基于CIFLog 的铀裂变瞬发中子测井解释模块设计与研发

刘志锋，张寰宇，丁成龙，李伟忠，魏振华

（1.东华理工大学 信息工程学院，江西 南昌 330032；2.中国石油勘探开发研究院，北京 100083）

近年来，汤彬等经过多年的研究，根据铀矿自然γ 测井和铀裂变瞬发中子测井的基本原理，结合我国多年来在铀矿勘探和地浸采铀领域中自然γ 测井和铀裂变瞬发中子测井的优势，研制出铀矿中子-伽马融合测井原理样机［1-2］，满足了我国铀矿勘探的应用需求，实现了现场快速测铀。

在铀矿勘探γ 测井研究和应用中，有学者使用Visual Modflow 软件系统推动了核地质信息化进程［3］，也有学者开发了γ 测井资料处理和显示系统［4］，核工业二一六大队基于Microsoft Visual C++集成开发环境研发了γ 测井分层解释软件系统，但是铀裂变瞬发中子测井数据解释和成果展示还没有成熟的系统。CIFLog 测井软件系统是我国自主开发的具有独立知识产权的石油测井处理解释软件［5］，目前该系统已在我国多家石油测井公司和石油相关专业的高校进行了推广和应用，验证了该系统能可靠地应用于石油测井数据处理和展示。铀矿测井和石油测井具有相似性，例如在数据处理、展示方面基本一致，但铀矿含量分层解释是铀矿测井专属功能。本文在CIFLog平台基础上，进行了铀矿定量的分层解释模块定制研发和实验验证，证明了CIFLog 平台的可拓展性，同时对铀裂变瞬发中子测井推广应用具有深刻意义。

1 铀矿测井及分层解释原理

1.1 铀矿自然γ 测井

自然γ 测井是铀矿勘探测井的基本方法，包括γ 总量测井和γ 能谱测井两种方法，该测井方法主要是通过衰变系的γ 核素推算地层铀含量，是一种“间接测铀”的铀定量方法，基于其特有的放射性原理和快捷准确且成本较低的特点，一直用于铀资源量的估算［6］。

1.2 铀裂变瞬发中子测井

铀裂变瞬发中子测井是一种“直接测铀”的核测井技术，可以现场定量地层岩石中的铀含量。铀裂变瞬发中子测井利用核裂变法直接测量矿层中的235U，不需要像γ 测井一样使用繁琐的取芯分析进行铀镭平衡修正，由于自然界中235U 占铀核素总量的比例固定，所以只要测定235U 在矿层中的含量，就能推断铀含量［7］。

1.3 五点式反褶积分层解释方法

反褶积解释就是寻找反地质脉冲函数，对照射量率曲线进行滤波从而得到含量曲线。计算单元层含量的五点式反褶积公式如下：

式中：q(Zi)为第i个单元层的含量，%；α为特征参数，与探头结构、钻孔条件和地层环境等参数有关，表示单位吸收厚度对照射量率衰减的百分数，m-1；K0为换算系数，包括铀镭平衡系数、射气系数、湿度和换算系数等，为常数值；为测点i的照射量率，nC/（kg·h）；∆Z 为单元层厚度，此处为0.1 m。

2 测井解释模块设计和研发

2.1 NetBeansIDE8.1 简介

NetBeans 是一个开源Java 语言集成开发编译软件环境，由Sun Microsystems Inc.公司在2002 年推出，是一款可在主流的操作系统下构建的世界级JavaIDE。

NetBeans 由一系列软件模块组成，优势是可以通过添加新模块进一步扩展用户使用该模块构建的应用程序。由于各模块之间相互独立，因此第三方软件可以轻松高效地扩展和挂接在NetBeans 软件开发的应用程序上。本文选用NetBeans 进行开发，NetBeans 为开发人员提供了现成且完备的代码分析器和代码编辑器，使开发人员可以快速、平稳地升级初始功能以及其他应用程序，并且NetBeans 提供的一系列方便、快捷、强大的工具使得开发人员能够更加迅速、高效地管理和构建项目。

2.2 CIFLog 测井软件系统

2.2.1 CIFLog 测井软件系统的特点

随着测井相关专业的快速发展，测井平台的发展也必须具备集成化、一体化、综合性等特征，CIFLog 测井软件系统平台实现了勘探测井和开发测井解释、单井和多井解释、本地和网络测井解释一体化且支持多种操作系统等功能。

CIFLog 测井软件系统平台使用了可扩充的层级式体系结构，从上至下分为3 层：应用层、支持层和数据层。应用层直接面对最终的使用人员，为用户创建交互式的用户界面；支持层是应用层和数据层之间重要的沟通通道，向上可以为应用层提供可拓展的服务功能，向下则可以通过数据访问接口层屏蔽数据的来源以及数据层中繁琐的内部操作；数据层则主要负责实际的数据读取与写入（图1）。

图1 CIFLog 测井软件平台框架结构图Fig.1 Framework structure diagram of CIFLog logging software platform

2.2.2 CIFLog 测井软件系统组成

CIFLog 测井解释软件主要由数据分析、测井资料预处理、常规测井处理、成像处理、曲线成果输出、多井评价和应用程序挂接7 部分组成（图2）。

图2 CIFLog 测井解释软件组成Fig.2 Software components of CIFLog logging interpretation

2.3 铀矿测井解释模块研发

2.3.1 模块组成

基于铀矿测井的需求，本文设计的铀矿分层解释模块主要由5 个部分组成：数据加载、数据预处理、图形绘制、分层解释以及成果输出。数据加载部分需实现铀矿测井数据格式的解编及转换；数据预处理部分包括曲线编辑、曲线校深、曲线滤波等功能模块；图形绘制可以实现铀矿数据的绘图需求；分层解释包括γ 测井、热中子测井、超热中子3 个数据的显示及分层解释；排版打印模块实现成果图的多样输出（图3）。

图3 分层解释模块组成Fig.3 Composition of explain module in layers

2.3.2 数据解编模块

数据解编是测井数据处理中的重要部分，但由于测井数据格式众多、来源广泛，各类测井平台难以读取这些数据。因此，开发统一的数据格式与访问接口是解决这个问题的有效方案。CIFLog 数据解编模块提供与数据格式数据格式与访问接口是解决这个问题的有效方案。CIFLog 数据解编模块提供与数据格式无关的数据访问接口，可为测井处理解释系统提供数据服务，也可进行二次开发。目前，CIFlog 测井软件系统已集成多种数据格式文件的数据解编，各国所用的测井数据格式种类繁多，全球多家测井公司都推出了不同的测井数字资料记录格式，并且每种数据格式存在巨大差异。测井数据包括以下几种格式：LIS 数据格式、DLIS 数据 格式、WIS 数 据格式、CIF 数据格式、XTF 数据格式、CifPlus 数据格式，本文针对铀矿测井研发了数据转换接口，转换为CifPlus 数据格式。

2.3.3 解释模块设计

对每个模块的详细结构进行分析，设计出详细的软件模块图（图4）。

图4 模块详细设计图Fig.4 Detailed design of module drawing

利用平台提供的二次开发接口，定制了绘图对象以满足成图处理解释需求。根据平台底层机制，要实现绘图对象模块的定制，需要完成以下工作：曲线模块代码的开发、相应窗口的属性面板的设计与布局、通过平台将曲线加载到绘图中以供用户使用（图5）。

图5 创建绘图卡片流程图Fig.5 Flowchart of drawing card creation

测井绘图是各类测井解释平台展示测井信息的综合化绘制曲线图的工具，也是测井曲线输出的核心模块，为了使铀矿分层解释模块能够满足使用需求，本文首先在NetBeans 上进行了相关算法构建，使铀矿测井的数据能够在CIFLog 测井软件系统平台上进行解释。

通过在CIFLog 测井软件系统平台绘制卡片，设计出符合铀矿测井分层解释的卡片，满足铀矿测井数据的分层解释。其中包括了5 个曲线道（γ 测井曲线道、热中子测井曲线道、超热中子测井曲线道、修正测井曲线道以及分层解释道）、一个深度道以及解释结论，曲线属性面板设置如图6 所示。

图6 曲线属性面板设置Fig.6 Panel settings for curve properties

2.4 解释软件验证评价

2.4.1 验证环境

选择核工业航测遥感中心的铀裂变中子测井标准模型井为实验环境［8］，其标准模型井参数指标如表1 所示，对铀裂变瞬发中子时间谱与γ 能谱测井的铀矿定量方法进行实验验证。

表1 铀裂变中子模型井主要技术指标Table 1 Main technical indexes of neutron model for uranium fission

2.4.2 饱和模型井解释结果验证

对Nu-1、Nu-2 和Nu-3 3 个铀 的标准 模型井和Nb-4 本底模型井进行测井实验，每个模型井测量时长均为180 s。任选两个标准铀模型井（编号为Nu-1、Nu-2），这些标准井的钍、钾等放射性元素的含量可低至忽略不计，求取“铀-镭-氡”平衡系数KP（表2）。利用测井计数率和 表3 中的刻 度参数A1、A2和B1、B2，求得饱和铀矿（标准铀模型井）的镭元素含量，再通过镭元素含量和“铀-镭-氡”平衡系数KP可求得修正后的铀元素含量。

表2 标准砂岩模型井的测井数据与铀/镭定量解释结果Table 2 Logging data and uranium/radium quantitative interpretation of standard sandstone borehole model

表3 标准砂岩模型井的测井数据与刻度参数求取结果Table 3 Logging data and calibration parameters of standard sandstone borehole model

由表2 和表3 可见，对于钍、钾含量可忽略不计的砂岩型铀矿标准模型井，通过融合瞬发中子时间谱和自然γ 的铀定量测井解释方法，能够求得同类铀矿的铀、镭含量，其含量绝对误差≤±0.002% eU，相对误差≤±2.5%，符合我国《铀矿地质勘查规范》［9］的要求。

2.4.3 分层解释结果验证

为了验证分层解释结果的可用性，利用测井仪对Nu-3 标准模型井进行模拟野外测井实验（测井速度为1 m/min），测井数据通过归一化处理后，导入到研发的测井解释模块进行分层解释验证。红色虚线为标准模型井标称含量曲线，黑色曲线为分层解释含量曲线，绿色曲线为逐点解释含量曲线（图7）。利用五点反褶积分层解释后确定的矿层范围为1.02～2.82 m，矿层厚度为1.8 m，矿层内计算出的铀平均含量为9.62×10-4eU，与Nu-3 的标称含量9.83×10-4eU 的相对误差为－2.07%。由此可见，利用本文研发的分层解释模块进行数据处理，可以准确定位铀矿层位置，且含量解释误差满足铀矿测井含量解释误差要求。

图7 分层解释含量与标称含量对比图Fig.7 Comparison of interpreted content with nominal content by layer

3 结论

本文基于CIFLog 测井软件系统解释平台进行铀矿测井分层解释模块的设计与研发，并进行了实验验证，总结如下：

1）对CIFlog 测井软件系统平台进行分析，总结了CIFLog 测井解释软件的发展、特点和系统组成，分析了CIFLog 测井软件系统应用于铀矿测井及进行分层解释的可行性，并进行了铀矿测井数据解编和分层解释模块设计与研发。

2）通过标准模型井测井实验获取铀矿测井数据，将自然γ 测井、中子测井数据通过数据解编模块导入到CIFlog 测井软件系统，利用分层解释模块对导入的铀矿测井数据进行分层解释，得到的解释结果误差小于3%，验证了软件模块的正确性。

3）本文基于CIFLog 的铀裂变瞬发中子测井解释模块设计与研发已经取得一定的成果，后续需要开展的重点工作内容是对野外实际测井数据导入模块进行解释，验证正确性。