補償中子測井儀器講

1、補償中子測井儀補償中子測井儀 目錄目錄 儀器簡介儀器簡介 儀器原理儀器原理 儀器探測器儀器探測器 電路簡介電路簡介 儀器刻度儀器刻度儀器簡介儀器簡介 儀器用途儀器用途 儀器特點儀器特點 儀器技術指標儀器技術指標 確定地層孔隙度確定地層孔隙度 判斷巖性判斷巖性 確定泥質含量確定泥質含量儀器用途儀器用途儀器特點儀器特點 儀器特有的推靠器：儀器特有的推靠器： 儀器的重量相對輕：儀器的重量相對輕： 由于中子射線可以很容易穿透鋼管，由于中子射線可以很容易穿透鋼管， 因此補償中子測井儀不僅可以在裸眼井因此補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。中測量，還可以在套管井中測量。 自然界存

2、在伽馬射線，但不存在中子射自然界存在伽馬射線，但不存在中子射 線，所以儀器在正常情況下，本底線，所以儀器在正常情況下，本底為零為零。儀器構成儀器構成儀器技術指標儀器技術指標 儀器最大外壓：儀器最大外壓：100Mpa100Mpa 儀器最大測速：儀器最大測速：560m/h560m/h測速與源強有關。測速與源強有關。 儀器使用電纜長度儀器使用電纜長度 7000m7000m 儀器測量范圍：儀器測量范圍：0 0 100P.u.100P.u. 儀器耐溫：儀器耐溫：155155當地層孔隙度為：當地層孔隙度為： 0 0 10 P.u. 10 P.u. 時，時， 儀器誤差為：儀器誤差為： 1P.u.1P.u.當

3、地層孔隙度為：當地層孔隙度為：10 10 45 P.u. 45 P.u. 時，時， 儀器誤差為：儀器誤差為： 3P.u.3P.u.當地層孔隙度：當地層孔隙度： 45 P.u. 45 P.u. 時，時， 儀儀器誤差為：器誤差為： 7P.u.7P.u.儀器測量精度儀器測量精度補償中子測井儀器補償中子測井儀器 儀器外觀儀器外觀源室儀器結構儀器結構補償中子線補償中子線路板路板180mm180mm補償中子長補償中子長源距探測器源距探測器5757* *234234補償中子短補償中子短源距探測器源距探測器25.425.4* *130130補償中補償中子源室子源室268mm268mm 中子測井核物理基礎中子測

4、井核物理基礎 中子從發(fā)射到吸收的具體過程中子從發(fā)射到吸收的具體過程 熱中子為什么帶有地層的含氫量熱中子為什么帶有地層的含氫量 信息信息 含氫量與地層孔隙度之間的關系含氫量與地層孔隙度之間的關系 中子射線的探測原理中子射線的探測原理儀器測量原理儀器測量原理概述概述 補償中子測井儀是一種具有兩道熱中子探測器的放射性強度補償中子測井儀是一種具有兩道熱中子探測器的放射性強度測井儀器，它與地面計算機測井系統配套，可以測定裸眼井或套測井儀器，它與地面計算機測井系統配套，可以測定裸眼井或套管井的地層結構的孔隙度以及判斷巖性和確定泥質含量，是三大管井的地層結構的孔隙度以及判斷巖性和確定泥質含量，是三大孔隙度測

5、井項目中必不可少的測井儀器。該儀器吸收了國內外同孔隙度測井項目中必不可少的測井儀器。該儀器吸收了國內外同類儀器的優(yōu)點，采用高穩(wěn)定的電子放大線路和進口的高靈敏度熱類儀器的優(yōu)點，采用高穩(wěn)定的電子放大線路和進口的高靈敏度熱中子探測器（中子探測器（He-3He-3正比計數管）。正比計數管）。 為了減少井眼套管泥餅對測量的影響，下井儀將兩個靈敏度為了減少井眼套管泥餅對測量的影響，下井儀將兩個靈敏度不同的不同的He-3He-3探測器布置在離中子源距離不同的位置上，用它們的探測器布置在離中子源距離不同的位置上，用它們的兩個計數率的比值來反映地層孔隙度的大小，提高了測量精度。兩個計數率的比值來反映地層孔隙度的

6、大小，提高了測量精度。 儀器測量原理儀器測量原理 補償中子測井儀上裝載著補償中子測井儀上裝載著2020居里的居里的Am-BeAm-Be中中子源，能量約為幾百萬電子伏特。每秒鐘將產子源，能量約為幾百萬電子伏特。每秒鐘將產生生4 4 10107 7 個快中子，這些快中子射入地層，與地個快中子，這些快中子射入地層，與地層的物質發(fā)生一系列的核反應。其中包括：快層的物質發(fā)生一系列的核反應。其中包括：快中子的非彈性散射、快中子對原子核的活化、中子的非彈性散射、快中子對原子核的活化、快中子的彈性散射及減速?？熘凶咏涍^一系列快中子的彈性散射及減速?？熘凶咏涍^一系列的非彈性碰撞及彈性碰撞，能量逐漸減小，最的非彈

7、性碰撞及彈性碰撞，能量逐漸減小，最后當中子能量與地層的原子處于熱平衡狀態(tài)時，后當中子能量與地層的原子處于熱平衡狀態(tài)時，中子不再減速。這種能量狀態(tài)的中子叫熱中子中子不再減速。這種能量狀態(tài)的中子叫熱中子。儀器測量原理儀器測量原理儀器測量原理儀器測量原理 標準熱中子的能量為：標準熱中子的能量為：0.025ev,0.025ev,速度為速度為2.22.210105 5厘米厘米/ /秒。根據碰撞學說，中子碰撞秒。根據碰撞學說，中子碰撞中的能量損失與被碰撞物質的質量和入射角中的能量損失與被碰撞物質的質量和入射角有關，與中子質量相當的物質碰撞有關，與中子質量相當的物質碰撞( (彈性碰撞彈性碰撞) )，中子損失

8、的能量最大。在地層中，氫原子，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量，因此地層對快具有與中子非常接近的質量，因此地層對快中子的減速能力主要決定于地層的含氫量含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，減速長度小氫量高的地層宏觀減速能力強，減速長度小。經過幾次碰撞后，快中子將被減速，能量。經過幾次碰撞后，快中子將被減速，能量從快中子的平均能量從快中子的平均能量5.6MeV5.6MeV衰減到衰減到0.025eV0.025eV的的熱中子。熱中子。儀器測量原理儀器測量原理 這些熱中子部分進入探測器，撞擊這些熱中子部分進入探測器，撞擊He-3He-3核，核，

9、引起核反應，產生引起核反應，產生H H3 3( (氚氚) )子，該質子使其它一部子，該質子使其它一部分分He-3He-3電離，產生帶電的離子和電子，在高壓電電離，產生帶電的離子和電子，在高壓電場的作用下，電子向陽極運動，產生一負脈沖，場的作用下，電子向陽極運動，產生一負脈沖，該脈沖被電子線路放大并記錄下來，探測器接受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。因中子的多少直接反映了地層中氫原子的多少。因此此He-3He-3探測器及其電子線路組成的下井儀可以測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微量地層中的含氫量。地層

10、孔隙是充滿流體的細微空間，水及碳氫化合物中含有氫原子，無油地層空間，水及碳氫化合物中含有氫原子，無油地層與礦巖中極少或根本沒有氫。這樣儀器的相應基與礦巖中極少或根本沒有氫。這樣儀器的相應基本上反映了充滿流體的地層的細微空間，即孔隙本上反映了充滿流體的地層的細微空間，即孔隙度。度。儀器測量原理儀器測量原理 2020居里的居里的AmBeAmBe中子源中子源 4 4 10107 7 個快中子、能量約為幾百萬電子伏個快中子、能量約為幾百萬電子伏特?？熘凶犹亍？熘凶?非彈性散射、快中子非彈性散射、快中子對原子核的活化、快中子的彈性散對原子核的活化、快中子的彈性散射及減速射及減速 能量為：能量為：0.02

11、5ev,0.025ev,速度為速度為2.22.210105 5厘米厘米/ /秒的熱中子。秒的熱中子。 中子中子探測器吸收探測器吸收 脈沖信號脈沖信號 根據碰撞學說，中子碰撞中的能量根據碰撞學說，中子碰撞中的能量損失與被碰撞物質的質量和入射角有損失與被碰撞物質的質量和入射角有關，與中子質量相當的物質碰撞關，與中子質量相當的物質碰撞( (彈性彈性碰撞碰撞) )，中子損失的能量最大。在地層，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中，氫原子具有與中子非常接近的質量，因此地層對快中子的減速能力主量，因此地層對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要決定于地層的含氫量含氫量

12、高的地層宏觀減速能力強，減速長度小。層宏觀減速能力強，減速長度小。儀器測量原理儀器測量原理 地層孔隙是充滿流體的細微空間，在地層孔隙是充滿流體的細微空間，在這些空間里充滿了水及碳氫化合物。這些這些空間里充滿了水及碳氫化合物。這些物質中含有較多的氫原子，無油地層與礦物質中含有較多的氫原子，無油地層與礦巖中極少或根本沒有氫。這樣地層的含氫巖中極少或根本沒有氫。這樣地層的含氫量基本上反映了充滿流體的地層的細微空量基本上反映了充滿流體的地層的細微空間，即孔隙度。間，即孔隙度。儀器測量原理儀器測量原理儀器測量原理儀器測量原理 在井眼里充滿了含氫較高的泥漿。這在井眼里充滿了含氫較高的泥漿。這對來自地層的熱

13、中子信號的影響較大。由對來自地層的熱中子信號的影響較大。由于中子儀器的源距較長，同時由于放大電于中子儀器的源距較長，同時由于放大電路不能遠離探測器。所以，儀器需要將整路不能遠離探測器。所以，儀器需要將整支儀器推靠井壁，無法象密度、微球儀器支儀器推靠井壁，無法象密度、微球儀器那樣采用電動推靠器。因此，井眼對中子那樣采用電動推靠器。因此，井眼對中子儀器測井的影響較明顯。儀器測井的影響較明顯。 為了克服井眼影響，儀器采用了補償的概為了克服井眼影響，儀器采用了補償的概念。念。儀器測量原理儀器測量原理 儀器具有兩道探測器來探測地層的熱中子。儀器具有兩道探測器來探測地層的熱中子。其中離放射源距離較遠的叫長

14、源距探測器，較近其中離放射源距離較遠的叫長源距探測器，較近的叫短遠距探測器。短源距探測器的靈敏度低，的叫短遠距探測器。短源距探測器的靈敏度低，由于它離放射源較近，所以探測深度較淺。它主由于它離放射源較近，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。這個影響可以利用短源熱中子也受井眼的影響。這個影響可以利用短源距探測器探測到的井眼影響信息來進行補償

15、。補距探測器探測到的井眼影響信息來進行補償。補償中子的概念由此而來。償中子的概念由此而來。儀器探測器儀器探測器 探測器簡介探測器簡介 探測器結構示意圖探測器結構示意圖 探測器特點探測器特點 探測器性能測試原理探測器性能測試原理 探測器工作坪的概念探測器工作坪的概念 探測器調試使用注意事項探測器調試使用注意事項儀器探測器儀器探測器 目前國內外補償中子測井儀均采用目前國內外補償中子測井儀均采用He-3He-3正正比計數管作熱中子探測器，它在正常工作情況比計數管作熱中子探測器，它在正常工作情況下輸出負極性電脈沖，脈沖幅度在下輸出負極性電脈沖，脈沖幅度在0.5uv-1.5mv0.5uv-1.5mv范圍

16、內連續(xù)分布，脈沖寬度小于范圍內連續(xù)分布，脈沖寬度小于5us5us，為隨機信，為隨機信號，號，He-3He-3管的外形結構為圓柱形，在圓柱的軸管的外形結構為圓柱形，在圓柱的軸心，有一根在理論上視為無限小的金屬絲，圓心，有一根在理論上視為無限小的金屬絲，圓柱內充滿若干個大氣壓的柱內充滿若干個大氣壓的He-3He-3氣體，氣壓的大氣體，氣壓的大小對其靈敏度有關。小對其靈敏度有關。儀器探測器儀器探測器 陰極 管殼 陽極 探測器的特點探測器的特點1：探測器內有一無限小的金屬絲，其結探測器內有一無限小的金屬絲，其結 構簡單；構簡單；2 2：不怕高壓電沖擊，害怕物理應力沖：不怕高壓電沖擊，害怕物理應力沖 擊

17、；擊；3 3：負載無窮大；：負載無窮大；4 4：輸出信號弱，需要注意屏蔽；：輸出信號弱，需要注意屏蔽；5 5：只對熱中子靈敏，對其他能量的中子：只對熱中子靈敏，對其他能量的中子 不靈敏不靈敏 ；儀器探測器儀器探測器探測器性能測試探測器性能測試1)將將He-3He-3管裝在儀器上，工作高壓采用外接管裝在儀器上，工作高壓采用外接 高壓電源。高壓電源。2) 2) 給儀器供電，確保連接在給儀器供電，確保連接在He-3He-3管后面的信管后面的信 號處理電路工作正常。號處理電路工作正常。3) 3) 在在He-3He-3管附近放置管附近放置400mCi400mCi左右的中子標準左右的中子標準 源。源。4

18、4）打開外接高壓電源，將輸出高壓由低逐級）打開外接高壓電源，將輸出高壓由低逐級 向高調節(jié)，注意，高壓應該由低到高，逐漸向高調節(jié)，注意，高壓應該由低到高，逐漸增加，如：從增加，如：從800V800V到到900V900V逐漸調高。逐漸調高。儀器探測器儀器探測器儀器探測器儀器探測器5）連續(xù)讀取儀器連續(xù)讀取儀器200200秒以上的計數率，如：外接高壓為秒以上的計數率，如：外接高壓為1200V1200V 時讀取儀器時讀取儀器200200秒的計數，外接高壓為秒的計數，外接高壓為1300V1300V時再讀取儀器時再讀取儀器 200200秒的計數。在外接高壓不斷增加的情況下，儀器的計秒的計數。在外接高壓不斷增

19、加的情況下，儀器的計 數也會增加；但增加到一定量時，計數增加的速度變慢，數也會增加；但增加到一定量時，計數增加的速度變慢， 說明此時的高壓以到了說明此時的高壓以到了He-3He-3管的工作坪區(qū)。再增加外接高管的工作坪區(qū)。再增加外接高 壓，計數率將增加很快，此時的高壓已接近壓，計數率將增加很快，此時的高壓已接近He-3He-3管的放電管的放電 區(qū)，外接高壓不能再增加，否則就會燒壞區(qū)，外接高壓不能再增加，否則就會燒壞He-3He-3管。管。 6 6）將讀取的計數率數據在）將讀取的計數率數據在“計數率計數率-高壓高壓”的坐標上畫出坪的坐標上畫出坪 曲線圖，根據坪的中點就可確定該曲線圖，根據坪的中點就

20、可確定該He-3He-3管的工作高壓。管的工作高壓。 He-3He-3探測器的坪越寬，說明其性能越好。探測器的坪越寬，說明其性能越好。He-3He-3探測器的坪探測器的坪 寬不能低于寬不能低于150V150V。典型的探測器坪曲線示意圖典型的探測器坪曲線示意圖恒 溫坪高溫坪常溫坪HVCPS70006000500018001700160015001400工作高壓13001200儀器探測器儀器探測器探測器探測器高壓坪的三個重要參數高壓坪的三個重要參數：1 1：坪寬坪寬: :坪越寬坪越寬, ,儀器受高壓波動的影響越儀器受高壓波動的影響越 小小, ,因此坪越寬越好。因此坪越寬越好。2 2：坪斜：坪斜:

21、:坪斜越小坪斜越小, ,輸出計數隨高壓變化越輸出計數隨高壓變化越 小小, ,因此坪斜越小越好。因此坪斜越小越好。3 3：坪高：坪高: :坪越低坪越低, ,要求的高壓越低要求的高壓越低, ,高壓低，高壓低， 由高壓產生的噪音也越小由高壓產生的噪音也越小, ,同時對儀器的同時對儀器的 絕緣要求越低。因此坪越低越好絕緣要求越低。因此坪越低越好 。補償中子儀器的高壓電源的負載接近無窮大。補償中子儀器的高壓電源的負載接近無窮大。因此儀器通電后，即使關掉電源，在高壓隔因此儀器通電后，即使關掉電源，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，因此調校過程中

22、容易造成人體成回路釋放，因此調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觸電。另外，如果用萬用表和示波器測量該點的電位和波形，則會燒壞萬用表和示波器。點的電位和波形，則會燒壞萬用表和示波器。連接探測器輸出的信號線必須盡可能短，以連接探測器輸出的信號線必須盡可能短，以避免不必要的信號衰減。避免不必要的信號衰減。探測器使用調試注意事項探測器使用調試注意事項儀器探測器儀器探測器 儀器探測器儀器探測器He-3He-3正比計數管是一種高靈敏的正比計數管是一種高靈敏的熱中子探測器，由于管內填充的氣壓較高，所以熱中子探測器，由于管內填充的氣壓較高，所以在調校使用過程中要輕拿輕放，不能碰撞，以

23、免在調校使用過程中要輕拿輕放，不能碰撞，以免損壞管內的陽極絲。在焊接過程中，嚴禁用力撥損壞管內的陽極絲。在焊接過程中，嚴禁用力撥動動He-3He-3探測器的引線端，否則會造成探測器的引線端，否則會造成He-3He-3氣體泄氣體泄漏而不能正常工作。在給漏而不能正常工作。在給He-3He-3管供電時，應先檢管供電時，應先檢查供電電壓，防止長、短源距的高壓接反，否則查供電電壓，防止長、短源距的高壓接反，否則長源距長源距1600V1600V左右的高壓加在短源距探測器上，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。就有可能造成短源距探測器高壓沖擊損壞。探測器使用調校注意事項探測器

24、使用調校注意事項儀器探測器儀器探測器 補償中子探測器結構參數主要包括：補償中子探測器結構參數主要包括：He3He3計數計數管尺寸、長短源距、屏蔽材料及厚度等。分析這管尺寸、長短源距、屏蔽材料及厚度等。分析這些參數對測量結果的影響，對設計高精度、高可些參數對測量結果的影響，對設計高精度、高可靠補償中子測井儀器具有重要指導意義。本文在靠補償中子測井儀器具有重要指導意義。本文在實際測量實驗基礎上，討論探測器結構參數及測實際測量實驗基礎上，討論探測器結構參數及測量器件的選取。量器件的選取。儀器探測器儀器探測器He-3He-3管管 對同樣的測量地層而言，補償中子對同樣的測量地層而言，補償中子He-3He

25、-3管直徑越大，熱中管直徑越大，熱中子吸收截面就越大，計數率就越高，統計漲落越小?，F今有子吸收截面就越大，計數率就越高，統計漲落越小?，F今有許多種許多種He-3He-3管，有國產的，也有進口的?，F將基本情況列表管，有國產的，也有進口的?，F將基本情況列表如下：如下：規(guī)格規(guī)格型號型號尺尺 寸寸溫溫 度度RS-P4-1808-RS-P4-1808-20220257.257.2203.6mm203.6mm175175RS-P4-1004-RS-P4-1004-20120131.831.8101.8mm101.8mm175175RS-P4-1808-RS-P4-1808-22922957.257.220

26、0mm200mm175175RS-P4-0804-RS-P4425.4100mm100mm1751756363355mm355mm 31.831.8130mm130mm儀器探測器儀器探測器儀器探測器儀器探測器屏蔽材料屏蔽材料 CSU CSU 補償中子中，在長源距補償中子中，在長源距He-3He-3管與短源距管與短源距He-3He-3管之間管之間、短源距、短源距He-3He-3管和中子源之間使用了氟化硼砂棒。氟化硼砂管和中子源之間使用了氟化硼砂棒。氟化硼砂棒長度為棒長度為5-7mm,5-7mm,直徑稍大于直徑稍大于He-3He-3管管子直徑，鎘片厚度為管管子直徑，鎘

27、片厚度為2mm2mm。氟化硼由于硼的俘獲截面大，可以吸收快中子減速后。氟化硼由于硼的俘獲截面大，可以吸收快中子減速后形成的直射熱中子，放出散射伽馬射線，而在硼砂棒后加形成的直射熱中子，放出散射伽馬射線，而在硼砂棒后加2mm2mm鎘片可以吸收散射的伽馬射線。屏蔽材料一方面阻擋和鎘片可以吸收散射的伽馬射線。屏蔽材料一方面阻擋和隔離非探測區(qū)域直射熱中子進入長短隔離非探測區(qū)域直射熱中子進入長短He-3He-3管；另一方面通過管；另一方面通過阻擋無用熱中子進入，提高了對來自地層的熱中子測量靈敏阻擋無用熱中子進入，提高了對來自地層的熱中子測量靈敏度，同時對降低地層熱中子的漏計幾率也有益處。度，同時對降低地

28、層熱中子的漏計幾率也有益處。 源距源距 探測器源距是探測器系統重要參數之一，一是與測量靈敏探測器源距是探測器系統重要參數之一，一是與測量靈敏度有關，二是與儀器的探測深度有關，探測深度與長源距數值度有關，二是與儀器的探測深度有關，探測深度與長源距數值相同。下面列出相同。下面列出SchlumbergerSchlumberger的的CSUCSU補償中子和補償中子和West Atlas West Atlas 的的CLS3700CLS3700補償中子探測器源距等參數。補償中子探測器源距等參數。 參數參數儀器儀器長源距長源距短源距短源距差差 值值探測探測深度深度CSUCSU63.5mm63.5mm38.5

29、mm38.5mm25mm25mm63.5mm63.5mmCLS3700CLS370052mm52mm33mm33mm19mm19mm52mm52mm國產補償國產補償中子中子與國外與國外2 2家公司源距值基本相同或相近家公司源距值基本相同或相近儀器探測器儀器探測器結構參數與測量靈敏度的關系結構參數與測量靈敏度的關系 補償中子測量靈敏度表示在標稱的孔隙度測量范圍內測補償中子測量靈敏度表示在標稱的孔隙度測量范圍內測量時，短源距計數率與長源距計數率之比量時，短源距計數率與長源距計數率之比R R的變化范圍，換的變化范圍，換句話說就是單位孔隙度變化產生的句話說就是單位孔隙度變化產生的R R比值變化。下面給

30、出比值變化。下面給出CSUCSU補償中子刻度數據及依據數據得出的刻度圖版。補償中子刻度數據及依據數據得出的刻度圖版。N NL L為長為長源距源距He-3He-3管計數率，管計數率，N NS S為短源距為短源距He-3He-3管計數率，管計數率，R R為為 N NS S/N/NL L，RR為區(qū)間測量靈敏度。為區(qū)間測量靈敏度。儀器探測器儀器探測器補償中子補償中子A A儀器刻度數據（屏蔽材料尼龍儀器刻度數據（屏蔽材料尼龍, ,長短源距分頻分別長短源距分頻分別1616和和3232） 井號井號儀器儀器M36M36M1M1M31M31M2M2M33M33M3M3M26M26M6M6100P.U.35.7P

31、.U.25.2P.U.16.5P.U.14.2P.U.8.8P.U.6.8P.U.1.0P.U.ANL205.2531.6723.21102.41273.6163019373704NS4259778294011145912569139521498521601R20.75514.639812.99910.3949.8738.5597.7365.832R0.09510.15630.29940.22650.24330.41150.3283R2 0204060801000510152025儀器探測器儀器探測器儀器電路簡介儀器電路簡介 儀器的電子線路由探測器、放大測量電路、儀器的電子線路由探測器、放大測

32、量電路、低壓電源和高壓電源電路等組成。低壓電源和高壓電源電路等組成。 He-3He-3探測器輸出的脈沖，經電荷靈敏放大探測器輸出的脈沖，經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，分頻后的信號由電路成形器將它形成等寬分頻，分頻后的信號由電路成形器將它形成等寬等幅的脈沖，然后輸出到信號傳輸電路。等幅的脈沖，然后輸出到信號傳輸電路。 儀器分為長、短兩個源距道，補償中子兩道儀器分為長、短兩個源距道，補償中子兩道電路完全相同。探測到的地層中子信號為電路完全相同。探測到的地層中子信號為0.5uv1.5mv0.5uv1.5mv之間連續(xù)分布。放大器

33、放大倍數為之間連續(xù)分布。放大器放大倍數為32003200倍。為了減小電路功耗，分頻系數定為倍。為了減小電路功耗，分頻系數定為8 8分分頻。頻。 電路原理電路原理 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。等組成。探測器鑒別器放大器分頻器整形輸出-12V 12V 補償中子儀器工作原理框圖補償中子儀器工作原理框圖高壓電源 輸入 輸出 儀器電路簡介儀器電路簡介高壓電路高壓電路123412345656R?R17R?R19HV-LHV-SU6U710MR1810MR20-12V+12VHCTBDO1-J1HCTBDO2-J1100

34、00p C2010000p C21100uC23100uC22100uC25100uC2427RR2227RR21儀器電路簡介儀器電路簡介 高壓部分采用的是高壓部分采用的是HVC175PB12-02HVC175PB12-02超小型電源模超小型電源模塊。它可帶塊。它可帶7M7M以上負載，且可開路（相當負載為無以上負載，且可開路（相當負載為無窮大）使用。負載電阻越大，高壓輸出的紋波就越窮大）使用。負載電阻越大，高壓輸出的紋波就越小，中子儀器高壓輸出紋波小，中子儀器高壓輸出紋波30mV30mV。 高壓模塊的輸入電壓為高壓模塊的輸入電壓為12V12V，輸出電壓最高為，輸出電壓最高為+2000V+200

35、0V，工作電流小于，工作電流小于30mA30mA。輸出電流為。輸出電流為250A250A。 高壓模塊的輸出電壓由高壓模塊的輸出電壓由2 2個電阻來調節(jié)，如圖，個電阻來調節(jié)，如圖，R17R17調節(jié)長源距的輸出高壓，此電壓一般調節(jié)在調節(jié)長源距的輸出高壓，此電壓一般調節(jié)在1550V1700V1550V1700V之間，再由之間，再由R19R19調節(jié)短源距高壓，此電調節(jié)短源距高壓，此電壓一般選在壓一般選在+1100V1250V+1100V1250V，實際工作電壓由探測器，實際工作電壓由探測器的坪曲線決定的坪曲線決定 高壓電路高壓電路儀器電路簡介儀器電路簡介放大電路放大電路100RR 21MR 310MR

36、 41000pC 2560pC 510pC 43.9MR 16.2KR 52200pC 14pC 30.1uC 70.1uC 120.1uC 81MR 6220RR 1291pC 60.01uC 90.01uC 13220RR 13U6-HVHe-L2CK70DD12CK70DD2324678HA2620324678HA262022uC 1422uC 10U1U2-12V+12VL M 111-2儀器電路簡介儀器電路簡介放大電路由HA2620運算放大器組成。放大電路由放大電路由HA2620HA2620運算放大器組成。運算放大器組成。 HA2620HA2620具有高速、低噪等相關特性，溫度可達具

37、有高速、低噪等相關特性，溫度可達175175，放大后的波形失真較小，放大倍數受溫度影，放大后的波形失真較小，放大倍數受溫度影響很小。響很小。 放大電路的入口信號為放大電路的入口信號為0.5uv1.5mv0.5uv1.5mv范圍內連續(xù)范圍內連續(xù)分布分布, ,脈沖寬度小于脈沖寬度小于5us5us的隨機信號。調節(jié)電阻的隨機信號。調節(jié)電阻R4R4、R6R6可以改變放大器的放大倍數。信號經過放大后，輸出可以改變放大器的放大倍數。信號經過放大后，輸出信號為信號為4V4V的正弦信號。的正弦信號。放大電路放大電路儀器電路簡介儀器電路簡介信號處理電路信號處理電路0.1uC16130KR1410KR72MR100

38、.1uC19100KR910KR84.7KR161000pC181000pC173KR1149KR15L122uC11324178LM11112345678910111213141516CD452012345678910111213141516MC1452822uC15L2U3U4U50.25uCC26外 殼HA2620-6OUT+12V-12V儀器電路簡介儀器電路簡介放大器輸出的信號經LM111鑒別。放大器輸出的信號可以從TP1觀測點觀測到。調節(jié)電阻R9可以改變門檻電位的高低。儀器選用的門檻電位為：1.9V。觀察點為：TP3;正負電源的觀測點分別為TP5和TP6。CD4520為分頻器。為防止

39、電纜漏計和消除整形電路可能產生的阻塞現象，所以采取了分頻措施。信號模塊的分頻數不能在外部選擇，中子長、短源距電路都選用八分頻。分頻后信號輸出的觀測點為TP2。各個觀測點的信號波形詳見4.4的內容。放大器輸出的信號經LM111鑒別。放大器輸出的信號可以從TP1觀測點觀測到。調節(jié)電阻R9可以改變門檻電位的高低。儀器選用的門 放大器輸出的信號經放大器輸出的信號經LM111LM111鑒別。放大器輸出的信鑒別。放大器輸出的信號可以從號可以從TP1TP1觀測點觀測到。調節(jié)電阻觀測點觀測到。調節(jié)電阻R9R9可以改變門檻可以改變門檻電位的高低。儀器選用的門檻電位為：電位的高低。儀器選用的門檻電位為：1.9V1

40、.9V。觀察點。觀察點為：為：TP3;TP3;正負電源的觀測點分別為正負電源的觀測點分別為TP5TP5和和TP6TP6。CD4520CD4520為分頻器。為防止電纜漏計和消除整形電路可能產生為分頻器。為防止電纜漏計和消除整形電路可能產生的阻塞現象，所以采取了分頻措施。信號模塊的分頻的阻塞現象，所以采取了分頻措施。信號模塊的分頻數不能在外部選擇，中子長、短源距電路都選用八分數不能在外部選擇，中子長、短源距電路都選用八分頻。分頻后信號輸出的觀測點為頻。分頻后信號輸出的觀測點為TP2TP2。信號處理電路信號處理電路儀器電路簡介儀器電路簡介儀器刻度儀器刻度 刻度的概念刻度的概念 一級刻度原理一級刻度原

41、理 車間刻度原理車間刻度原理 現場刻度器使用注意事項現場刻度器使用注意事項6.4.1HCT補償中子密封源室結構(1)圖66所示為HCT補償中子密封源室結構示意圖。在圖66中，1儀器下接頭；2中子源室；3源室銷；4源室銷擋圈；5兩個定位螺釘。HCT補償中子密封源室結構示意圖在圖中，在圖中，1 1儀器下接頭；儀器下接頭；2 2中子源室；中子源室；3 3源室銷；源室銷；4 4源室銷源室銷擋圈；擋圈；5 5兩個定位螺釘。具體見培訓教材兩個定位螺釘。具體見培訓教材 儀器刻度儀器刻度圖所示為圖所示為HCTHCT補償中子密封源安裝示意圖，圖中所補償中子密封源安裝示意圖，圖中所示的源室銷已被源室銷擋圈卡住。將

42、中子源裝入中示的源室銷已被源室銷擋圈卡住。將中子源裝入中子源室，然后旋入兩個定位螺釘即可。子源室，然后旋入兩個定位螺釘即可。儀器刻度儀器刻度 儀器刻度，就是儀器刻度，就是一方面一方面要把儀器測井時要把儀器測井時輸出的脈沖信號與地層孔隙度之間建立一個輸出的脈沖信號與地層孔隙度之間建立一個誤差盡可能小的數學計算公式。誤差盡可能小的數學計算公式。 另一方面另一方面：由于建立的這個計算公式是：由于建立的這個計算公式是固定的，但儀器經過長時間使用、維修后各固定的，但儀器經過長時間使用、維修后各項性能會發(fā)生變化。那么在儀器性能發(fā)生變項性能會發(fā)生變化。那么在儀器性能發(fā)生變化時，需要對儀器的這一變化進行校正。

43、化時，需要對儀器的這一變化進行校正。 上述兩個過程都稱為儀器的刻度。上述兩個過程都稱為儀器的刻度。 刻度的概念刻度的概念儀器刻度儀器刻度 補償中子儀器長、短源距的兩道計補償中子儀器長、短源距的兩道計數率的比值數率的比值R R與地層孔隙度與地層孔隙度 的對數之的對數之間有非常近似直線的關系。可以將補中間有非常近似直線的關系?？梢詫⒀a中-R-R計算公式表達為：計算公式表達為： Ln = aLn = a* *R + b.R + b. 但由于各方面因素的影響，這條但由于各方面因素的影響，這條直線并不直，而是一條曲線。為了減小直線并不直，而是一條曲線。為了減小誤差，需要根據儀器誤差，需要根據儀器 -R-

44、R關系曲線的具關系曲線的具體形態(tài)，用相應的數學公式來描述。體形態(tài)，用相應的數學公式來描述。一級刻度原理一級刻度原理儀器刻度儀器刻度儀器設備準備：地面設備的準備、井下儀器的準儀器設備準備：地面設備的準備、井下儀器的準備。確保地面和井下儀工作正常，將井下儀與地備。確保地面和井下儀工作正常，將井下儀與地面系統正確連接好。面系統正確連接好。測量儀器的記錄點，做好深度標記，保證儀器刻測量儀器的記錄點，做好深度標記，保證儀器刻度時的記錄點對準刻度井的地層中點。度時的記錄點對準刻度井的地層中點。 將工作正常的儀器吊入刻度井中，要求保證良好將工作正常的儀器吊入刻度井中，要求保證良好的貼壁效果，并將儀器的計錄點

45、對準刻度井的中的貼壁效果，并將儀器的計錄點對準刻度井的中間位置。間位置。 給儀器供電，觀察儀器本底計數率，其本底計數給儀器供電，觀察儀器本底計數率，其本底計數率長源距為率長源距為0-2/30s 0-2/30s 為正常值。短源距計數率為正常值。短源距計數率0/30s0/30s為正常值。為正常值。一級刻度步驟一級刻度步驟儀器刻度儀器刻度儀器工作正常后，裝上強儀器工作正常后，裝上強20Ci20Ci的中子強源，并開的中子強源，并開始讀數。每個數為始讀數。每個數為3030秒的積累計數，并求取平均秒的積累計數，并求取平均值。儀器應采取不同方位反復測量，然后取其平值。儀器應采取不同方位反復測量，然后取其平均

46、值，以減少因標準井本身不均勻而造成的誤差。均值，以減少因標準井本身不均勻而造成的誤差。 記錄儀器的計數率，記的數據越多越好。補償中記錄儀器的計數率，記的數據越多越好。補償中子儀的計數率數據有如下兩個規(guī)律：刻度井標定子儀的計數率數據有如下兩個規(guī)律：刻度井標定的孔隙度越大，計數率越小刻度井標定的孔隙度的孔隙度越大，計數率越小刻度井標定的孔隙度越大，儀器的兩道計數率比值越大，儀器的兩道計數率比值R R越大。越大。(R= Ns / (R= Ns / NlNl。) )。一級刻度步驟一級刻度步驟儀器刻度儀器刻度儀器刻度儀器刻度 將每口井的孔隙度將每口井的孔隙度 、計數率比值、計數率比值R R整理出對整理出

47、對應的表格。然后在直角坐標系畫出各個點，注：比應的表格。然后在直角坐標系畫出各個點，注：比值值R = NS / NLR = NS / NL。橫坐標為比值。橫坐標為比值R R，縱坐標為孔隙度，縱坐標為孔隙度 。將各個點描成曲線，根據曲線的形狀，用相應。將各個點描成曲線，根據曲線的形狀，用相應的數學公式來表達。補中的數學公式來表達。補中-R-R計算公式一般采用三計算公式一般采用三次曲線方程。即：次曲線方程。即： a a* *R R3 3 + b + b* *R R2 2 + c + c* *R + dR + d 式中的式中的a a、b b、c c、d d為儀器刻度中所需要求出的常數。為儀器刻度中所

48、需要求出的常數。 儀器經過一級刻度后，儀器的信號儀器經過一級刻度后，儀器的信號就與地層的孔隙度之間建立了一個數學就與地層的孔隙度之間建立了一個數學函數關系。但這個關系并不是永遠有效函數關系。但這個關系并不是永遠有效的，因為儀器經過長時間的使用、維修的，因為儀器經過長時間的使用、維修以及更換元器件后，儀器的各項性能將以及更換元器件后，儀器的各項性能將發(fā)生變化。這時，原來的數學函數關系發(fā)生變化。這時，原來的數學函數關系就不能準確的反應出地層的孔隙度。為就不能準確的反應出地層的孔隙度。為了校正這個誤差，儀器采用了車間刻度了校正這個誤差，儀器采用了車間刻度的概念。的概念。車間刻度車間刻度儀器刻度儀器刻

49、度 車間采用一點刻度方法，對儀器的變化車間采用一點刻度方法，對儀器的變化量進行校正。其原理是：在儀器剛剛經過一量進行校正。其原理是：在儀器剛剛經過一級刻度后，我們認為儀器處于理想的狀態(tài)，級刻度后，我們認為儀器處于理想的狀態(tài)，此時儀器的計數率與地層孔隙度之間的數學此時儀器的計數率與地層孔隙度之間的數學函數關系是正確的。此時將儀器對現場刻度函數關系是正確的。此時將儀器對現場刻度器的反應記錄下來。儀器經過一段時間后如器的反應記錄下來。儀器經過一段時間后如果發(fā)生了變化，那么儀器對現場刻度器的反果發(fā)生了變化，那么儀器對現場刻度器的反應值將發(fā)生變化。通過對這兩次變化數值的應值將發(fā)生變化。通過對這兩次變化數值的處