补偿中子测井仪器

补偿中子测井仪器

补偿中子测井仪属于放射性强度测井仪器。是（密度、声波。中子）等三大孔隙度测井仪器的其中之一。今天我准备从下面5个方面来介绍补偿中子测井仪器：

a)仪器简介

b)仪器测井原理

c)探测器

d)电路简介

e)仪器的刻度

1. 仪器简介

补偿中子测井仪是一种通过测量地层含氢指数来确定地层孔隙度以及判断岩性的放射性测井仪器。

仪器的用途：

a)确定地层孔隙度

b)判断岩性

c)确定泥质含量

仪器特点

a)仪器的推靠器：

b)仪器的重量：

c)由于中子射线可以很容易穿透钢管，因此补偿中子测井仪不仅可以在裸眼井中

测量，还可以在套管井中测量。

d)自然界存在伽马射线，但不存在中子射线，所以仪器在正常情况下，本底为零。

仪器主要技术指标：

a)仪器最大外压：100Mpa

b)仪器使用电缆长度：≤7000m

c)仪器最大测速：560m/h 测速与源强有关。

d)仪器测量围：0~100P.u.

e)仪器测量精度：

当地层孔隙度为： 0 ~ 10 P.u. 时，仪器误差为：±1P.u.

当地层孔隙度为：10 ~ 45 P.u. 时，仪器误差为：±3P.u.

当地层孔隙度： > 45 P.u. 时，仪器误差为：±7P.u.

2.仪器原理：

中子测井核物理基础

补偿中子测井仪上装载着20居里的Am—Be中子源，能量约为几百万电子伏特。每秒钟将产生4?107个快中子，这些快中子射入地层，与地层的物质发生一系列的核反应。其中包括：快中子的非弹性散射、快中子对原子核的活化、快中子的弹性散射及减速。快中子经过一系列的非弹性碰撞及弹性碰撞，能量逐渐减小，最后当中子能量与地层的原子处于热平衡状态时，中子不再减速。这种能量状态的中子叫热中子。标准热中子的能量为：0.025ev,速度为2.2×105厘米/秒。根据碰撞学说，中子碰撞中的能量损失与被碰撞物质的质量和入射角有关，与中子质量相当的物质碰撞(弹性碰撞)，中子损失的能量最大。在地层中，氢原子具有与中子非常接近的质量，因此地层对快中子的减速能力主要决定于地层的含氢量含氢量高的地层宏观减速能力强，减速长度小。经过几次碰撞后，快中子将被减速，能量从快中子的平均能量5.6MeV衰减到0.025eV的热中子。这些热中子部分进入探测器，撞击He-3核，引起核反应，产生H3(氚)子，该质子使其它一部分He-3电离，产生带电的离子和电子，在高压电场的作用下，电子向阳极运动，产生一负脉冲，该脉冲被电子线路放大并记录下来，探测器接受中子的多少直接反映了地层中氢原子的多少。因此He-3探测器及其电子线路组成的下井仪可以测量地层中的含氢量。地层孔隙是充满流体的细微空间，水及碳氢化合物中含有氢原子，无油地层与矿岩中极少或根本没有氢。这样仪器的相应基本上反映了充满流体的地层的细微空间，即孔隙度。

在这部分容中，主要讲了3个方面的问题：

1：中子从发射到吸收的具体过程为：

20居里的Am—Be中子源――――――――――

4?107个快中子、能量约为几百万电子伏特、快中子――――――－―――

非弹性散射、快中子对原子核的活化、快中子的弹性散射及减

速―――――――――――――

能量为：0.025ev,速度为2.2×105厘米/秒的热中子。―――――――

中子探测器吸收――――――――脉冲信号

2:热中子为什么带有地层的含氢量信息：

根据碰撞学说，中子碰撞中的能量损失与被碰撞物质的质量和入射角有关，与中子质量相当的物质碰撞(弹性碰撞)，中子损失的能量最大。在地层中，氢原子具有与中子非常接近的质量，因此地层对快中子的减速能力主要决定于地层的含氢量含氢量高的地层宏观减速能力强，减速长度小。

3:含氢量与地层孔隙度之间的关系：

地层孔隙是充满流体的细微空间，水及碳氢化合物中含有氢原子，无油地层与矿岩中极少或根本没有氢。这样仪器的相应基本上反映了充满流体的地层的细微空间，即孔隙度。

仪器测量原理

该仪器具有两道探测器来探测地层的热中子射线。其中离放射性源的距离较远的叫长源距探测器，离放射性源近的叫短远距探测器。短源距探测器的灵敏度较低，由于它离源较近，所以探测深度较浅，它主要探测来自井眼的热中子分布信息。长源距探测器的灵敏度较高，探测深度较深，它主要探测来自地层的热中子分布信息。长源距探测器探测的热中子也受井眼的影响。这个影响可以利用短源距探测器探测到的井眼影响信息来进行补偿。补偿中子的概念由此而来。HCT补偿中子仪器吸收了国外同类仪器的优点，采用高稳定的电子放大线路和进口的高灵敏度热中子探测器（He-3正比计数管）。在设计制造时，优化了国同类产品，使得该仪器测量误差小，可靠性高，具有良好的使用调校性能。

仪器由外部壳体组件和部电子线路芯件两大部分组成，外部壳体组件主要包括上部壳体组件、中子源装载段和底锥、推靠器等，部电子线路芯件由两个热中子探测器、电子线路板、插头座、骨架等组成。

仪器的推靠器是外置机械推靠器。由弹簧钢板和两个固定弹簧钢板的定位靴组成。

仪器外部结构示意图如下：

推靠器

仪器外壳底锥

1：补偿中子为什么容易受到井眼影响：

2：补偿中子为什么不象微球或密度仪器那样采用电动推靠器

来提高仪器的贴合井壁的效果：

因为补偿中子探测器的源距较长，同时，探测器输出的信号微弱，那么放大电路不能远离探测器。仪器除了探测器和放大电路，剩下的电路所占的仪器长度就很少了，所以，仪器需要将整支仪器推靠井壁，无法采用电动探测器。

补偿的概念：

测量地层中的热中子分布信息，只需要一个热中子探测器就够了，但是一个探测器探测到的热中子信息受井眼影响。为了补偿这一影响，引用了一个灵敏度低的热中子探测器来专门探测井眼热中子的分布信息。用短源距探测器探测的信号来补偿长源距探测器探测的井眼影响。

补偿中子测井仪的电子线路由探测器、放大测量电路、低压电源和高压电源电路等组成。

He-3探测器输出的脉冲，经电荷灵敏放大器放大，甄别器甄别掉噪声后，输入到分频器中分频，分频后的信号由电路成形器将它形成等宽等幅的脉冲，然后输出到信号传输电路。

仪器分为长、短两个源距道，补偿中子两道电路完全相同。探测到的地层中子信号为0.5uv—1.5mv之间连续分布。放大器放大倍数为3200倍。为了减小电路功耗，分频系数定为8分频。

3.探测器：

中子探测器He-3管简介：

目前国外补偿中子测井仪均采用He-3正比计数管作热中子探测器，它在正常工作情况下输出负极性电脉冲，脉冲幅度在0.5uv--1.5mv 围连续分布，脉冲宽度小于5us ，为随机信号，He-3管的外形结构为圆柱形，在圆柱的轴心，有一根在理论上视为无限小的金属丝，圆柱充满若干个大气压的He-3气体，气压的大小对其灵敏度有关。它探测中子的反应式为：

2He 3

+ o n 1 T + P + 0.764Mev

He-3正比计数管的结构示意图如下：

阴极

阳极

探测器的特点

1：结构简单

2：不怕高压电冲击，害怕物理应力冲击

3：负载无穷大

4：输出信号弱，需要注意屏蔽

5：只对热中子灵敏，对其他能量的中子不灵敏。

He-3管性能测试步骤为：

1) 将He-3管装在仪器上，工作高压采用外接高压电源。

2) 给仪器供电，确保连接在He-3管后面的信号处理电路工作正常。

3)在He-3管附近放置400mCi左右的中子标准源。

4)打开外接高压电源，将输出高压由低逐级向高调节，注意，高压应该由低到高，逐

渐增加，如：从800V到900V逐渐调高。

5)连续读取仪器200秒以上的计数率，如：外接高压为1200V时读取仪器200秒的计

数，外接高压为1300V时再读取仪器200秒的计数。在外接高压不断增加的情况下，仪器的计数也会增加；但增加到一定量时，计数增加的速度变慢，说明此时的高压以到了He-3管的工作坪区。再增加外接高压，计数率将增加很快，此时的高压已接近He-3管的放电区，外接高压不能再增加，否则就会烧坏He-3管。

6)将读取的计数率数据在“计数率---高压”的坐标上画出坪曲线图，根据坪的中点就

可确定该He-3管的工作高压。He-3探测器的坪越宽，说明其性能越好。He-3探测器的坪宽不能低于150V。

7)为了He-3探测器的高温性能，上述过程应在高温状态下重复做一次。

图中三条曲线分别为He-3探测器在常温时，175℃以及175℃恒温1小时后的坪曲线。VH为选定的探测器工作电压。补偿中子测井仪的长源距探测器的高压大约为：VH=1650V。短源距探测器的高压大约为VH=1155V。

探测器的工作坪：

在放大倍数一定、比较器的门槛值一定的条件下，供给探测器的高压越高，探测器