补偿中子测井仪刻度
EILog-05组合测井系统
补偿中子测井仪刻度
吴永安
2006年3月18日
刻度的概念：
补偿中子测井仪的一级刻度，就是要把仪器在测井过程中所得到的计数率和地层孔隙度之间建立一个数学模型。如何有效的建立这一数学模型，最大限度的减小因地面系统数据处理所带来的误差，是摆在仪器刻度工作的技术关键。
补偿中子测井仪的二级刻度，是指仪器经过长时间使用或者主要器件（探测器、整机电路板等）经过维修后，仪器状态发生了变化，为了校正这一变化所作的刻度，就是仪器的二级刻度。通俗的讲，一级刻度就是工程量与物力量的关系。二级刻度，则是工程量和工程量之间的关系。
补偿中子测井仪一级刻度：
原理：在理论上，补偿中子测井仪的长、短源距的两道计数率的比值R与地层孔隙度Ф的对数之间有非常近似直线的关系。可以将补中Ф-R计算公式表达为：
LnФ= a*R + b （1）但由于各方面因素的影响，这条直线并不完全是直线。如果按照直线方程来处理测井数据，将会带来测井误差。为了尽可能减小误差，我们采用曲线方程来拟合Ф-R计算公式。CSU最新的处理公式是：在低孔隙段用的是倒数曲线公式。中、高孔隙段用
的是两段直线公式。笔者的观点，无论用哪种公式，都应该以仪器实际刻度数据为准。哪种曲线能最大限度的将刻度点落在曲线上，相关系数最大，我们就采用哪种公式。目前成套装备补偿中子测井仪采用三次曲线方程。相关系数在0.998以上。如果采用四次曲线方程，我们发现四次系数非常小，而且相关系数也没有三次曲线的相关系数大。因此，成套装备补偿中子测井仪采用三次曲线方程来处理测井数据。
刻度步骤：
1.刻度井井况介绍：
西安刻度中心有9口补偿中子刻度井。刻度井参数如下：（备注里的内容为本人多次刻度，对刻度井的了解，纯属经验，无理论根据，无实验数据支持）
2.刻度前，检查仪器是否工作正常，检查地面系统是否工作正常，
并办理放射性中子源出库手续。
3.确定仪器记录点，根据刻度井的地层深度，对仪器下井位置做
好标记。
4.将工作正常的仪器吊入刻度井中，要求保证良好的贴壁效果，
并将仪器的计录点对准刻度井的中间位置。
5.仪器与地面连接，通电工，观测仪器本底。自然界不存在中子
射线，因此中子仪器本底应为零。长源距偶尔会出现一个计数，为仪器电路干扰，可忽略不计。如果仪器存在一个以上的本底，则需要检查仪器。
6.装上Am--Be中子源。地面系统开始采用长短源距计数率。取
300秒平均值。
，
7.根据仪器的计数率，求出仪器在每一口刻度井中对应的比值R
以比值R为横坐标，孔隙度Ф为纵坐标，如下图。
根据这些刻度点数据可以计算出R－Ф关系曲线。其中R的指数的大小由刻度点的分布来决定。相关系数为0.999。这就是仪器的一级刻度。
一级刻度注意事项：
1.确保仪器记录点对准地层中点。外单位同类仪器刻度时，取上、
中、下三个位置进行刻度，有的甚至取五个位置进行刻度，然后计算平均值，认为这样可以减小误差，本人认为，只要仪器记录点对准地层中点，其它位置所测量的数据无效。让那么多无效的数据参加平均运算，只会增加仪器刻度误差。
2.刻度井的方位问题。由于刻度井的均匀性上的差别，有时需要东
南西北四个方位进行测量。有的刻度井在不同方位上存在误差。
刻度井的方位在刻度井数据里有说明。
3.采样时间：地面读取仪器计数率时，采用时间不能小于300秒。
4.重复测量：仪器完成刻度后，需要选择一个刻度井，进行重复测
量。重复测量的意义在于检验仪器的稳定性，也可以确定刻度是否真实有效。
补偿中子测井仪二级刻度：
原理：下图所示的是成套装备补偿中子测井仪采用的二级刻度器。刻度器里注满纯净水。考虑到使用环境，有的刻度器里需要添加防冻液。刻度器一经调试，就不能随意更改纯净水和防冻液的比例。二级刻度
器最好能放置在温度比较恒定的室内，温度不同，刻度器里充满的纯水密度会有差异。
二级刻度器容积约1.287m3,罐长2.23m，内径0.2m,外径1.26m,内充纯净水矿化度低于182mg/L。刻度器安放的周围10米内应无任何放射源及较大金属物体，刻度场内磁感应强度小于2×10－4特拉斯（2Gs）。
刻度过程为：仪器与地面连接，将仪器插入刻度仓，仪器的源仓从刻度仓另一端伸出，通电，仪器工作正常后，装上Am--Be中子源。然后将仪器推回入刻度仓。按照如下示意图的顺序，插好刻度棒。
地面系统采样，读取长短源距计数率。计算出比值R，
R = N S / N L
计算出的R值应该接近标准比值R*，其K值范围在0.95－－1.07之间。
1
2 刻度点
5 主校点
4
仪器经过一级刻度后，在主刻度点有一个标准比值R*，仪器经过长时间使用或者经过较大维修后，仪器性能如果发生变化，那么仪器在相同状态下的比值R就会不等于R*，取刻度系数K,
K = R* / R
显然，如果仪器性能没有发生变化，K 就等于1 ，仪器变化越大，K值就越远离1。当R的范围超出1.07≧K ≧0.95时，仪器的二级刻度无效，需要重新进行一级刻度。
在测井数据处理中，将长短源距计数率的比值R乘以K，即：K ×R = R*
Ф-R关系公式中参加运算的是R*，不是R。由此，仪器就得到了二级刻度校正。
K值由下面的示意图中的刻度点求出，主校点是对仪器二级刻度检验。主校点测值如果偏差太大，二级刻度无效，需要重新刻度。二级刻度注意事项：
1.刻度前检查刻度器里水是否加满，否则需要添加纯净水。
2.刻度前将减速棒和刻度器的仪器仓的灰尘擦净，确保仪器贴合良
好。
3.刻度时，仪器源仓朝上。
4.仪器装上源，推回刻度仓后，要与堵头顶紧。
5.每次插入减速棒时必须到位，不能留有缝隙。
补偿中子测井仪二级刻度方法探讨：
目前国内外各种补偿中子测井仪在生产应用中采用的都是一点刻度法。在一点刻度法中，测井刻度器只需要一个刻度点，它是将刻度点上理想仪器的比值R*除以实际测井仪器的比值R，得到一个换算系数K = R* / R。在测井生产应用中，将实际测井仪器的测井比值R乘以系数K，即可认为将实际的测井仪器转换成了理想测井仪器。一点刻度方法原理简单，刻度过程方便操作，但严格说，一点刻度法转换的结果只适应于与刻度点模拟的孔隙度值相同的那种特定孔隙度地层，而在其他孔隙度地层中存在误差。
笔者考虑增加一个刻度点，采用两点刻度方法。对于Ф-R关系曲线，两个刻度点无疑比一个刻度点的精度高。同时，一点刻度方法对Ф-R关系曲线的平移变化的刻度补偿效果明显，如果Ф-R关系曲线不仅仅是平移变化，而是增加了旋转变化，显然，一点刻度方法将无法校正。这是两点刻度方法最大的优越性。对于成套装备二级刻度器，很容易增加一个刻度点。有的油田地区的二级刻度器采用的是冰块刻度器，只有一个刻度点，但将冰块反向放置，由于冰块内中子源位置相对仪器发生变化，那么就可以增加一个刻度点。
两点刻度的原理：
补偿中子测井长、短源距两道测井计数率的比值R和地层孔隙度Ф的关系在一定范围内有以下形式的数学表达式：
Ф= e(A - R)/B (1)
式中A和B为仪器类型有关的常数。
设某一类型中的一支理想的补偿中子测井仪器对某一地层的长、短源距两道测井计数率分别为N L和N S，则其比值为：
R = N S / N L，（2）
因此，将R代入式（1），就可得到被测地层的孔隙度值Ф。
但是，同一类型中各支实际的测井仪器之间由于存在性能的离散性，或同一支测井仪器在不同的使用期由于器件老化等原因，致使该测井仪器对以上同一地层的长、短源距计数率nl和ns不同于理想测井仪器的NL和NS，其比值Ri也将发生变化。通过上面的计算公式将会得出与理想测井仪器不同的测井孔隙度。
Фi = e(A - R)/B ≠Ф
为了使同一类型的各支实际的测井仪器能够测出与理想测井仪器相同的结果，必须采用测井刻度装置，使之在测井应用中通过刻度值对实际应用的测井仪器的测量的响应值进行换算而转换成理想测井仪器的响应值。
通常一支实际的测井仪器l的测井响应计数率n i与理想测井仪N i之间有如下的一般关系：
n li = a L + b L N L
n Si = a S + b S N S (3)
在式（3）中的a和b对同一支测井仪（或它的某一个使用时期内）来说是常数。其中参数a是和理想仪器之间的某个基差值，它决定于仪器本身的中子屏蔽物、仪器外壳材质及制造工艺等的离
差；参数b是某个系数差，它决定于中子探测器效率及电路参数等的离差。以上各参数的注脚L和S分别代表长源距和短源距的参数。
从式（3）可见实际的测井仪器与理想的测井仪器的测井响应计数率之间存在a和b两个参数的差别。因此，这个测井刻度装置必须具备至少两个刻度点，即采用两点刻度法。
设：刻度装置的两个刻度点分别为刻度点I和刻度点II。
设理想测井仪器对两个刻度点的响应值为：N LI，N SI；N LII，N SII；注意，这是理想仪器的响应值。测井过程中要将测井的计数率转换成理想值才能进行孔隙度计算。
为了方便计算，令：
ΣN L = N LI + N LII；ΣN S = N SI + N SII
△N L = N LI - N LII；△N S = N SI - N SII
设实际测井仪器对两个刻度点的响应值为：n lI，n sI和n LII,n sII
则有如下关系式成立：
n lI = a L + b L N LI
n LII = a L + b L N LII
n sI= a S + b S N SI
n sII = a S + b S N SI
（解释一下上述公式：如果仪器性能没有发生变化，就是说仪器不需要二级刻度的情况下，上述公式中a = 0 ; b = 1 计数率n 和N之所以存在差别，就是假设仪器性能发生了变化。）使用两个刻度点的具体数据，可以求出参数a和b。（具体计算
过程就是解二元一次方程，在此不做介绍。）那么，实际的测井仪器就和理想的测井仪器建立了确定的换算关系，这就是两点刻度法。
当然，实际上理想的测井仪器是不存在的，但我们可以假设某支测井仪器为该类型的理想测井仪器，或者研制单位以最初研制的样机作为理想仪器，并在所确定的刻度装置的两个刻度点上进行测试，得出其刻度器响应值，并把它们作为该类型仪器的刻度器理想响应值。根据这些刻度值，在实际生产测井过程中可以对实际的测井仪器进行刻度转换。
两点刻度法无疑比一点刻度法更精确。两点刻度法在使用过程中，现场小队需要对每支仪器记录两个刻度点的数据。