CN104111482A - 一种双探测器x射线荧光测井探管及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双探测器X射线荧光测井探管及方法，主要包括探测窗口和激发探测系统，所述探测窗口包括光管准直器、D1准直器、D2准直器、铍窗、光管S、探测器D1和探测器D2组成，光管S、探测器D1和探测器D2组成激发探测系统，光管S与工作电源连接，探测器D1和D2独立与放大器、数字化多道脉冲幅度分析器、双通道数据采集与控制器、接口电路、地面工作站依次连接。本发明解决了利用X射线管激发X射线荧光测井中井液校正的问题，提高了X射线荧光测井探管的辐射安全性。

Description

一种双探测器X射线荧光测井探管及方法

技术领域

本发明属于地质勘查技术领域，涉及一种双探测器X射线荧光测井探管及方法。

背景技术

在X射线荧光测井中，井液对于激发源的初始射线和井壁中目标元素产生的特征X射线都有吸收和散射的作用，而且对不同能量的射线吸收系数不同。井液对初始射线和特征X射线的吸收，减小了目标元素特征X射线荧光的计数率；而高能量的射线的散射作用(大于目标元素特征X射线能量)，增加了测量谱线的散射本底，从而增加了仪器谱中特征X射线全峰计数率。因此在测井过程中，由于井液的存在改变了特征X射线同目标元素含量之间的线性，增加了X射线荧光测井目标元素含量的误差。

同位素源激发的X射线荧光测井中对井液影响校正从两方面解决。一方面是在X射线荧光测井探管的硬件上，采用贴井壁装置以尽可能减小探测窗与井壁之间的井液厚度。另一方面，采用数学方法进行井液校正，提高X射线荧光测井中目标元素含量测量的精确度。伍岳、林玉飞、白云生等推导了井液校正公式(CBWE)，并在模拟钻孔中取得了较好的应用效果；葛良全、周四春等人提出基于散射峰的井液校正方法，在Y411型X射线荧光测井仪上得到使用。以上的研究都是基于正比计数器展开，限于探测器的能量分辨率，其校准精度较差。在“十一五”期间，在Y421型X荧光测井仪上也开展了井液校正方法的初步研究，任翔、葛良全、张庆贤等人采用激发源的特征反散射峰计算井液厚度并对测量元素的特征X射线计数率进行校正，取得了较好的校正效果。

X射线光管是目前常用的X射线荧光激发源，也是今后X射线荧光测井的首选激发源。针对X射线光管激发X射线荧光测井的井液校正方法研究目前还未有相关的报导。与同位素激发源不同，X射线光管输出的谱线为连续谱，在X射线荧光测井仪器谱中特征反散射峰不明显，因此基于反散射的井液校正方法，在X射线光管作为激发源的X射线荧光测井中不能使用，需要研究针对X射线光管激发的X射线荧光测井的井液校正新方法。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种双探测器X射线荧光测井探管及方法，通过数据处理，可以有效校正井液对测量结果的影响，提高X射线荧光测井的精确度与实用性。其技术方案如下：

一种双探测器X射线荧光测井探管，主要包括探测窗口和激发探测系统，所述探测窗口包括光管准直器、D1准直器、D2准直器、铍窗、光管S、探测器D1和探测器D2组成，光管S、探测器D1和探测器D2组成激发探测系统，光管S与工作电源连接，探测器D1和D2独立与放大器、数字化多道脉冲幅度分析器、双通道数据采集与控制器、接口电路、地面工作站依次连接。由双通道数据采集与控制器实现探测器D1和探测器D2的同步与数据采集，并控制光管S工作。采集得到的谱数据由接口电路传输至地面工作站。

进一步优选，探测器D1、探测器D2与光管S中心轴线相交于一点O，并且探测器D1与探测器D2到O点等距离，光管S与管壁成45°，探测器D1与管壁成90°，探测器D2与管壁成30°。

进一步优选，所述准直器由纯铝制作。

进一步优选，探测器D1和探测器D2采用Si-PIN电制冷探测器。

一种双探测器X射线荧光测井探管数据处理方法，包括以下步骤：

1)由数据接收模块接收到的谱数据进行分别处理，处理流程为谱线光滑、散射本底扣除、元素特征X射线净峰面积计算，通过以上处理后，获取井壁元素特征X射线信息；

2)对探测器D1与探测器D2获取的元素特征X射线净峰面积进行分析，计算井壁中的主量元素，并利用公式计算井液厚度；

3)对探测器D1与探测器D2获取的元素特征X射线净峰面积进行分析，计算井壁中元素含量；

4)利用步骤2中获得的井液厚度，对元素含量进行井液校正，获取最终测井含量。

本发明的有益效果为：

1.本发明解决了利用X射线管激发X射线荧光测井中井液校正的问题，提高了X射线荧光测井探管的辐射安全性。

2.采用双探测器进行谱线采集，并对测量谱线进行分析，计算出井液厚度，并对测量得到的元素含量进行井液校正，提高X射线荧光测井的准确度。

附图说明

图1是X射线荧光测井探管功能区域图；

图2是X射线荧光测井双探测器机械结构图，S为微型X射线管；D1为Si-PIN探测器1；D2为Si-PIN探测器2；

图3是双探测器X荧光测井探管核信号处理与数据采集结构图；

图4是双探测器X荧光测井探管数据处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

参照图1-图3，一种双探测器X射线荧光测井探管，主要包括探测窗口和激发探测系统，所述探测窗口包括光管准直器、D1准直器、D2准直器、铍窗、光管S、探测器D1和探测器D2组成，光管S、探测器D1和探测器D2组成激发探测系统，光管S与工作电源连接，探测器D1和D2独立与放大器、数字化多道脉冲幅度分析器、双通道数据采集与控制器、接口电路、地面工作站依次连接。由双通道数据采集与控制器实现探测器D1和探测器D2的同步与数据采集，并控制光管S工作。采集得到的谱数据由接口电路传输至地面工作站。

探测器D1、探测器D2与光管S中心轴线相交于一点O，并且探测器D1与探测器D2到O点等距离，光管S与管壁成45°，探测器D1与管壁成90°，探测器D2与管壁成30°所述准直器由纯铝制作。探测器D1和探测器D2采用Si-PIN电制冷探测器。

本设计的主要技术路线：本发明中双探测器X荧光测井探管由光管s、探测器D1、探测器D2、数字化多道脉冲幅度分析器、双通道数据采集与控制器、铍窗等主城。探管壁采用高硬度钢结构加工，能够在深井下工作。在探管上采用Be材料制成铍窗。激发源产生的X射线通过铍窗入射到井壁上，产生的X射线由探测器D1和探测器D2同时采集，分别通过放大器，由多道脉冲幅度分析器转化为数字信号，并由双通道数据采集与控制器收集，通过接口电路传输到地面工作站。

在测井工作站上，由分析软件，对采集的谱线进行处理，提取出测量谱线中的井液厚度信息。同时通过测量谱线分析，将测量核素的特征峰面积转化为元素含量，并进行井液厚度校正，得到测量井壁中准确的核素含量信息。

如图2，基于双探测器X荧光测井探管中光管S产生的X射线，由光管准直器准直为平行射线束，准直器的长度为3cm。准直后的射线束通过Be窗射入井液和井壁上。入射射线激发井壁中的原子，产生特征X射线。特征X射线通过Be窗和准直器D1、准直器D2进入探测器D1和探测器D2。光管准直器、D1准直器和准直器D2的中心轴线汇交到同一点，并且探测器D1和探测器D2与汇交点的距离相同，保证探测器D1、探测器D2对测量点所张立体角相同。为防止准直器材料产生特征X射线，进而影响测量结果，选用低杂质的铝材料或者有机玻璃制作。

仪器的工作电路如图3所表示。由探测器D1、探测器D2产生的电信号通过放大器、数字化多道脉冲幅度分析器转化为数字信号，由双通道数据采集与控制器进行数据采集与累积，转化为X射线荧光仪器谱，通过接口电路传输至地面工作站。在仪器工作过程中，有双通道数据采集与控制器同步2个探测器的工作，确保数据在同点同时测量。

地面工作站采集谱线后，对谱线进行处理，处理流程如图4表示。首先对传输的谱线进行拆分，提取出探测器D1、探测器D2获取的仪器谱，对仪器谱线进行光滑、散射本底扣除和重叠峰剥离后，得到元素特征X射线的净峰面积。

(1)提取主量元素，计算井液厚度。当Si-PIN探测器1与井壁成90°，Si-PIN探测器2与井壁成30°，计算公式如下：

其中为Si-PIN探测器1某主量元素的特征X射线峰；为Si-PIN探测器2某主量元素的特征X射线峰；C对特定井液为常数；μ_w2是井液的线衰减系数；d为井液厚度。通过室内测量，可以确定C、μ_w22个参数。在实际测量中，通过方程得到井液厚度d。

(2)目标元素含量井液校正对通过计算得到的元素含量进行校正，利用校正公式：

$C_{\mathrm{wd}}=C_w\×e^{-(\frac{{\mathrm{\μ}}_{w1}}{\sin \mathrm{\α}}+\frac{{\mathrm{\μ}}_{w2}}{\sin \mathrm{\β}1})d}$

式中C_w未校正的元素含量；C_wd为校正后含量；μ_w1为井液对X射线光管的初级射线的线衰减系数；μ_w2为井液对特征X射线的线衰减系数；α为初级X射线同井壁的夹角，β₁为Si-PINT探测器1的准直器与井壁之间的夹角；d为井液厚度。通过校正后，得到井壁中目标元素含量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种双探测器X射线荧光测井探管，其特征在于，主要包括探测窗口和激发探测系统，所述探测窗口包括光管准直器、D1准直器、D2准直器、铍窗、光管S、探测器D1和探测器D2组成，光管S、探测器D1和探测器D2组成激发探测系统，光管S与工作电源连接，探测器D1和D2独立与放大器、数字化多道脉冲幅度分析器、双通道数据采集与控制器、接口电路、地面工作站依次连接。

2.根据权利要求1所述的双探测器X射线荧光测井探管，其特征在于，探测器D1、探测器D2与光管S中心轴线相交于一点O，并且探测器D1与探测器D2到O点等距离，光管S与管壁成45°，探测器D1与管壁成90°，探测器D2与管壁成30°。

3.根据权利要求1所述的双探测器X射线荧光测井探管，其特征在于，所述准直器由纯铝制作。

4.根据权利要求1所述的双探测器X射线荧光测井探管，其特征在于，探测器D1和探测器D2采用Si-PIN电制冷探测器。

5.一种双探测器X射线荧光测井探管数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)由数据接收模块接收到的谱数据进行分别处理，处理流程为谱线光滑、散射本底扣除、元素特征X射线净峰面积计算，通过以上处理后，获取井壁元素特征X射线信息；

2)对探测器D1与探测器D2获取的元素特征X射线净峰面积进行分析，计算井壁中的主量元素，并利用公式计算井液厚度；

3)对探测器D1与探测器D2获取的元素特征X射线净峰面积进行分析，计算井壁中元素含量；

4)利用步骤2中获得的井液厚度，对元素含量进行井液校正，获取最终测井含量。