CN206928945U - 一种随钻可控中子源独立源仓装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种随钻可控中子源独立源仓装置，包括随钻本体和中子管抗压筒，其特征是：中子管抗压筒上、下端分别通过上堵头和下堵头连接封闭后，通过悬挂螺栓连接使得整个中子管抗压筒紧贴随钻本体的内壁，随钻中子管安装在封闭的中子管抗压筒中，并通过上堵头的密封插针与电源及通讯装置相连，在随钻本体外壁上设置特定的U型槽，U型槽内设置聚四氟和镉的混合体制成的屏蔽体。本实用新型综合考虑了泥浆流道结构、传感器屏蔽方式、电气连接高压密封方式、电路模块安装连接方式、钻铤抗扭、抗疲劳和承压能力以及加工难度等方面因素，使得随钻可控源中子测井能够较好的实施，随钻中子管靠近钻铤壁，增加了中子管的发射效率，能够满足随钻中子高精度测量的要求。

Description

一种随钻可控中子源独立源仓装置

技术领域：

本实用新型涉及随钻测井领域一种放射性测量仪器的井下装置，尤其涉及一种用于随钻可控源中子测井中放射性源仓的装置。

背景技术：

随钻中子测井技术的发展非常迅速，国外在随钻测井技术的研究中，除了随钻电阻率、声波之外，对随钻中子的研究也非常重视，从国际钻井行业范围来看，多参数尤其是四参数组合（多深度电阻率、密度、中子和自然伽马）随钻测井仪已成为标准的随钻测井仪器。

传统的中子测量采用放射源，如Am-Be放射源，容易对操作人员造成伤害，如因井下钻具卡钻而无法打捞落入井中，则会严重污染地层。用可控中子源替代放射性化学源即可很好地解决这个问题。取代了Am-Be放射源，极大地减少了放射源在运输和经常操作时所带来的放射性污染。由于随钻中子在随钻测井技术中的重要性，目前国内外石油服务公司均非常重视随钻中子测井技术的研究，一方面在现有采用化学源方式的基础上，完善随钻中子测井技术的安全性和可靠性，另一方面积极开发采用脉冲中子源的随钻中子测井技术，可以预计，由于采用脉冲中子源技术的随钻中子测井具有较高的安全性，该技术将会得到越来越多的关注，并有较快的发展。

国外技术公司只有Schlumber采用脉冲中子发生器PNG（pulsed neutrongenerator），取代了Am-Be放射源，极大地减少了放射源在运输和经常操作时所带来的放射性污染，还可用于没有侧壁安装铯源的地层密度测量，由于技术保密的缘故，尚无相关技术信息的公开。

国内专利CN 202755971 U及CN 104747179 A都提供了一种随钻可控源中子测井仪器，包括钻铤，其特征在于，沿所述钻铤的轴向上间隔成型有多个径向设置的U 型槽，所述测井仪器密封设置于所述U 型槽内，其包括：脉冲中子源，包括氘氚反应中子管，其以脉冲方式向所测地层发射高能中子；探测单元、信号处理及数据分析单元、电源模块也安装在U 型槽内。氘氚反应中子管直径较大，在考虑抗压及屏蔽后尺寸巨大，制作时U 型槽尺寸变大，钻铤壁变小，这种结构在井下是不可靠的。另外，因为尺寸受限，根本无法考虑到屏蔽体的制作。

实用新型内容：

本实用新型的目的是针对国外相关技术的封锁和国内技术的缺陷，提供一种用于随钻可控源中子测井的一种随钻可控中子源独立源仓装置。

为实现此目的，本实用新型提供一种随钻可控中子源独立源仓装置，包括随钻本体和中子管抗压筒，其特征是：中子管抗压筒上、下端分别通过上堵头和下堵头连接封闭后，通过悬挂螺栓连接使得整个中子管抗压筒紧贴随钻本体的内壁，随钻中子管安装在封闭的中子管抗压筒中，并通过上堵头的密封插针与电源及通讯装置相连， 在随钻本体外壁上设置特定的U型槽， U型槽内设置屏蔽体。

所述中子管抗压筒与随钻本体通过3-4个悬挂螺栓孔及悬挂螺栓沉孔与悬挂螺栓连接，悬挂螺栓为内六方沉孔螺栓，内部设置密封圈。

所述上堵头和下堵头与中子管抗压筒之间通过密封圈封闭密封。上述方案进一步包括：

本实用新型由于采取以上技术方案，所具有的有益效果是：综合考虑了泥浆流道结构、传感器屏蔽方式、电气连接高压密封方式、电路模块安装连接方式、钻铤抗扭、抗疲劳和承压能力以及加工难度等方面因素，使得随钻可控源中子测井能够较好的实施效果，同时，随钻中子管靠近钻铤壁，从而贴近井壁，增加了中子管的发射效率，另外，由于充分考虑屏蔽体的钻铤结构能够满足随钻中子高精度测量的要求。

附图说明：

图1 是一种随钻可控中子源独立源仓装置框图；

图2是中子管抗压筒局部剖视图；

图3是图1中上堵头左视图；

图4是图1中下堵头右视图；

图中：1随钻本体，2 悬挂螺栓孔，3中子管抗压筒，4 上堵头，5下堵头，6 悬挂螺栓，7 固定孔， 8上堵头密封圈，9悬挂螺栓沉孔，10密封插针，11上堵头固定孔，12下堵头固定孔，13下堵头密封圈，14屏蔽体。

具体实施方式：

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，随钻可控中子源独立源仓装置包括：随钻本体1、中子管抗压筒3、上堵头4、下堵头5。随钻中子管安装在中子管抗压筒3中，下部由下堵头5完全封闭，上端通过上堵头4的密封插针10与电源及通讯装置相连，对准悬挂螺栓孔2及悬挂螺栓沉孔9，上紧悬挂螺栓6使得整个中子管抗压筒3紧贴随钻本体1的内壁。通过随钻中子管配套屏蔽结构的设计及相关计算，确定了随钻本体1上屏蔽体14的屏蔽位置及结构。

如图1所示，随钻本体1的常规尺寸分3种：4.75"（121mm）、6.75"（172mm）、8"（203mm），涵盖了149mm以上的井眼尺寸，可满足大部分的钻井现场；使用不同规格的随钻本体1，相应的中子管抗压筒3、上堵头4、下堵头5的尺寸也相对变化，另外，配套随钻本体1上屏蔽体14的屏蔽位置、大小及结构也需要根据计算变化。随钻本体1的两端可根据随钻中子测量钻铤的方式做成双公、双母、一公一母等。

随钻可控中子源独立源仓带来了随钻中子测井不同于电缆测井的屏蔽问题，通过模拟计算和结构优化，专门对随钻本体1进行了屏蔽体14结构设计。采用MCNP计算程序，对屏蔽体14和随钻本体1对不同探测位置的中子透射和反射情况进行了计算机模拟计算。

由于中子具有极强的穿透力和散射特性，会造成屏蔽体14外环境本底的大大增加，并成为测量本底的重要来源。因此，需要对辐射源屏蔽体14的尺寸，屏蔽体的开口情况等进行研究，从而为随钻可控中子源独立源仓的制作以及中子屏蔽性能的测试等提供重要参考。

中子与物质的相互作用可分为两类: 一类是散射，包括弹性散射和非弹性散射,这是快中子与物质相互作用过程中能量损失的主要形式；另一类是吸收, 即中子被原子核吸收后仅产生其他种类次级粒子，不产生中子辐射俘获等核反应。中子在较轻介质中主要通过弹性散射损失能量。由于单个原子核对中子的减速能力随核质量数的减小而增大, 所以在辐射防护中常选用含氢物质和原子量小的物质作为快中子的减速剂。屏蔽体14往往掺入重元素或用重金属与减速剂组成交替屏蔽, 其中重元素具有使较高能量中子减速和吸收γ射线的双重作用。通过对比实验，确定了按一定比例混合的聚四氟和镉的混合体具有很好的屏蔽效果，同时其体积密度也能满足要求，是理想的屏蔽材料，能够满足随钻中子测量的要求。

如图1、图2所示，随钻中子管安装在中子管抗压筒3中，中子管抗压筒3由一定厚度的铍铜或钛合金制作，能够承受大于100MPa的井下压力；将整个中子管抗压筒3推入随钻本体1中，其中悬挂螺栓孔2及悬挂螺栓沉孔9严格对准，要求在制作过程中严格控制加工精度，保证3-4个悬挂螺栓孔2及悬挂螺栓沉孔9的对准偏差小于0.5mm；上紧悬挂螺栓6使得整个中子管抗压筒3紧贴随钻本体1的内壁。悬挂螺栓6由铍铜制作的内六方沉孔螺栓，内部2道耐高温高压密封圈8，防止泥浆从随钻本体1外部进入，使用扭矩扳手上紧，扭矩大小32N·M。

如图2、图3所示，随钻中子管安装在中子管抗压筒3中，上端使用上堵头4机械密封，通过固定孔7及上堵头固定孔11上紧螺丝，保证固定、密封良好，上端通过上堵头4的密封插针10与电源及通讯装置相连，密封插针10是专门的耐高温高压的密封插针10。

如图2、图4所示，随钻中子管安装在中子管抗压筒3中，下端使用下堵头5机械密封，通过上紧下堵头固定孔12螺丝，下堵头密封圈13是专门的耐高温高压的密封圈，保证固定、密封良好，下堵头5也是由按一定比例混合的聚四氟和镉的混合体制作，具有很好的向下屏蔽效果。

Claims (3)

1. 一种随钻可控中子源独立源仓装置，包括随钻本体和中子管抗压筒，其特征是：中子管抗压筒上、下端分别通过上堵头和下堵头连接封闭后，通过悬挂螺栓连接使得整个中子管抗压筒紧贴随钻本体的内壁，随钻中子管安装在封闭的中子管抗压筒中，并通过上堵头的密封插针与电源及通讯装置相连， 在随钻本体外壁上设置特定的U型槽， U型槽内设置屏蔽体。

2.根据权利要求1所述的随钻可控中子源独立源仓装置，其特征是：所述中子管抗压筒与随钻本体通过3-4个悬挂螺栓孔及悬挂螺栓沉孔与悬挂螺栓连接，悬挂螺栓为内六方沉孔螺栓，内部设置密封圈。

3. 根据权利要求1或2所述的随钻可控中子源独立源仓装置，其特征是： 所述上堵头和下堵头与中子管抗压筒之间通过密封圈封闭密封。