一种基于X射线反向散射的多探测器多功能混合测井装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于油气勘查技术领域，具体为一种基于X射线反向散射的多探测器多功能混合测井装置，本发明专利技术通过图像处理与重建单元实现三维重建，使最终得到的图像能够更加真实的反应地层的实际情况，提升了测量的准确性。所述终端数据分析单元对探测单元获得的能量分布信息，一方面采用数值分析的方式计算出电子密度，实现被探测井壁地层密度测量；另一方面利用X射线荧光测量原理，得到地层各元素种类以及含量。相较于现有技术中的声波成像测井，本发明专利技术由于X射线具有很强的穿透能力，对不同介质具有更好的区分效果，因此所成图像拥有更高的分辨率。相较于微电阻成像测井和阵列感应测井，由于X射线在不同岩性的光电效应能谱不同，可以克服岩性影响。以克服岩性影响。以克服岩性影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于X射线反向散射的多探测器多功能混合测井装置


[0001]本专利技术属于油气勘查
，尤其涉及一种基于X射线反向散射的多探测器多功能混合测井装置。

技术介绍

[0002]测井是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，获得地球物理参数的方法。测井方法众多，常用的有微电阻率成像测井、阵列感应测井、声波反射成像测井。微电阻成像测井是通过不同颜色显示不同电阻率的值，其探测深度较浅，受地层厚度、岩性、孔隙度和泥质含量、冲洗带的流体性质、井壁不规则等因素影响，无法获得真实的井壁信息；阵列感应测井受不同钻井液的影响需要进行环境校正，测量值受地层电导率和测井仪器工作频率影响，容易造成测量误差，不能满足使用需求；声波反射成像测井工作频率越高功率越小，且与泥浆特性有直接关系，泥浆粘度太大会导致扫描不均匀，因此必须保持良好的居中测量。由此可见，上述的测井方法都存在一定的不足。因此，有必要研究一种新的测井方案以提升测井信息的准确性。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对上述现有技术中存在的改进需求，提供了一种基于X射线反向散射的多探测器多功能混合测井装置，以克服现有测井方法存在的不足，提升测量准确性。
[0004]本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种基于X射线反向散射的多探测器多功能混合测井装置，包括：X射线发生器单元、X射线探测单元、数据存储单元、终端数据分析单元以及图像处理与重建单元；
[0006]X射线发生器单元用于向被探测井壁发射X射线，并控制X射线对被探测井壁地层进行全方位照射；
[0007]X射线探测单元用于探测X射线发生器单元向被探测井壁发射的X射线，并获取X射线返回的能量分布信息；X射线探测单元根据单个探测器的探测范围设置i个探测器，i个探测器的探测范围交叉重叠，其中i＞2；以确保探测范围完全覆盖被探测井壁地层，探测器所探测的能量包括沉积能量、探测器计数以及通量；
[0008]数据存储单元连接X射线探测单元，用于存储X射线探测单元提供的能量分布信息，并将存储的能量分布信息分别提供给终端数据分析单元及图像处理与重建单元；
[0009]终端数据分析单元根据数据存储单元提供的能量分布信息，推导出被探测井壁地层密度以及元素含量；
[0010]图像处理与重建单元将数据存储单元提供的能量分布信息转换为数字图像，并对数字图像进行三维重建，最终形成完整的井壁成像信息，以用于测井分析。
[0011]进一步的，所述图像处理与重建单元中实现三维重建的具体过程如下：
[0012]步骤一、对图像进行预处理
[0013]S11、将所有数字图像转化为灰度图像，实际操作过程中，每个探测器都会获得一
个对应的能量分布信息，因此探测单元实际所获得图像共有n幅，其中n＞2；
[0014]S12、将步骤S11获取到的灰度图像进行二值化处理，以简化数字图像数据；
[0015]步骤二、构建三维重建算法
[0016]S21、从步骤S12所得的灰度图像中获取X射线反散射成像的内参数H；并通过内参数H构建三维重建本质矩阵E；
[0017]S22、本质矩阵E进行奇异值SVD分解得到X射线反散射成像的外参数[R,t]；外参数中R为X射线发生器的旋转矩阵，t为X射线发生器的平移矩阵；
[0018]S23、由于整个检测过程中仪器是缓慢上升的，因此以运动中的摄像机成像原理为基础，利用经步骤S12处理后的各个角度的灰度图像，确定出投影矩阵与与内参数、外参数的关系，即投影矩阵与X射线发生器运动状态的关系：
[0019]P
n
＝H[R,t]n
[0020]式中P
n
为经步骤S12处理后的灰度图像n的投影矩阵；[R，t]n
为经步骤S12处理后的灰度图像n的旋转平移矩阵，R为X射线仪器的旋转矩阵；t为平移矩阵。
[0021]S24、根据投影矩阵与X射线发生器运动状态的关系，得出经步骤S12处理后的灰度图像n中像素坐标与三维空间坐标的映射关系：
[0022]设是经步骤S12处理后的灰度图像n的齐次坐标，X为经步骤S12处理后的灰度图像n对应的三维空间齐次坐标，则映射关系为：
[0023][0024]式中N
n
为常量因子；
[0025]S25、按照步骤S24构建出经步骤S12处理后的灰度图像n
‑
1的映射关系；然后将经步骤S12处理后的灰度图像n，与经步骤S12处理后的灰度图像n
‑
1得到的映射关系进行联立，可得三维坐标求解方程：
[0026]A(P
n
,u,v)X＝0
[0027]式中A为经步骤S12处理后的灰度图像n
‑
1，与经步骤S12处理后的灰度图像n
‑
1重叠部分的投影矩阵P，在经经步骤S12所得灰度图像中的齐次坐标(u，v,1)
T
的函数；
[0028]S26、对A进行奇异值SVD分解得到A＝USV
T
；其中V的最后一列即为求得的三维坐标；
[0029]步骤三、根据步骤构建的三维重建算法，按照探测单元获得的能量分布信息的时序逐个求出剩下灰度图像中对应的三维坐标，完成三维重建。
[0030]进一步的，所述终端数据分析单元中被探测井壁地层密度的计算方法为：
[0031]步骤1、根据反散射成像原理推导出数字图像中任意一点的电子密度计算公式：
[0032][0033]式中n
e
(M)表示数字图像中M处的电子密度；表示粒子从S
→
M运动过程中，到达一个位点M的光子通量密度；σ
c
(w)表示康普顿微分截面；dS
M
表示M周围的区域元素，σ
′
表示被探测物体的宽度，表示发生散射的被探测井壁与探测器的夹角；
表示单个源点或散射位点的光子通量密度。
[0034]步骤二、将探测器获得的总通量密度φ
′
(D,ω)代入步骤步骤一得到的电子密度n
e
(M)计算公式中，求得M处的电子密度即被探测井壁材料性质；
[0035]步骤三、利用电子密度与地层密度的转换公式即可得到被探测井壁地层密度ρ
b
：
[0036][0037]式中N0为阿伏伽德罗常数，A是质量数，Z是原子序数。
[0038]进一步的，所述终端数据分析单元中地层表面元素含量的分析方法为：
[0039]利用荧光测量原理，根据接收的能量信息计算出X射线与井壁岩矿石相互作用所产生的特征X射线强度，确定被探测井壁岩矿石所含有元素的种类；
[0040]根据各种元素在单位时间内所产生的特征X射线峰面积计数，确定对应位置该元素的含量。
[0041]本专利技术提供的一种基于X射线反向散射的多探测器多功能混合测井装置，通过探测单元设置的i本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于X射线反向散射的多探测器多功能混合测井装置，包括：X射线发生器单元、X射线探测单元、数据存储单元、终端数据分析单元以及图像处理与重建单元；其特征在于：所述X射线发生器单元用于向被探测井壁发射X射线，并控制X射线对被探测井壁地层进行全方位照射；所述X射线探测单元用于探测X射线发生器单元向被探测井壁发射的X射线，并获取X射线返回的能量分布信息；X射线探测单元根据单个探测器的探测范围设置i个探测器，i个探测器的探测范围交叉重叠，其中i＞2；以确保探测范围完全覆盖被探测井壁地层，探测器所探测的能量包括沉积能量、探测器计数以及通量；所述数据存储单元连接X射线探测单元，用于存储X射线探测单元提供的能量分布信息，并将存储的能量分布信息分别提供给终端数据分析单元及图像处理与重建单元；所述终端数据分析单元根据数据存储单元提供的能量分布信息，推导出被探测井壁地层密度以及元素含量；所述图像处理与重建单元将数据存储单元提供的能量分布信息转换为数字图像，并对数字图像进行三维重建，最终形成完整的井壁成像信息，以用于测井分析。2.根据权利要求1所述的一种基于X射线反向散射的多探测器多功能混合测井装置，其特征在于：所述图像处理与重建单元中实现三维重建的具体过程如下：步骤一、对图像进行预处理S11、将所有数字图像转化为灰度图像，实际操作过程中，每个探测器都会获得一个对应的能量分布信息，因此探测单元实际所获得图像共有n幅，其中n＞2；S12、将步骤S11获取到的灰度图像进行二值化处理，以简化数字图像数据；步骤二、构建三维重建算法S21、从步骤S12所得的灰度图像中获取X射线反散射成像的内参数H；并通过内参数H构建三维重建本质矩阵E；S22、本质矩阵E进行奇异值SVD分解得到X射线反散射成像的外参数[R,t]；外参数中R为X射线发生器的旋转矩阵，t为X射线发生器的平移矩阵；S23、依据运动中的摄像机成像原理，利用经步骤S12处理后的各个角度的灰度图像，确定出投影矩阵与与内参数、外参数的关系，即投影矩阵与X射线发生器运动状态的关系：P
n
＝H[R,t]
n
式中P
n
为经步骤S12处理后的灰度图像n的投影矩阵；[R,t]
n
为经步骤S12处理后的灰度图像n的旋转平移矩阵，R为X射线仪器的旋转矩阵；t为平移矩阵；S24、根据投影矩阵与X射线发生器运动状态的关系，得出经步骤S12处理后的灰度图像n中像素坐标与三维空间坐标的映射关系：设是经步骤S12处理后的灰度图像n的齐次坐标，X为经步骤S12处理后的灰度图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琼，高建华，汪洋，林绿林，武蕙琳，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：