CN208564530U - 一种随钻可控源密度测井装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种随钻可控源密度测井的装置，包括独立的随钻可控中子源及随钻密度探测系统。所述放射源为随钻可控中子源独立仓，包括随钻可控源本体、中子管抗压筒及屏蔽体，在中子管抗压筒中安装中子源；所述随钻密度探测系统包括探测器本体、近源距探测器、热中子探测器、远源距探测器、中心处理电路及超声波井径测量器；所述中心处理电路包括微处理器、信号放大整形及甄别电路、存储器、接口电路、总线驱动和总线。本实用新型的的随钻可控源安装在中子管抗压筒中并安装在随钻可控源本体中，形成独立的随钻可控中子源，在通高压电时激发高能快中子，快中子穿过地层过程中，伽马射线衰减，伽马射线的衰减也主要取决于构成地层的电子密度。

Description

一种随钻可控源密度测井装置

技术领域

本实用新型涉及随钻测井仪器领域中的一种放射性测量仪器的井下装置，尤其涉及一种基于随钻可控源的密度测井装置。

背景技术：

在钻井行业的随钻测量领域，随钻密度测井仪用于在钻井过程中实时测量地层的密度，从而有效计算地层的孔隙度，识别油气层、计算地层的储油能力。

目前公知的密度测量装置，一种是使用放射性同位素源（例如，137Cs 或60Co）发射伽马射线，然后使用两个不同源距处的伽马射线探测器测量经地层康普顿散射回的伽马射线，根据特定能窗的计数率大小计算出地层的密度值。

使用化学伽马放射源的随钻密度测井仪存在如下缺点：由于放射性同位素源是利用同位素衰变过程中释放的伽马射线，为了满足测量的精度，要求同位素源的源强较高、半衰期较长，因此放射性同位素源会产生强烈的放射性。虽然采用多种放射源屏蔽装置和措施，但现场操作环境限制了有效防护手段的使用，难以避免对操作人员造成健康伤害。另外，钻井过程中复杂的操作条件极易使放射源丢失，一旦无法回收会严重污染地下资源，甚至使整个油区报废。此外，由于化学放射源无法控制中子和伽马射线的发射，且中子产生的次生伽马射线会影响伽马源产生的伽马射线的测量，因此传统仪器中中子孔隙度测量和伽马密度测量是使用两支不同的仪器，且要隔开一定距离。这样就加大了仪器的长度，同时增加了仪器的成本。

另外一种公知的随钻密度测量仪器，是使用可控的氘-氚反应加速器中子源测量地层密度。氘-氚中子源所释放的能量为14MeV的快中子与地层中的原子核发生非弹性散射并释放出伽马射线，伽马射线的衰减与地层密度相关。但是伽马探测器计数率会受到快中子在地层中输运的影响，因此为了降低快中子的影响，在仪器中使用一个伽马探测器和一个超热中子探测器，利用超热中子探测器来校正快中子输运对伽马计数率的影响，但测量精度较低。

使用氘-氚中子源测量地层密度的仪器存在如下缺点：首先，虽然使用可控氘-氚反应加速器中子源可以解决放射源污染的问题，但是其释放的能量为14MeV的快中子，被释放之后会在地层中传输，直到与地层中的原子核发生非弹性散射才会释放出伽马射线，因此相对于化学伽马源，其伽马射线的产生位置不固定，且随地层影响的变化而动态变化，从而使得伽马探测器响应为地层密度的函数。由公知的中子孔隙度测井原理可知，虽然超热中子探测器对中子的衰减比较敏感，但其可以测量到的计数率较热中子低，如果使用超热中子对伽马探测器计数进行校正会存在密度测量结果精度较低的问题。其次，氘-氚反应加速器有一定的工作寿命，一般为几百个小时，随着使用时间的增长，其所释放中子的产额会降低，从而引起伽马射线计数率的降低，并进一步影响密度测量的精度。

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，提供一种利用随钻可控中子源独立源仓的随钻可控源进行密度测井装置

为实现此目的，本实用新型提供的随钻可控源进行密度测井装置，包括放射源和随钻密度探测系统，其中：所述放射源为随钻可控中子源独立仓，包括随钻可控源本体2、中子管抗压筒3及屏蔽体5，在中子管抗压筒3中安装中子源，中子管抗压筒3固定在随钻可控源本体2内，屏蔽体5设在随钻可控源本体2外壁上，中子管抗压筒3两端封闭，至少一端设有与电源及通讯线路相连的密封插针；所述随钻密度探测系统包括探测器本体8、近源距探测器9、热中子探测器11、远源距探测器12、中心处理电路13及超声波井径测量器14；所述探测器本体8的外表面纵向开有至少五个U形槽， U 形槽之间通过连接孔10连接，近源距探测器9、热中子探测器11、远源距探测器12、中心处理电路13及超声波井径测量器14自上而下依次分别安装在U形槽内，近源距探测器9、热中子探测器11、远源距探测器12及超声波井径测量器14通过连接孔10与中心处理电路13建立电连接；所述中心处理电路13包括微处理器、信号放大整形及甄别电路、存储器、接口电路、总线驱动和总线，以及为中子发生器、近源距探测器、超声波井径测量器、热中子探测器、远源距探测器提供电源控制电路；所述随钻可控中子源独立仓与随钻密度探测系统通过随钻可控源本体2下端与探测器本体8上端建立连接。

上述方案还包括：

所述近源距探测器9包括近源距电路骨架15、近源距屏蔽体16、近源距晶体及电倍增管17，近源距晶体及电倍增管17与近源距电路骨架15整体连接，并通过近源距电路骨架15安装在近源距屏蔽体16内腔，在晶体对应位置处的近源距屏蔽体16上开槽。

所述近源距屏蔽体16上的开槽处用低密度材料18填充，外部通过盖板19和密封圈封盖。

所述近源距探测器9装配完成后整体封胶；近源距屏蔽体16的上下两端设置弹性减震器。

所述中子源包括氘-氚加速器中子源或氘-氘加速器中子源；所述近源距探测器9及远源距探测器12为溴化镧或碘化钠闪烁晶体探测器，热中子探测器11为3He中子计数管。

所述中子管抗压筒3由铍铜或钛合金制作，两端通过堵头和密封圈封闭，所述密封插针的密封体和堵头、密封圈均由聚四氟和镉的混合体制作，中子管抗压筒3通过悬挂螺栓6紧贴随钻可控源本体2的内壁。

所述热中子探测器11、远源距探测器12具有与近源距探测器9的相同结构。

所述探测器本体8外表面加工有扶正翼。

本实用新型由于采取以上技术方案，所具有的有益效果是：采用独立源仓的优点在于随钻密度探测系统可以在研发及应用阶段与化学源配接进行对比测量，大大提高应用范围及效率，可根据甲方需求进行适当组合。采用随钻可控源的优点在于极大地减少了化学源在运输和经常操作时所带来的放射性污染以及在钻井施工中掉源带来的极大危害；同时，随钻密度探测系统采用热中子探测器及超声波井径测量器，大大提高密度测量的探测精度；另外，随钻可控中子源及随钻密度探测系统贴近井壁，增加了探测效率。

附图说明：

图1为本实用新型的随钻可控源密度测井装置组成连接图；

图2为本实用新型装置的随钻可控中子源独立仓结构剖视图；

图3为本实用新型的随钻可控源密度测井装置的随钻密度探测系统结构剖视图；

图4为本实用新型的随钻可控源密度测井装置的近源距探测器结构示意图；

图5为本实用新型的随钻可控源密度测井装置的近源距盖板示意图；

图6为本实用新型的随钻可控源密度测井装置的信号处理流程框图。

图中：1.上堵头，2.随钻可控源本体，3.中子管抗压筒，4.螺栓孔，5.屏蔽体，6.悬挂螺栓，7.下堵头，8.探测器本体，9.近源距探测器，10.连接孔，11.热中子探测器，12.远源距探测器，13.中心处理电路，14.超声波井径测量器，15.近源距电路骨架，16.近源距屏蔽体，17.近源距晶体及电倍增管，18.低密度材料，19.距盖板。

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。

实施例1，参照图1、2和3，随钻可控源密度测井装置包括两部分：随钻可控中子源独立仓及随钻密度探测系统。其中，随钻可控中子源独立仓包括：随钻可控源本体2、中子管抗压筒3及屏蔽体5；随钻密度探测系统包括：探测器本体8、近源距探测器9、热中子探测器11、远源距探测器12、中心处理电路13及超声波井径测量器14。

基于氘-氚加速器中子源或氘-氘加速器中子源的随钻可控源安装在中子管抗压筒3中，在通高压电时激发高能快中子，快中子与地层流体及矿物中的各种原子的原子核发生非弹性碰撞，使这些靶核处于激发态。这些伽马射线形成伽马云，成为地层中分散的源。伽马射线穿过地层的过程中会衰减，正如放射性同位素源一样，伽马射线的衰减也主要取决于构成地层的电子密度。

参照附图2，随钻可控源安装在中子管抗压筒3中，下部由下堵头7完全封闭，上端通过上堵头1密封，上紧悬挂螺栓6使得整个中子管抗压筒3紧贴随钻可控源本体2的内壁。通过中子管配套屏蔽结构的设计及相关计算，确定了随钻可控源本体2上屏蔽体5的屏蔽位置及结构。中子管作为随钻可控源（即氘-氚加速器中子源或氘-氘加速器中子源）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，上端使用上堵头1机械密封，通过上堵头1的密封插针与电源及通讯装置相连，密封插针是专门的耐高温高压的密封插针。下端使用下堵头7机械密封，下堵头密封圈是专门的耐高温高压的密封圈，保证固定、密封良好，下堵头7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。

参照附图6，仪器的信号处理流程框图包括：离子控制器、中子发生器、中子发生器高压电源电路、探测器高压电源电路、超声波井径测量器、热中子探测器、远源距探测器、近源距探测器、信号放大整形及甄别电路、微处理器、存储器、接口电路、总线驱动和总线。微处理器完成电子线路的时序控制、数据采集、处理、计算、存储和与其它随钻测量仪器的数据交换。存储器按设计好的数据记录格式存储快中子和伽马数据及电路工作状态信息。为节约井下电能，微处理器根据不同的工作时序控制电源控制电路，输出多路受控电源供给传感器和处理电路。根据使用和传输需要，对计算数据编码压缩后，通过调制解调器调制成特定格式的信号，并经总线隔离驱动器驱动后，通过单芯总线送到MWD仪器，由MWD控制其泥浆脉冲遥测系统将数据编码信号发送到地面。

优选的，随钻密度探测系统是在加工有三翼型扶正器的探测器本体8的表面纵向开有5个U形槽，自上而下依次分别安装近源距探测器9、热中子探测器11、远源距探测器12、中心处理电路13及超声波井径测量器14。近源距探测器9及远源距探测器12优选溴化镧LaBr3或碘化钠NaI闪烁晶体探测器，热中子探测器11优选对热中子灵敏的3He中子计数管。近源距探测器9及远源距探测器12完成伽马射线计数率的探测测量，通过连接孔10与热中子探测器11实时监控的热中子一起进入中心处理电路13中，从而可以对伽马探测器计数率进行校正，有效改善由于中子发生器寿命引起的测量精度降低的难题。

优选的，具有三翼型扶正器的探测器本体8的表面纵向开的第一个U形槽内安装近源距探测器9，其中近源距探测器9加工完成后整体封胶，可以采用特别加工的封胶模块，封完胶后放置于U形槽内，盖板装上密封圈，盖紧后上螺丝。近源距探测器9、热中子探测器11、远源距探测器12的结构基本相同，含有屏蔽体及屏蔽体内相应的探测器，中心处理电路13只包含电路骨架和电路。

参照附图4和5，优选的，近源距探测器9包括：近源距电路骨架15、近源距屏蔽体16、近源距晶体及电倍增管17、盖板19。当可控源发射的快中子与地层流体及矿物中的各种原子的原子核发生非弹性碰撞时产生伽马射线，近源距晶体被衰减的伽马射线打出电子，电子在近源距晶体中运动放射出光子，这些光子经光电倍增管作用形成电流，近源距电路记录下电流值，经过计算得到相应的计数值。把近源距晶体及光电倍增管17与近源距电路骨架15整体连接后放置于圆柱状近源距屏蔽体16中。其中，为了减少探测器在井下的垂直冲击，在近源距屏蔽体16的上下两端放置弹性减震器，在近源距晶体位置处的近源距屏蔽体16开槽，加大接收效率，开槽处用低密度材料18（如橡胶）填充，外侧盖上盖板19。近源距电路骨架15与近源距屏蔽体16直接固定连接，其中有高温连接线连通近源距晶体及电倍增管17，然后将近源距电路放置到近源距电路骨架15的橡胶垫上。

通过上述实施例进一步说明，采用独立的随钻可控中子源替代放射源，在通高压电时激发高能快中子，快中子与地层反应的信息由随钻密度探测系统测量并处理，得到地层的密度值及相关地层孔隙度信息。

Claims (10)

1.一种随钻可控源密度测井装置，包括放射源和随钻密度探测系统，以及包括微处理器、信号放大整形及甄别电路、存储器、接口电路、总线驱动和总线的中心处理电路(13)，其特征是：所述放射源为随钻可控中子源独立仓，包括随钻可控源本体(2)、中子管抗压筒(3)及屏蔽体(5)，在中子管抗压筒(3)中安装中子源，中子管抗压筒(3)固定在随钻可控源本体(2)内，屏蔽体(5)设在随钻可控源本体(2)外壁上，中子管抗压筒(3)两端封闭，至少一端设有与电源及通讯线路相连的密封插针；所述随钻密度探测系统包括探测器本体(8)、近源距探测器(9)、热中子探测器(11)、远源距探测器(12)、中心处理电路(13)及超声波井径测量器(14)；所述探测器本体(8)的外表面纵向开有至少五各U形槽，U形槽之间通过连接孔(10)连接，近源距探测器(9)、热中子探测器(11)、远源距探测器(12)、中心处理电路(13)及超声波井径测量器(14)自上而下依次分别安装在U形槽内，近源距探测器(9)、热中子探测器(11)、远源距探测器(12)及超声波井径测量器(14)通过连接孔(10)与中心处理电路(13)建立电连接；所述中心处理电路(13)为中子发生器、近源距探测器(9)、超声波井径测量器(14)、热中子探测器(11)、远源距探测器(12)提供电源控制；所述随钻可控中子源独立仓与随钻密度探测系统通过随钻可控源本体(2)下端与探测器本体(8)上端建立连接。

2.根据权利要求1所述的一种随钻可控源密度测井装置，其特征是：所述近源距探测器(9)包括近源距电路骨架(15)、近源距屏蔽体(16)、近源距晶体及电倍增管(17)，近源距晶体及电倍增管(17)与近源距电路骨架(15)整体连接，并通过近源距电路骨架(15)安装在近源距屏蔽体(16)内腔，在晶体对应位置处的近源距屏蔽体(16)上开槽。

3.根据权利要求2所述的一种随钻可控源密度测井装置，其特征是：所述近源距屏蔽体(16)上的开槽处用低密度材料(18)填充，外部通过盖板(19)和密封圈封盖。

4.根据权利要求3所述的一种随钻可控源密度测井装置，其特征是：所述近源距探测器(9)装配完成后整体封胶；近源距屏蔽体(16)的上下两端设置弹性减震器。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种随钻可控源密度测井装置，其特征是：所述中子源包括氘-氚加速器中子源或氘-氘加速器中子源；所述近源距探测器(9)及远源距探测器(12)为溴化镧或碘化钠闪烁晶体探测器，热中子探测器(11)为3He中子计数管。

6.根据权利要求5所述的一种随钻可控源密度测井装置，其特征是：所述中子管抗压筒(3)由铍铜或钛合金制作，两端两端通过堵头和密封圈封闭，所述密封插针的密封体和堵头、密封圈均由聚四氟和镉的混合体制作，中子管抗压筒(3)通过悬挂螺栓(6)紧贴随钻可控源本体(2)的内壁。

7.根据权利要求6所述的一种随钻可控源密度测井装置，其特征是：所述热中子探测器(11)、远源距探测器(12)具有与近源距探测器(9)的相同结构。

8.根据权利要求7所述的一种随钻可控源密度测井装置，其特征是：所述探测器本体(8)外表面加工有扶正翼。

9.根据权利要求1-4任一所述的一种随钻可控源密度测井装置，其特征是：所述探测器本体(8)外表面加工有扶正翼。

10.根据权利要求5所述的一种随钻可控源密度测井装置，其特征是：所述探测器本体(8)外表面加工有扶正翼。