補(bǔ)償中子測井儀器

1、補(bǔ)償中子測井儀器 補(bǔ)償中子測井儀屬于放射性強(qiáng)度測井儀器。是（密度、聲波。中子）等三大孔隙度測井儀器的其中之一。今天我準(zhǔn)備從下面5個(gè)方面來介紹補(bǔ)償中子測井儀器：a) 儀器簡介b) 儀器測井原理c) 探測器d) 電路簡介e) 儀器的刻度1. 儀器簡介補(bǔ)償中子測井儀是一種通過測量地層含氫指數(shù)來確定地層孔隙度以及判斷巖性的放射性測井儀器。儀器的用途：a) 確定地層孔隙度b) 判斷巖性c) 確定泥質(zhì)含量儀器特點(diǎn)a) 儀器的推靠器：b) 儀器的重量：c) 由于中子射線可以很容易穿透鋼管，因此補(bǔ)償中子測井儀不僅可以在裸眼井中測量，還可以在套管井中測量。d) 自然界存在伽馬射線，但不存在中子射線，所以儀器在正

2、常情況下，本底為零。 儀器主要技術(shù)指標(biāo)：a) 儀器最大外壓：100Mpab) 儀器使用電纜長度：7000mc) 儀器最大測速：560m/h 測速與源強(qiáng)有關(guān)。d) 儀器測量范圍：0100P.u.e) 儀器測量精度：當(dāng)?shù)貙涌紫抖葹椋?0 10 P.u. 時(shí)， 儀器誤差為：1P.u.當(dāng)?shù)貙涌紫抖葹椋?0 45 P.u. 時(shí)， 儀器誤差為：3P.u.當(dāng)?shù)貙涌紫抖龋?45 P.u. 時(shí)， 儀器誤差為：7P.u.2.儀器原理：中子測井核物理基礎(chǔ)補(bǔ)償中子測井儀上裝載著20居里的AmBe中子源，能量約為幾百萬電子伏特。每秒鐘將產(chǎn)生4107 個(gè)快中子，這些快中子射入地層，與地層的物質(zhì)發(fā)生一系列的核反應(yīng)。其中包括

3、：快中子的非彈性散射、快中子對(duì)原子核的活化、快中子的彈性散射及減速?？熘凶咏?jīng)過一系列的非彈性碰撞及彈性碰撞，能量逐漸減小，最后當(dāng)中子能量與地層的原子處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，中子不再減速。這種能量狀態(tài)的中子叫熱中子。標(biāo)準(zhǔn)熱中子的能量為：0.025ev,速度為2.2105厘米/秒。根據(jù)碰撞學(xué)說，中子碰撞中的能量損失與被碰撞物質(zhì)的質(zhì)量和入射角有關(guān)，與中子質(zhì)量相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)碰撞(彈性碰撞)，中子損失的能量最大。在地層中，氫原子具有與中子非常接近的質(zhì)量，因此地層對(duì)快中子的減速能力主要決定于地層的含氫量含氫量高的地層宏觀減速能力強(qiáng)，減速長度小。經(jīng)過幾次碰撞后，快中子將被減速，能量從快中子的平均能量5.6MeV衰減到

4、0.025eV的熱中子。這些熱中子部分進(jìn)入探測器，撞擊He-3核，引起核反應(yīng)，產(chǎn)生H3(氚)子，該質(zhì)子使其它一部分He-3電離，產(chǎn)生帶電的離子和電子，在高壓電場的作用下，電子向陽極運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一負(fù)脈沖，該脈沖被電子線路放大并記錄下來，探測器接受中子的多少直接反映了地層中氫原子的多少。因此He-3探測器及其電子線路組成的下井儀可以測量地層中的含氫量。地層孔隙是充滿流體的細(xì)微空間，水及碳?xì)浠衔镏泻袣湓?，無油地層與礦巖中極少或根本沒有氫。這樣儀器的相應(yīng)基本上反映了充滿流體的地層的細(xì)微空間，即孔隙度。在這部分內(nèi)容中，主要講了3個(gè)方面的問題：1：中子從發(fā)射到吸收的具體過程為：20居里的AmBe中子源

5、4107 個(gè)快中子、能量約為幾百萬電子伏特、快中子 非彈性散射、快中子對(duì)原子核的活化、快中子的彈性散射及減速能量為：0.025ev,速度為2.2105厘米/秒 的熱中子。中子探測器吸收脈沖信號(hào)2:熱中子為什么帶有地層的含氫量信息：根據(jù)碰撞學(xué)說，中子碰撞中的能量損失與被碰撞物質(zhì)的質(zhì)量和入射角有關(guān)，與中子質(zhì)量相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)碰撞(彈性碰撞)，中子損失的能量最大。在地層中，氫原子具有與中子非常接近的質(zhì)量，因此地層對(duì)快中子的減速能力主要決定于地層的含氫量含氫量高的地層宏觀減速能力強(qiáng)，減速長度小。3:含氫量與地層孔隙度之間的關(guān)系：地層孔隙是充滿流體的細(xì)微空間，水及碳?xì)浠衔镏泻袣湓?，無油地層與礦巖中極少或

6、根本沒有氫。這樣儀器的相應(yīng)基本上反映了充滿流體的地層的細(xì)微空間，即孔隙度。儀器測量原理該儀器具有兩道探測器來探測地層的熱中子射線。其中離放射性源的距離較遠(yuǎn)的叫長源距探測器，離放射性源近的叫短遠(yuǎn)距探測器。短源距探測器的靈敏度較低，由于它離源較近，所以探測深度較淺，它主要探測來自井眼的熱中子分布信息。長源距探測器的靈敏度較高，探測深度較深，它主要探測來自地層的熱中子分布信息。長源距探測器探測的熱中子也受井眼的影響。這個(gè)影響可以利用短源距探測器探測到的井眼影響信息來進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償中子的概念由此而來。HCT補(bǔ)償中子儀器吸收了國內(nèi)外同類儀器的優(yōu)點(diǎn)，采用高穩(wěn)定的電子放大線路和進(jìn)口的高靈敏度熱中子探測器（H

7、e-3正比計(jì)數(shù)管）。在設(shè)計(jì)制造時(shí)，優(yōu)化了國內(nèi)同類產(chǎn)品，使得該儀器測量誤差小，可靠性高，具有良好的使用調(diào)校性能。儀器由外部殼體組件和內(nèi)部電子線路芯件兩大部分組成，外部殼體組件主要包括上部殼體組件、中子源裝載段和底錐、推靠器等，內(nèi)部電子線路芯件由兩個(gè)熱中子探測器、電子線路板、插頭座、骨架等組成。儀器的推靠器是外置機(jī)械推靠器。由彈簧鋼板和兩個(gè)固定彈簧鋼板的定位靴組成。儀器外部結(jié)構(gòu)示意圖如下： 推靠器 放射性源倉 儀器外殼 底錐 1：補(bǔ)償中子為什么容易受到井眼影響：2：補(bǔ)償中子為什么不象微球或密度儀器那樣采用電動(dòng)推靠器來提高儀器的貼合井壁的效果：因?yàn)檠a(bǔ)償中子探測器的源距較長，同時(shí)，探測器輸出的信號(hào)微弱

8、，那么放大電路不能遠(yuǎn)離探測器。儀器除了探測器和放大電路，剩下的電路所占的儀器長度就很少了，所以，儀器需要將整支儀器推靠井壁，無法采用電動(dòng)探測器。補(bǔ)償?shù)母拍睿簻y量地層中的熱中子分布信息，只需要一個(gè)熱中子探測器就夠了，但是一個(gè)探測器探測到的熱中子信息受井眼影響。為了補(bǔ)償這一影響，引用了一個(gè)靈敏度低的熱中子探測器來專門探測井眼熱中子的分布信息。用短源距探測器探測的信號(hào)來補(bǔ)償長源距探測器探測的井眼影響。補(bǔ)償中子測井儀的電子線路由探測器、放大測量電路、低壓電源和高壓電源電路等組成。He-3探測器輸出的脈沖，經(jīng)電荷靈敏放大器放大，甄別器甄別掉噪聲后，輸入到分頻器中分頻，分頻后的信號(hào)由電路成形器將它形成等寬

9、等幅的脈沖，然后輸出到信號(hào)傳輸電路。儀器分為長、短兩個(gè)源距道，補(bǔ)償中子兩道電路完全相同。探測到的地層中子信號(hào)為0.5uv1.5mv之間連續(xù)分布。放大器放大倍數(shù)為3200倍。為了減小電路功耗，分頻系數(shù)定為8分頻。3.探測器：中子探測器He-3管簡介：目前國內(nèi)外補(bǔ)償中子測井儀均采用He-3正比計(jì)數(shù)管作熱中子探測器，它在正常工作情況下輸出負(fù)極性電脈沖，脈沖幅度在0.5uv-1.5mv范圍內(nèi)連續(xù)分布，脈沖寬度小于5us，為隨機(jī)信號(hào)，He-3管的外形結(jié)構(gòu)為圓柱形，在圓柱的軸心，有一根在理論上視為無限小的金屬絲，圓柱內(nèi)充滿若干個(gè)大氣壓的He-3氣體，氣壓的大小對(duì)其靈敏度有關(guān)。它探測中子的反應(yīng)式為： 2He

10、3 + on 1 T + P + 0.764MevHe-3正比計(jì)數(shù)管的結(jié)構(gòu)示意圖如下： 陰極He-3管陽極探測器的特點(diǎn)1：結(jié)構(gòu)簡單2：不怕高壓電沖擊，害怕物理應(yīng)力沖擊3：負(fù)載無窮大4：輸出信號(hào)弱，需要注意屏蔽5：只對(duì)熱中子靈敏，對(duì)其他能量的中子不靈敏。He-3管性能測試步驟為：1) 將He-3管裝在儀器上，工作高壓采用外接高壓電源。2) 給儀器供電，確保連接在He-3管后面的信號(hào)處理電路工作正常。3) 在He-3管附近放置400mCi左右的中子標(biāo)準(zhǔn)源。4) 打開外接高壓電源，將輸出高壓由低逐級(jí)向高調(diào)節(jié)，注意，高壓應(yīng)該由低到高，逐漸增加，如：從800V到900V逐漸調(diào)高。5) 連續(xù)讀取儀器200

11、秒以上的計(jì)數(shù)率，如：外接高壓為1200V時(shí)讀取儀器200秒的計(jì)數(shù)，外接高壓為1300V時(shí)再讀取儀器200秒的計(jì)數(shù)。在外接高壓不斷增加的情況下，儀器的計(jì)數(shù)也會(huì)增加；但增加到一定量時(shí)，計(jì)數(shù)增加的速度變慢，說明此時(shí)的高壓以到了He-3管的工作坪區(qū)。再增加外接高壓，計(jì)數(shù)率將增加很快，此時(shí)的高壓已接近He-3管的放電區(qū)，外接高壓不能再增加，否則就會(huì)燒壞He-3管。6) 將讀取的計(jì)數(shù)率數(shù)據(jù)在“計(jì)數(shù)率-高壓”的坐標(biāo)上畫出坪曲線圖，根據(jù)坪的中點(diǎn)就可確定該He-3管的工作高壓。He-3探測器的坪越寬，說明其性能越好。He-3探測器的坪寬不能低于150V。7) 為了He-3探測器的高溫性能，上述過程應(yīng)在高溫狀態(tài)下

12、重復(fù)做一次。圖中三條曲線分別為He-3探測器在常溫時(shí)，175以及175恒溫1小時(shí)后的坪曲線。VH為選定的探測器工作電壓。補(bǔ)償中子測井儀的長源距探測器的高壓大約為：VH=1650V。短源距探測器的高壓大約為VH=1155V。探測器的工作坪：在放大倍數(shù)一定、比較器的門檻值一定的條件下，供給探測器的高壓越高，探測器輸出的計(jì)數(shù)也越高。高壓在一定的范圍內(nèi)，加在探測器上的高壓增加時(shí)，探測器輸出的計(jì)數(shù)率隨變化不明顯。這就是坪區(qū)。 中子探測器工作在坪區(qū)。探測器的工作坪由三個(gè)因素決定：a) 高壓b) 放大倍數(shù)c) 門檻高壓坪的三個(gè)重要參數(shù)： 1：坪寬：為什么坪越寬越好。 2：坪斜：為什么坪斜越小越好 3：坪高：

13、為什么坪越低越好 探測器焊接調(diào)試注意事項(xiàng)a) 補(bǔ)償中子儀器的高壓電源的負(fù)載接近無窮大。因此儀器通電后，即使關(guān)掉電源，在高壓隔直電容和濾波電容上殘留的高壓電位無法形成回路釋放，因此調(diào)校過程中容易造成人體觸電。另外，如果用萬用表和示波器測量該點(diǎn)的電位和波形，則會(huì)燒壞萬用表和示波器。需要注意安全。b) 儀器探測器He-3正比計(jì)數(shù)管是一種高靈敏的熱中子探測器，由于管內(nèi)填充的氣壓較高，所以在調(diào)校使用過程中要輕拿輕放，不能碰撞，以免損壞管內(nèi)的陽極絲。在焊接過程中，嚴(yán)禁用力撥動(dòng)He-3探測器的引線端，否則會(huì)造成He-3氣體泄漏而不能正常工作。在給He-3管供電時(shí)，應(yīng)先檢查供電電壓，防止長、短源距的高壓接反，否則長源距1600V左右的高壓加在短源距探測器上，就有可能造成短源距探測器高壓沖擊損壞。c) 用酒精嚴(yán)格清洗探測器He-3管端面和信號(hào)接線柱。d) 連接探測器輸出的信號(hào)線必須采用質(zhì)量較好的屏蔽線，并在剝離該屏蔽線的接頭時(shí)嚴(yán)格注意不能損傷絕緣層，建議不能采用剝線鉗，因?yàn)閯兙€鉗容易損傷屏蔽線的絕緣層。應(yīng)該手工直接剝線。e) 連接探測器輸出的信號(hào)線必須盡可能短，以避免不必要的信號(hào)衰減。4.儀器電路簡介工作原理框圖如下：探測器鑒別器放大器分頻器整形輸出高壓電源探測器鑒別器放大器分頻器整形輸出高壓電源 in out低壓電源12