脉冲中子地层元素测井使用脉冲中子发生器取代同位素源,降低了仪器在使用、运输和保存过程中对环境和工作人员造成的污染或损害。同时,脉冲中子地层元素测井可以获得地层中的元素含量、矿物含量,识别岩性,单独获取地层中的总有机碳、脆性指数等,在非常规油气测井解释评价中具有重要作用。本论文主要针对脉冲中子地层元素测井的正演模拟和反演方法两个方面展开研究。在正演模拟方面,通过蒙特卡罗方法分别研究了不同闪烁体的能谱响应特性、仪器周围非弹伽马场和俘获伽马场的时间和空间分布、非弹伽马谱和俘获伽马谱的探测深度。通过优化仪器的设计参数,提高了仪器的信噪比。研究发现:井眼屏蔽体厚度达到1.2cm,可以屏蔽掉井眼流体产生的60%的伽马噪声,硼套中¹⁰B的表面密度达到0.065g/cm²时,消除了仪器钛钢外壳产生的俘获伽马本底。在脉冲中子地层元素测井元素含量反演方面,设计了一套适合仪器的脉冲中子发生器的工作时序,并建立了非弹谱和俘获谱的解谱流程。研究了脉冲中子地层元素测井的数据预处理算法,试验发现双峰漂移校正比单峰漂移校正和插值漂移校正的适用性更好。提出了基于有效集算法的脉冲中子地层元素测井元素含量反演算法,新方法考虑了产额的约束条件,并通过多次迭代得到了最优的元素产额,然后对俘获能谱和非弹能谱分别使用氧化物闭合模型和“伪俘获谱”方法获得元素的含量。通过对在简单地层模型、复杂和非常规地层模型中的正演能谱响应进行反演以及对实际测井资料的处理发现,新方法得到的元素含量的精度明显好于基于加权最小二乘法反演的元素含量精度。研究了脉冲中子地层元素测井的解释方法。获得了常见矿物的元素响应参数,提出了基于序列二次规划法的地层元素测井矿物含量的反演方法。该方法为变量添加了约束条件,提高了矿物含量的反演精度。最后论述了使用地层元素测井获得地层骨架密度和渗透率、计算总有机碳TOC和脆性指数的方法。