于某些元素可以被中子俘获伽马射线和中子非弹性散射伽马射线同时探测到,因此这些元素的拟合结果可以互为基准.例如,元素硅.同时,中

8、子俘获谱还可以探测那些用中子非弹性散射相互作用无法探测到的元素,如氢和硫.2蒙特卡罗模拟蒙特卡罗代码CEARCO用Fortran90程序语言编码,采用Fortran90动态分配存储方式储存模拟中用到的核数据.它继承了CEARCPG代码的大部分特点(Han,2005),其特点可归纳如下:(1)中子库包含了97种实际关心的同位素.中子的能量在10～20MeV之间.中子传送使用