补偿中子测井仪器讲课

1、补偿中子测井仪补偿中子测井仪 目录目录 仪器简介仪器简介 仪器原理仪器原理 仪器探测器仪器探测器 电路简介电路简介 仪器刻度仪器刻度仪器简介仪器简介 仪器用途仪器用途 仪器特点仪器特点 仪器技术指标仪器技术指标 确定地层孔隙度确定地层孔隙度 判断岩性判断岩性 确定泥质含量确定泥质含量仪器用途仪器用途仪器特点仪器特点 仪器特有的推靠器：仪器特有的推靠器： 仪器的重量相对轻：仪器的重量相对轻： 由于中子射线可以很容易穿透钢管，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。中测量，还可以在套管井中测量。 自然界存

2、在伽马射线，但不存在中子射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，本底线，所以仪器在正常情况下，本底为零为零。仪器构成仪器构成仪器技术指标仪器技术指标 仪器最大外压：仪器最大外压：100mpa100mpa 仪器最大测速：仪器最大测速：560m/h560m/h测速与源强有关。测速与源强有关。 仪器使用电缆长度仪器使用电缆长度 7000m7000m 仪器测量范围：仪器测量范围：0 0 100p.u.100p.u. 仪器耐温：仪器耐温：155155当地层孔隙度为：当地层孔隙度为： 0 0 10 p.u. 10 p.u. 时，时， 仪器误差为：仪器误差为： 1p.u.1p.u.当

3、地层孔隙度为：当地层孔隙度为：10 10 45 p.u. 45 p.u. 时，时， 仪器误差为：仪器误差为： 3p.u.3p.u.当地层孔隙度：当地层孔隙度： 45 p.u. 45 p.u. 时，时， 仪仪器误差为：器误差为： 7p.u.7p.u.仪器测量精度仪器测量精度补偿中子测井仪器补偿中子测井仪器 仪器外观仪器外观源室仪器结构仪器结构补偿中子线补偿中子线路板路板180mm180mm补偿中子长补偿中子长源距探测器源距探测器5757* *234234补偿中子短补偿中子短源距探测器源距探测器25.425.4* *130130补偿中补偿中子源室子源室268mm268mm 中子测井核物理基础中子测

4、井核物理基础 中子从发射到吸收的具体过程中子从发射到吸收的具体过程 热中子为什么带有地层的含氢量热中子为什么带有地层的含氢量 信息信息 含氢量与地层孔隙度之间的关系含氢量与地层孔隙度之间的关系 中子射线的探测原理中子射线的探测原理仪器测量原理仪器测量原理概述概述 补偿中子测井仪是一种具有两道热中子探测器的放射性强度补偿中子测井仪是一种具有两道热中子探测器的放射性强度测井仪器，它与地面计算机测井系统配套，可以测定裸眼井或套测井仪器，它与地面计算机测井系统配套，可以测定裸眼井或套管井的地层结构的孔隙度以及判断岩性和确定泥质含量，是三大管井的地层结构的孔隙度以及判断岩性和确定泥质含量，是三大孔隙度测

5、井项目中必不可少的测井仪器。该仪器吸收了国内外同孔隙度测井项目中必不可少的测井仪器。该仪器吸收了国内外同类仪器的优点，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（中子探测器（he-3he-3正比计数管）。正比计数管）。 为了减少井眼套管泥饼对测量的影响，下井仪将两个灵敏度为了减少井眼套管泥饼对测量的影响，下井仪将两个灵敏度不同的不同的he-3he-3探测器布置在离中子源距离不同的位置上，用它们的探测器布置在离中子源距离不同的位置上，用它们的两个计数率的比值来反映地层孔隙度的大小，提高了测量精度。两个计数率的比值来反映地层孔隙度的

6、大小，提高了测量精度。 仪器测量原理仪器测量原理 补偿中子测井仪上装载着补偿中子测井仪上装载着2020居里的居里的am-beam-be中中子源，能量约为几百万电子伏特。每秒钟将产子源，能量约为几百万电子伏特。每秒钟将产生生4 4 10107 7 个快中子，这些快中子射入地层，与地个快中子，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、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，最的非弹

7、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，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中子不再减速。这种能量状态的中子叫热中子。仪器测量原理仪器测量原理仪器测量原理仪器测量原理 标准热中子的能量为：标准热中子的能量为：0.025ev,0.025ev,速度为速度为2.22.210105 5厘米厘米/ /秒。根据碰撞学说，中子碰撞秒。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有关，与中子质量相当的物质碰撞( (弹性碰撞弹性碰撞) )，中子损失

8、的能量最大。在地层中，氢原子，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。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从快中子的平均能量5.6mev5.6mev衰减到衰减到0.025ev0.025ev的的热中子。热中子。仪器测量原理仪器测量原理 这些热中子部分进入探测器，撞击这些热中子部分进入探测器，撞击he-3he-3核，核，

9、引起核反应，产生引起核反应，产生h h3 3( (氚氚) )子，该质子使其它一部子，该质子使其它一部分分he-3he-3电离，产生带电的离子和电子，在高压电离，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器接受中子的多少直接反映了地层中氢原子的多少。因此多少。因此he-3he-3探测器及其电子线路组成的下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。地层孔隙是充井仪可以测量地层中的含氢量。地层孔隙是充满流

10、体的细微空间，水及碳氢化合物中含有氢满流体的细微空间，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。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。的细微空间，即孔隙度。仪器测量原理仪器测量原理 2020居里的居里的amambebe中子源中子源 4 4 10107 7 个快中子、能量约为几百万电子伏特。个快中子、能量约为几百万电子伏特。快中子快中子 非弹性散射、快中子对原非弹性散射、快中子对原子核的活化、快中子的弹性散射及减子核的活化、快中子的弹性散射及减速速 能量为：能量为：0.02

11、5ev,0.025ev,速度为速度为2.22.210105 5厘米厘米/ /秒的热中子。秒的热中子。 中子中子探测器吸收探测器吸收 脉冲信号脉冲信号 根据碰撞学说，中子碰撞中的能量根据碰撞学说，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关，与中子质量相当的物质碰撞( (弹性弹性碰撞碰撞) )，中子损失的能量最大。在地层，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要决定于地层的含氢量含氢量

12、高的地层宏观减速能力强，减速长度小。层宏观减速能力强，减速长度小。仪器测量原理仪器测量原理 地层孔隙是充满流体的细微空间，在地层孔隙是充满流体的细微空间，在这些空间里充满了水及碳氢化合物。这些这些空间里充满了水及碳氢化合物。这些物质中含有较多的氢原子，无油地层与矿物质中含有较多的氢原子，无油地层与矿岩中极少或根本没有氢。这样地层的含氢岩中极少或根本没有氢。这样地层的含氢量基本上反映了充满流体的地层的细微空量基本上反映了充满流体的地层的细微空间，即孔隙度。间，即孔隙度。仪器测量原理仪器测量原理仪器测量原理仪器测量原理 在井眼里充满了含氢较高的泥浆。这在井眼里充满了含氢较高的泥浆。这对来自地层的热

13、中子信号的影响较大。由对来自地层的热中子信号的影响较大。由于中子仪器的源距较长，同时由于放大电于中子仪器的源距较长，同时由于放大电路不能远离探测器。所以，仪器需要将整路不能远离探测器。所以，仪器需要将整支仪器推靠井壁，无法象密度、微球仪器支仪器推靠井壁，无法象密度、微球仪器那样采用电动推靠器。因此，井眼对中子那样采用电动推靠器。因此，井眼对中子仪器测井的影响较明显。仪器测井的影响较明显。 为了克服井眼影响，仪器采用了补偿的概为了克服井眼影响，仪器采用了补偿的概念。念。仪器测量原理仪器测量原理 仪器具有两道探测器来探测地层的热中子。仪器具有两道探测器来探测地层的热中子。其中离放射源距离较远的叫长

14、源距探测器，较近其中离放射源距离较远的叫长源距探测器，较近的叫短远距探测器。短源距探测器的灵敏度低，的叫短远距探测器。短源距探测器的灵敏度低，由于它离放射源较近，所以探测深度较浅。它主由于它离放射源较近，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

15、。补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。偿中子的概念由此而来。仪器探测器仪器探测器 探测器简介探测器简介 探测器结构示意图探测器结构示意图 探测器特点探测器特点 探测器性能测试原理探测器性能测试原理 探测器工作坪的概念探测器工作坪的概念 探测器调试使用注意事项探测器调试使用注意事项仪器探测器仪器探测器 目前国内外补偿中子测井仪均采用目前国内外补偿中子测井仪均采用he-3he-3正正比计数管作热中子探测器，它在正常工作情况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，脉冲幅度在下输出负极性电脉冲，脉冲幅度在0.5uv-1.5mv0.5uv-1.5mv范围

16、内连续分布，脉冲宽度小于范围内连续分布，脉冲宽度小于5us5us，为随机信，为随机信号，号，he-3he-3管的外形结构为圆柱形，在圆柱的轴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，圆心，有一根在理论上视为无限小的金属丝，圆柱内充满若干个大气压的柱内充满若干个大气压的he-3he-3气体，气压的大气体，气压的大小对其灵敏度有关。小对其灵敏度有关。仪器探测器仪器探测器 阴极 管壳 阳极 探测器的特点探测器的特点1：探测器内有一无限小的金属丝，其结探测器内有一无限小的金属丝，其结 构简单；构简单；2 2：不怕高压电冲击，害怕物理应力冲：不怕高压电冲击，害怕物理应力冲 击

17、；击；3 3：负载无穷大；：负载无穷大；4 4：输出信号弱，需要注意屏蔽；：输出信号弱，需要注意屏蔽；5 5：只对热中子灵敏，对其他能量的中子：只对热中子灵敏，对其他能量的中子 不灵敏不灵敏 ；仪器探测器仪器探测器探测器性能测试探测器性能测试1)将将he-3he-3管装在仪器上，工作高压采用外接管装在仪器上，工作高压采用外接 高压电源。高压电源。2) 2) 给仪器供电，确保连接在给仪器供电，确保连接在he-3he-3管后面的信管后面的信 号处理电路工作正常。号处理电路工作正常。3) 3) 在在he-3he-3管附近放置管附近放置400mci400mci左右的中子标准左右的中子标准 源。源。4

18、4）打开外接高压电源，将输出高压由低逐级）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，逐渐向高调节，注意，高压应该由低到高，逐渐增加，如：从增加，如：从800v800v到到900v900v逐渐调高。逐渐调高。仪器探测器仪器探测器仪器探测器仪器探测器5）连续读取仪器连续读取仪器200200秒以上的计数率，如：外接高压为秒以上的计数率，如：外接高压为1200v1200v 时读取仪器时读取仪器200200秒的计数，外接高压为秒的计数，外接高压为1300v1300v时再读取仪时再读取仪器器 200200秒的计数。在外接高压不断增加的情况下，仪器的计秒的计数。在外接高压不断增

19、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，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说明此时的高压以到了he-3he-3管的工作坪区。再增加外接管的工作坪区。再增加外接高高 压，计数率将增加很快，此时的高压已接近压，计数率将增加很快，此时的高压已接近he-3he-3管的放管的放电电 区，外接高压不能再增加，否则就会烧坏区，外接高压不能再增加，否则就会烧坏he-3he-3管。管。 6 6）将读取的计数率数据在）将读取的计数率数据在“计数率计数率-高压高压”的坐标上画出的坐标上画出坪坪 曲线图，根据坪的中点就可确定该曲线图，根据坪的中点就

20、可确定该he-3he-3管的工作高压。管的工作高压。 he-3he-3探测器的坪越宽，说明其性能越好。探测器的坪越宽，说明其性能越好。he-3he-3探测器的探测器的坪坪 宽不能低于宽不能低于150v150v。典型的探测器坪曲线示意图典型的探测器坪曲线示意图恒 温坪高温坪常温坪hvcps70006000500018001700160015001400工作高压13001200仪器探测器仪器探测器探测器探测器高压坪的三个重要参数高压坪的三个重要参数：1 1：坪宽坪宽: :坪越宽坪越宽, ,仪器受高压波动的影响越仪器受高压波动的影响越 小小, ,因此坪越宽越好。因此坪越宽越好。2 2：坪斜：坪斜:

21、:坪斜越小坪斜越小, ,输出计数随高压变化越输出计数随高压变化越 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, ,要求的高压越低要求的高压越低, ,高压低，高压低， 由高压产生的噪音也越小由高压产生的噪音也越小, ,同时对仪器的同时对仪器的 绝缘要求越低。因此坪越低越好绝缘要求越低。因此坪越低越好 。补偿中子仪器的高压电源的负载接近无穷大。补偿中子仪器的高压电源的负载接近无穷大。因此仪器通电后，即使关掉电源，在高压隔因此仪器通电后，即使关掉电源，在高压隔直电容和滤波电容上残留的高压电位无法形直电容和滤波电容上残留的高压电位无法形成回路释放，因此调校过程中

22、容易造成人体成回路释放，因此调校过程中容易造成人体触电。另外，如果用万用表和示波器测量该触电。另外，如果用万用表和示波器测量该点的电位和波形，则会烧坏万用表和示波器。点的电位和波形，则会烧坏万用表和示波器。连接探测器输出的信号线必须尽可能短，以连接探测器输出的信号线必须尽可能短，以避免不必要的信号衰减。避免不必要的信号衰减。探测器使用调试注意事项探测器使用调试注意事项仪器探测器仪器探测器 仪器探测器仪器探测器he-3he-3正比计数管是一种高灵敏的正比计数管是一种高灵敏的热中子探测器，由于管内填充的气压较高，所以热中子探测器，由于管内填充的气压较高，所以在调校使用过程中要轻拿轻放，不能碰撞，以

23、免在调校使用过程中要轻拿轻放，不能碰撞，以免损坏管内的阳极丝。在焊接过程中，严禁用力拨损坏管内的阳极丝。在焊接过程中，严禁用力拨动动he-3he-3探测器的引线端，否则会造成探测器的引线端，否则会造成he-3he-3气体泄气体泄漏而不能正常工作。在给漏而不能正常工作。在给he-3he-3管供电时，应先检管供电时，应先检查供电电压，防止长、短源距的高压接反，否则查供电电压，防止长、短源距的高压接反，否则长源距长源距1600v1600v左右的高压加在短源距探测器上，左右的高压加在短源距探测器上，就有可能造成短源距探测器高压冲击损坏。就有可能造成短源距探测器高压冲击损坏。探测器使用调校注意事项探测器

24、使用调校注意事项仪器探测器仪器探测器 补偿中子探测器结构参数主要包括：补偿中子探测器结构参数主要包括：he3he3计数计数管尺寸、长短源距、屏蔽材料及厚度等。分析这管尺寸、长短源距、屏蔽材料及厚度等。分析这些参数对测量结果的影响，对设计高精度、高可些参数对测量结果的影响，对设计高精度、高可靠补偿中子测井仪器具有重要指导意义。本文在靠补偿中子测井仪器具有重要指导意义。本文在实际测量实验基础上，讨论探测器结构参数及测实际测量实验基础上，讨论探测器结构参数及测量器件的选取。量器件的选取。仪器探测器仪器探测器he-3he-3管管 对同样的测量地层而言，补偿中子对同样的测量地层而言，补偿中子he-3he

25、-3管直径越大，热中管直径越大，热中子吸收截面就越大，计数率就越高，统计涨落越小。现今有子吸收截面就越大，计数率就越高，统计涨落越小。现今有许多种许多种he-3he-3管，有国产的，也有进口的。现将基本情况列表管，有国产的，也有进口的。现将基本情况列表如下：如下：规格规格型号型号尺尺 寸寸温温 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仪器探测器仪器探测器仪器探测器仪器探测器屏蔽材料屏蔽材料 csu csu 补偿中子中，在长源距补偿中子中，在长源距he-3he-3管与短源距管与短源距he-3he-3管之间管之间、短源距、短源距he-3he-3管和中子源之间使用了氟化硼砂棒。氟化硼砂管和中子源之间使用了氟化硼砂棒。氟化硼砂棒长度为棒长度为5-7mm,5-7mm,直径稍大于直径稍大于he-3he-3管管子直径，镉片厚度为管管子直径，镉

27、片厚度为2mm2mm。氟化硼由于硼的俘获截面大，可以吸收快中子减速后。氟化硼由于硼的俘获截面大，可以吸收快中子减速后形成的直射热中子，放出散射伽马射线，而在硼砂棒后加形成的直射热中子，放出散射伽马射线，而在硼砂棒后加2mm2mm镉片可以吸收散射的伽马射线。屏蔽材料一方面阻挡和镉片可以吸收散射的伽马射线。屏蔽材料一方面阻挡和隔离非探测区域直射热中子进入长短隔离非探测区域直射热中子进入长短he-3he-3管；另一方面通过管；另一方面通过阻挡无用热中子进入，提高了对来自地层的热中子测量灵敏阻挡无用热中子进入，提高了对来自地层的热中子测量灵敏度，同时对降低地层热中子的漏计几率也有益处。度，同时对降低地

28、层热中子的漏计几率也有益处。 源距源距 探测器源距是探测器系统重要参数之一，一是与测量灵敏探测器源距是探测器系统重要参数之一，一是与测量灵敏度有关，二是与仪器的探测深度有关，探测深度与长源距数值度有关，二是与仪器的探测深度有关，探测深度与长源距数值相同。下面列出相同。下面列出schlumbergerschlumberger的的csucsu补偿中子和补偿中子和west atlas west atlas 的的cls3700cls3700补偿中子探测器源距等参数。补偿中子探测器源距等参数。 参数参数仪器仪器长源距长源距短源距短源距差差 值值探测探测深度深度csucsu63.5mm63.5mm38.5

29、mm38.5mm25mm25mm63.5mm63.5mmcls3700cls370052mm52mm33mm33mm19mm19mm52mm52mm国产补偿国产补偿中子中子与国外与国外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仪器探测器仪器探测器结构参数与测量灵敏度的关系结构参数与测量灵敏度的关系 补偿中子测量灵敏度表示在标称的孔隙度测量范围内测补偿中子测量灵敏度表示在标称的孔隙度测量范围内测量时，短源距计数率与长源距计数率之比量时，短源距计数率与长源距计数率之比r r的变化范围，换的变化范围，换句话说就是单位孔隙度变化产生的句话说就是单位孔隙度变化产生的r r比值变化。下面给

30、出比值变化。下面给出csucsu补偿中子刻度数据及依据数据得出的刻度图版。补偿中子刻度数据及依据数据得出的刻度图版。n nl l为长为长源距源距he-3he-3管计数率，管计数率，n ns s为短源距为短源距he-3he-3管计数率，管计数率，r r为为 n ns s/n/nl l，rr为区间测量灵敏度。为区间测量灵敏度。仪器探测器仪器探测器补偿中子补偿中子a a仪器刻度数据（屏蔽材料尼龙仪器刻度数据（屏蔽材料尼龙, ,长短源距分频分别长短源距分频分别1616和和3232） 井号井号仪器仪器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 = 0.99960204060801000510152025仪器探测器仪器探测器仪器电路简介仪器电路简介 仪器的电子线路由探测器、放大测量电路、仪器的电子线路

32、由探测器、放大测量电路、低压电源和高压电源电路等组成。低压电源和高压电源电路等组成。 he-3he-3探测器输出的脉冲，经电荷灵敏放大探测器输出的脉冲，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。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电路完全相同。探测到的地层中子信号为0.5uv0.5uv1.5mv1.5mv之间

33、连续分布。放大器放大倍数为之间连续分布。放大器放大倍数为32003200倍。为了减小电路功耗，分频系数定为倍。为了减小电路功耗，分频系数定为8 8分分频。频。 电路原理电路原理 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。等组成。探测器鉴别器放大器分频器整形输出-12v 12v 补偿中子仪器工作原理框图补偿中子仪器工作原理框图高压电源 输入 输出 仪器电路简介仪器电路简介高压电路高压电路123412345656r?r17r?r19hv-lhv-su6u710mr1810mr20-12v+12vhctbdo1-j1hctbd

34、o2-j110000p c2010000p c21100uc23100uc22100uc25100uc2427rr2227rr21仪器电路简介仪器电路简介 高压部分采用的是高压部分采用的是hvc175pb12-02hvc175pb12-02超小型电源模超小型电源模块。它可带块。它可带7m7m以上负载，且可开路（相当负载为无以上负载，且可开路（相当负载为无穷大）使用。负载电阻越大，高压输出的纹波就越小穷大）使用。负载电阻越大，高压输出的纹波就越小，中子仪器高压输出纹波，中子仪器高压输出纹波30mv30mv。 高压模块的输入电压为高压模块的输入电压为12v12v，输出电压最高为，输出电压最高为+2

35、000v+2000v，工作电流小于，工作电流小于30ma30ma。输出电流为。输出电流为250250 a a。 高压模块的输出电压由高压模块的输出电压由2 2个电阻来调节，如图，个电阻来调节，如图，r17r17调节长源距的输出高压，此电压一般调节在调节长源距的输出高压，此电压一般调节在1550v1700v1550v1700v之间，再由之间，再由r19r19调节短源距高压，此电调节短源距高压，此电压一般选在压一般选在+1100v1250v+1100v1250v，实际工作电压由探测器，实际工作电压由探测器的坪曲线决定的坪曲线决定 高压电路高压电路仪器电路简介仪器电路简介放大电路放大电路100rr

36、21mr 310mr 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仪器电路简介仪器电路简介放大电路由ha2620运算放大器组成。放大电路由放大电路由ha2620ha2620运算放大器组成。运算放大器组成。 ha2620ha2620具有高速、低噪等

37、相关特性，温度可达具有高速、低噪等相关特性，温度可达175175，放大后的波形失真较小，放大倍数受温度影，放大后的波形失真较小，放大倍数受温度影响很小。响很小。 放大电路的入口信号为放大电路的入口信号为0.5uv0.5uv1.5mv1.5mv范围内连续范围内连续分布分布, ,脉冲宽度小于脉冲宽度小于5us5us的随机信号。调节电阻的随机信号。调节电阻r4r4、r6r6可以改变放大器的放大倍数。信号经过放大后，输出可以改变放大器的放大倍数。信号经过放大后，输出信号为信号为4v4v的正弦信号。的正弦信号。放大电路放大电路仪器电路简介仪器电路简介信号处理电路信号处理电路0.1uc16130kr141

38、0kr72mr100.1uc19100kr910kr84.7kr161000pc181000pc173kr1149kr15l122uc11324178lm11112345678910111213141516cd452012345678910111213141516mc1452822uc15l2u3u4u50.25ucc26外 壳ha2620-6out+12v-12v仪器电路简介仪器电路简介放大器输出的信号经lm111鉴别。放大器输出的信号可以从tp1观测点观测到。调节电阻r9可以改变门槛电位的高低。仪器选用的门槛电位为：1.9v。观察点为：tp3;正负电源的观测点分别为tp5和tp6。cd45

39、20为分频器。为防止电缆漏计和消除整形电路可能产生的阻塞现象，所以采取了分频措施。信号模块的分频数不能在外部选择，中子长、短源距电路都选用八分频。分频后信号输出的观测点为tp2。各个观测点的信号波形详见4.4的内容。放大器输出的信号经lm111鉴别。放大器输出的信号可以从tp1观测点观测到。调节电阻r9可以改变门槛电位的高低。仪器选用的门 放大器输出的信号经放大器输出的信号经lm111lm111鉴别。放大器输出的信鉴别。放大器输出的信号可以从号可以从tp1tp1观测点观测到。调节电阻观测点观测到。调节电阻r9r9可以改变门槛可以改变门槛电位的高低。仪器选用的门槛电位为：电位的高低。仪器选用的门

40、槛电位为：1.9v1.9v。观察点为：。观察点为：tp3;tp3;正负电源的观测点分别为正负电源的观测点分别为tp5tp5和和tp6tp6。cd4520cd4520为分为分频器。为防止电缆漏计和消除整形电路可能产生的阻频器。为防止电缆漏计和消除整形电路可能产生的阻塞现象，所以采取了分频措施。信号模块的分频数不塞现象，所以采取了分频措施。信号模块的分频数不能在外部选择，中子长、短源距电路都选用八分频。能在外部选择，中子长、短源距电路都选用八分频。分频后信号输出的观测点为分频后信号输出的观测点为tp2tp2。信号处理电路信号处理电路仪器电路简介仪器电路简介仪器刻度仪器刻度 刻度的概念刻度的概念 一

41、级刻度原理一级刻度原理 车间刻度原理车间刻度原理 现场刻度器使用注意事项现场刻度器使用注意事项6.4.1hct补偿中子密封源室结构(1)图66所示为hct补偿中子密封源室结构示意图。在图66中，1仪器下接头；2中子源室；3源室销；4源室销挡圈；5两个定位螺钉。hct补偿中子密封源室结构示意图在图中，在图中，1 1仪器下接头；仪器下接头；2 2中子源室；中子源室；3 3源室销；源室销；4 4源室销源室销挡圈；挡圈；5 5两个定位螺钉。具体见培训教材两个定位螺钉。具体见培训教材 仪器刻度仪器刻度图所示为图所示为hcthct补偿中子密封源安装示意图，图中所补偿中子密封源安装示意图，图中所示的源室销已

42、被源室销挡圈卡住。将中子源装入中示的源室销已被源室销挡圈卡住。将中子源装入中子源室，然后旋入两个定位螺钉即可。子源室，然后旋入两个定位螺钉即可。仪器刻度仪器刻度 仪器刻度，就是仪器刻度，就是一方面一方面要把仪器测井时要把仪器测井时输出的脉冲信号与地层孔隙度之间建立一个输出的脉冲信号与地层孔隙度之间建立一个误差尽可能小的数学计算公式。误差尽可能小的数学计算公式。 另一方面另一方面：由于建立的这个计算公式是：由于建立的这个计算公式是固定的，但仪器经过长时间使用、维修后各固定的，但仪器经过长时间使用、维修后各项性能会发生变化。那么在仪器性能发生变项性能会发生变化。那么在仪器性能发生变化时，需要对仪器

43、的这一变化进行校正。化时，需要对仪器的这一变化进行校正。 上述两个过程都称为仪器的刻度。上述两个过程都称为仪器的刻度。 刻度的概念刻度的概念仪器刻度仪器刻度 补偿中子仪器长、短源距的两道计补偿中子仪器长、短源距的两道计数率的比值数率的比值r r与地层孔隙度与地层孔隙度 的对数之的对数之间有非常近似直线的关系。可以将补中间有非常近似直线的关系。可以将补中-r-r计算公式表达为：计算公式表达为： ln = aln = a* *r + b.r + b. 但由于各方面因素的影响，这条直但由于各方面因素的影响，这条直线并不直，而是一条曲线。为了减小误线并不直，而是一条曲线。为了减小误差，需要根据仪器差，

44、需要根据仪器 -r-r关系曲线的具体关系曲线的具体形态，用相应的数学公式来描述。形态，用相应的数学公式来描述。一级刻度原理一级刻度原理仪器刻度仪器刻度仪器设备准备：地面设备的准备、井下仪器的准仪器设备准备：地面设备的准备、井下仪器的准备。确保地面和井下仪工作正常，将井下仪与地备。确保地面和井下仪工作正常，将井下仪与地面系统正确连接好。面系统正确连接好。测量仪器的记录点，做好深度标记，保证仪器刻测量仪器的记录点，做好深度标记，保证仪器刻度时的记录点对准刻度井的地层中点。度时的记录点对准刻度井的地层中点。 将工作正常的仪器吊入刻度井中，要求保证良好将工作正常的仪器吊入刻度井中，要求保证良好的贴壁效

45、果，并将仪器的计录点对准刻度井的中的贴壁效果，并将仪器的计录点对准刻度井的中间位置。间位置。 给仪器供电，观察仪器本底计数率，其本底计数给仪器供电，观察仪器本底计数率，其本底计数率长源距为率长源距为0-2/30s 0-2/30s 为正常值。短源距计数率为正常值。短源距计数率0/30s0/30s为正常值。为正常值。一级刻度步骤一级刻度步骤仪器刻度仪器刻度仪器工作正常后，装上强仪器工作正常后，装上强20ci20ci的中子强源，并开的中子强源，并开始读数。每个数为始读数。每个数为3030秒的积累计数，并求取平均秒的积累计数，并求取平均值。仪器应采取不同方位反复测量，然后取其平值。仪器应采取不同方位反

46、复测量，然后取其平均值，以减少因标准井本身不均匀而造成的误差。均值，以减少因标准井本身不均匀而造成的误差。 记录仪器的计数率，记的数据越多越好。补偿中记录仪器的计数率，记的数据越多越好。补偿中子仪的计数率数据有如下两个规律：刻度井标定子仪的计数率数据有如下两个规律：刻度井标定的孔隙度越大，计数率越小刻度井标定的孔隙度的孔隙度越大，计数率越小刻度井标定的孔隙度越大，仪器的两道计数率比值越大，仪器的两道计数率比值r r越大。越大。(r= ns / (r= ns / nlnl。) )。一级刻度步骤一级刻度步骤仪器刻度仪器刻度仪器刻度仪器刻度 将每口井的孔隙度将每口井的孔隙度 、计数率比值、计数率比值

47、r r整理出对整理出对应的表格。然后在直角坐标系画出各个点，注：比应的表格。然后在直角坐标系画出各个点，注：比值值r = ns / nlr = ns / nl。横坐标为比值。横坐标为比值r r，纵坐标为孔隙度，纵坐标为孔隙度 。将各个点描成曲线，根据曲线的形状，用相应。将各个点描成曲线，根据曲线的形状，用相应的数学公式来表达。补中的数学公式来表达。补中-r-r计算公式一般采用三计算公式一般采用三次曲线方程。即：次曲线方程。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为仪器刻度中所需要求出的

48、常数。为仪器刻度中所需要求出的常数。 仪器经过一级刻度后，仪器的信号仪器经过一级刻度后，仪器的信号就与地层的孔隙度之间建立了一个数学就与地层的孔隙度之间建立了一个数学函数关系。但这个关系并不是永远有效函数关系。但这个关系并不是永远有效的，因为仪器经过长时间的使用、维修的，因为仪器经过长时间的使用、维修以及更换元器件后，仪器的各项性能将以及更换元器件后，仪器的各项性能将发生变化。这时，原来的数学函数关系发生变化。这时，原来的数学函数关系就不能准确的反应出地层的孔隙度。为就不能准确的反应出地层的孔隙度。为了校正这个误差，仪器采用了车间刻度了校正这个误差，仪器采用了车间刻度的概念。的概念。车间刻度车

49、间刻度仪器刻度仪器刻度 车间采用一点刻度方法，对仪器的变化车间采用一点刻度方法，对仪器的变化量进行校正。其原理是：在仪器刚刚经过一量进行校正。其原理是：在仪器刚刚经过一级刻度后，我们认为仪器处于理想的状态，级刻度后，我们认为仪器处于理想的状态，此时仪器的计数率与地层孔隙度之间的数学此时仪器的计数率与地层孔隙度之间的数学函数关系是正确的。此时将仪器对现场刻度函数关系是正确的。此时将仪器对现场刻度器的反应记录下来。仪器经过一段时间后如器的反应记录下来。仪器经过一段时间后如果发生了变化，那么仪器对现场刻度器的反果发生了变化，那么仪器对现场刻度器的反应值将发生变化。通过对这两次变化数值的应值将发生变化。通过对这两次变化数值的