基于CIFLog的铀裂变瞬发中子测井解释模块设计与研发.pdf

第 39 卷第 5 期2023年9月UraniumGeology铀矿地质Vol.39 No.5Sep.2023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1，张寰宇1，丁成龙1，李伟忠2，魏振华1（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）摘要 铀矿 测井是一种“间接测铀”方法，铀裂变瞬发中子测井是“直接测铀”方法，中子测井技术有其独特的优势，有望替代 测井技术。经过多年的生产应用，测井已经有比较成熟的数据解释软件系统，但是铀裂变瞬发中子测井没有能够投入生产的应用软件。文章根据测井软件系统CIFLog 的特点和结构组成，将铀矿测井的五点式反褶积分层解释法通过模块实现，集成于 CIFLog 系统中，再利用 CIFLog 测井解释模块，对解释数据进行可视化呈现，生成专业的成果展示，为铀裂变瞬发中子测井的应用提供可靠的应用软件系统。关键词 CIFLog；铀裂变瞬发中子测井；软件研发；铀矿；成果展示文章编号 1000-0658（2023）05-0824-07 中图分类号 P631 文献标志码 A近年来，汤彬等经过多年的研究，根据铀矿自然 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 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 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 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 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 测井自然 测井是铀矿勘探测井的基本方法，包括 总量测井和 能谱测井两种方法，该测井方法主要是通过衰变系的 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DOI:10.3969/j.issn.1000-0658.2023.39.072基金项目 中国铀业有限公司-东华理工大学核资源与环境国家重点实验室联合创新基金（编号：2022NRE-LH-14）和国家国防科技工业局核能开发项目“铀裂变瞬发 n-融合测井及航空监测关键技术研究”联合资助。收稿日期 2023-03-21 改回日期 2023-05-10作者简介 刘志锋（1979），男，内蒙古赤峰人，副教授，博士，主要从事核辐射探测技术、智能信息处理与计算机应用技术研究。E-mail：刘志锋刘志锋，等：基于 CIFLog的铀裂变瞬发中子测井解释模块设计与研发第 5期的特点，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 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：q(Zi)=I(Zi)K0-112K0(z)2-I()Zi+2+16I()Zi+1-30I()Zi+16I()Zi-1-I()Zi-2（1）式中：q(Zi)为第 i个单元层的含量，%；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；I()Zi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2.1NetBeansIDE8.1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。2.2CIFLog测井软件系统2.2.1CIFLog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）。2.2.2CIFLog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）。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）。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 825铀 矿 地 质第 39 卷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）。应用层测井处理解释应用模块平台工具模块支持层数据层系统资源库应用环境参数配置库界面组件库解释方法库处理算法库其他数据格式或数据库访问项目数据库访问Cifplus数据访问提供测井处理解释方法模块和工具模块，满足测井平台用户需求。基于JNI技术、中间件技术等建立结构规范、接口统一的工具类库，向下可进行数据访问，向上可直接组装或定制开发，形成特色的功能模块。统一的数据接口，实现数据共享。CIFLog框架结构图图 1 CIFLog测井软件平台框架结构图Fig.1 Framework structure diagram of CIFLog logging software platform数据分析操作测井资料预处理操作CIFLog测井解释软件常规测井处理操作成像测井处理操作曲线成果输出多井评价操作应用程序挂接图 2 CIFLog测井解释软件组成Fig.2 Software components of CIFLog logging interpretation成图处理解释软件数据加载数据预处理分层解释图形绘制成果图输出数据解编数据写入曲线编辑曲线滤波自然测井曲线热中子测井曲线超热中子测井曲线铀矿数据成图保存卡片排版打印曲线校深图 3 分层解释模块组成Fig.3 Composition of explain module in layers 826刘志锋，等：基于 CIFLog的铀裂变瞬发中子测井解释模块设计与研发第 5期测井原始数据测井数据加载测井数据分析解编模块编制数据预处理曲线编辑曲线校深曲线滤波分层解释处理绘图对象开发伽马曲线热中子曲线超热中子曲线交互处理功能成图输出图 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）。创建绘图卡片设置曲线名称绘制曲线设计窗口属性面板曲线导入绘图卡片模板图 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（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。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 827铀 矿 地 质第 39 卷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 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模型井名称Nu-1Nu-2Nu-3Nb-4铀含量量值/10-6281.00685.00983.001.56不确定度1.541.381.4518.40钍含量量值/10-62.252.279.903.11不确定度6.56.56.57.0钾含量量值/%0.1200.5601.0900.197不确定度7.07.07.010.0铀镭氡平衡系数0.8670.9190.9190.730有效原子序数13.413.713.813.2湿度/%10.2510.5410.2110.63干密度/（g m-3）2.012.002.011.96孔隙度/%22.022.722.023.12.4.2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。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 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图 6 曲线属性面板设置Fig.6 Panel settings for curve properties 828刘志锋，等：基于 CIFLog的铀裂变瞬发中子测井解释模块设计与研发第 5期1.022.82 m，矿层厚度为 1.8 m，矿层内计算出的铀平均含量为 9.6210-4eU，与 Nu-3的标称含量 9.8310-4eU 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。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模型井名称Nu-1Nu-2铀/镭元素标称含量/10-4eU铀镭铀镭2.812.446.856.29标称平衡系数 KP0.870.92测井计数率/cps10.65716.9324.371 786.47KP求取结果0.880.96含量解释结果/10-4eU2.812.476.686.41相对误差/%0.001.232.481.91绝对误差/10-4eU0.000.030.170.12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模型井名称Nb-4Nu-3铀/镭元素标称含量/10-4eU铀镭铀镭0.010.019.839.01铀/镭定量的测井计数率/cps0.6647.0935.562 492.04刻度参数求取结果B1=0.66cpsB2=47.09cpsA1=3.55(cps/10-4eU)A2=271.36(cps/10-4eU)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 layer3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 829铀 矿 地 质第 39 卷测井数据导入模块进行解释，验证正确性。参考文献1 汤彬，王仁波，张雄杰，等.基于超热中子与热中子比值的铀裂变瞬发中子测井仪：中国，CN201320592736P.2014-04-02.2 汤彬，王仁波，周书民，等.基于超热中子时间谱的瞬发中子铀矿测井仪：中国，CN201320592725 P.2014-04-02.3 魏云杰，许模，刘健.Visual Modflow软件及其在砂岩型铀矿成矿水文地质条件研究中的应用潜力分析 J.铀矿地质，2003，19（1）：53-57.WEI Yunjie，XU Mo，LIU Jian.Analysis of theapplication potential of Visual Modflow software in thestudy of hydrogeological conditions for sandstone-typeuranium deposits J.Uranium Geology，2003，19（1）：53-57（in Chinese）.4 赵军辉，邓小卫，余水泉，等.铀矿测井资料处理解释系统研发 J.铀矿地质，2016，32（5）：301-308.ZHAO Junhui，DENG Xiaowei，YU Shuiquan，et al.Development of uranium logging data processing andinterpretation system J.Uranium Geology，2016，32（5）：301-308（in Chinese）.5 李宁，王才志，刘英明，等.基于 Java-NetBeans的第三代测井软件 CIFLog J.石油学报，2013，34（1）：192-200.LI Ning，WANG Caizhi，LIU Yingming，et al.CIFLog：The 3rd generation logging software based on Java-NetBeans J.Acta PetroleiSinica，2013，34（1）：192-200（in Chinese）.6 王殿学，余水泉，黄笑.我国 测井技术发展的回顾与展望 J.铀矿地质，2023，39（1）：124-132.WANG Dianxue，YU Shuiquan，HUANG Xiao.Review and prospects of gamma logging technologydevelopment in China J.Uranium Geology，2023，39（1）：124-132（in Chinese）.7 魏宝军，顾中亮，周圆圆，等.瞬发中子测井法在地浸采铀中的应用 J.铀矿冶，2022，41（增刊）：1-4.WEI Baojun，GU Zhongliang，ZHOU Yuanyuan，et al.Application of prompt neutron logging in in-situleachingofuranium J.UraniumMiningandMetallurgy，2022，41（S1）：1-4（in Chinese）.8 丁成龙.基于CIFLog的铀矿测井分层解释模块设计与研发 D.南昌：东华理工大学，2022.9 张金带，简晓飞，张秋营，等.DZ/T 01992015，铀矿地质勘查规范 S.北京：中华人民共和国国土资源部，2015.CIFLog Based Design and Development of Interpretation Module ofUranium Fission Prompt Neutron LoggingLIU Zhifeng1，ZHANG Huanyu1，DING Chenglong1，LI Weizhong2，WEI Zhenhua1（1.East China University of Technology，Nanchang，Jiangxi 330032，China；2.Research Institute of PetroleumExploration and Development，Beijing 100083，China)Abstract：Gamma logging is a traditional but indirect uranium measurement method which has formed arelatively mature data interpretation software system in in uranium exploration.Uranium fission promptneutron logging is a new but direct uranium measurement method with unique advantages which is expectedto replace gamma logging technology in the future but no application software is used in the uraniumexploration.This paper implemented the five-point reverse folding layer interpretation method of uraniumlogging to design and develop a interpretation module for prompt neutron logging based on the characteristicsand structural composition of the CIFLog logging software system.By using the CIFLog logging interpretationmodule,the interpretation data was visualized and professionally presented to provide a reliable applicationsoftware system for the application of uranium fission prompt neutron logging.Keywords：CIFLog；uranium fission neutron logging；software development；uranium mine；resultpresentation 830