JP2019513237A

JP2019513237A - 一体型核センサ

Info

Publication number: JP2019513237A
Application number: JP2019500735A
Authority: JP
Inventors: クリメント，ヘレン・クレア; ラディ，アミン
Original assignee: ジーイー・エナジー・オイルフィールド・テクノロジー・インコーポレイテッド
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2019-05-23
Also published as: US20170276804A1; WO2017165202A1; US10132938B2; EP3433640A1

Abstract

一体型核センサは、光電子増倍管の光電陰極に直接連結されるシンチレータを含む。シンチレータは、光電陰極に熱融着され得る。シンチレータは、エラストマーから形成されるポッティング層によってシンチレータハウジングの中に支持され得る。シンチレータは、シンチレータの外側表面に付けられる反射材または反射性コーティングを含み得る。反射性コーティングは、シンチレータに付けられる蒸着コーティングでもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、一体型核センサに関する。

ダウンホール検層システムは、坑井内の流体の液体・ガス比および周囲の地層の岩質を含む坑井特性を評価するために長年使用されてきた。従来技術の多くの検層システムでは、誘起ガンマ線放射が使用されてきた。このようなダウンホール監視ツールには、低エネルギーのラジオアイソトープ（たとえばアメリシウム２４１）を含むガンマ線エミッタ、およびガンマ線検出器が提供される。発されるガンマ線が検出器に到達する前に減衰または後方散乱する程度が、監視ツールを囲む坑井流体および地層の嵩密度の指標を提供する。中性子放射を検出および報告するために、シンチレーション検出器も使用される。

従来技術の核検出器は、シンチレータと真空光電子増倍管とを含む。シンチレータは、ガンマ線放射に応答して光を発する。真空光電子増倍管（ＰＭＴ）は、シンチレータから発される光を、入射ガンマ線放射を表す電気信号へと変換する。シンチレータは、金属スリーブを用いて検出器組立体のハウジングの中に保持される。シンチレータは、シンチレータから発される光をサファイアまたはクオーツの窓を通して光電子増倍管ハウジングの光電陰極へと向かわせる反射材を含み得る。

現在のシンチレータ検出器設計は幅広く受入れられているがｘ、複雑で製造が困難であり、高温または機械的衝撃にさらされると故障しやすい。したがって、当技術分野の現状においては、これらの欠点を克服するシンチレータ検出器が絶えず求められている。好ましい実施形態は、上記その他のニーズを対象とする。

米国特許第４８８３９５６号明細書

いくつかの実施形態では、一体型核センサは、光電子増倍管および／またはシンチレータ組立体を含み得る。

いくつかの実施形態では、光電子増倍管は、光電陰極を含み得る。

いくつかの実施形態では、シンチレータ組立体は、シンチレータハウジング、および／またはシンチレータハウジングの中に収容されるシンチレータを含み得る。

いくつかの実施形態では、シンチレータは、第１の端部、第２の端部、および中間部分を有する。

いくつかの実施形態では、シンチレータの第１の端部は、光電子増倍管の光電陰極に直接連結される。

いくつかの実施形態では、シンチレータの第１の端部は、光電子増倍管の光電陰極に接着される。

いくつかの実施形態では、シンチレータの第１の端部は、光電子増倍管の光電陰極に熱融着される。

いくつかの実施形態では、このような一体型核センサは、シンチレータの第２の端部および中間部分を囲む反射材をさらに含み得る。

いくつかの実施形態では、反射材は、シンチレータの周りに巻き付けられる反射性テープを含み得る。

いくつかの実施形態では、このような一体型核センサは、シンチレータに反射性コーティングをさらに含み得る。

いくつかの実施形態では、反射性コーティングは、シンチレータに付けられる金属堆積層を含み得る。

いくつかの実施形態では、シンチレータ組立体は、シンチレータハウジングとシンチレータの間に設けられる金属製スリーブをさらに含み得る。

いくつかの実施形態では、シンチレータ組立体は、シンチレータとシンチレータハウジングの間に中間のポッティング層をさらに含み得る。

いくつかの実施形態では、ポッティング層は、シンチレータが中に成形されるエラストマー層を含み得る。

いくつかの実施形態では、ポッティング層は、実質的に光学的に透明なエラストマーを含み得る。

いくつかの実施形態では、ポッティング層は、反射性であるエラストマーを含み得る。

いくつかの実施形態では、反射性コーティングは、蒸着または同様のプロセスを用いて、シンチレータの第２の端部および中間部分に付けられる。

任意の特定の要素または行為についての議論を簡単に識別するために、参照番号の最も大きい桁は、その要素が最初に持ち出された図の番号を指すものとする。

一実施形態による本主題の一態様を示す図である。検出器組立体の第１の実施形態の断面図である。第２の実施形態による本主題の一態様を示す図である。第３の実施形態による本主題の一態様を示す図である。

本発明のこの実施形態によれば、図１は、ケーブル１０２、ワイヤラインまたは一連のパイプを介して坑外に取り付けられるダウンホール検層機器１００を示す。ダウンホール検層機器１００およびケーブル１０２、ワイヤラインまたは連結パイプは、坑井１０４の中に設けられ、坑井１０４は、地層１０６から水または石油などの流体を産出するために掘削される。本明細書において使用される、「石油」という用語は、原油、ガス、油とガスが混ぜ合わさったものなど、あらゆる鉱物性炭化水素を幅広く指すものとする。

ダウンホール検層機器１００は、センサ、分析器、制御システム、電源システム、データプロセッサおよび通信システムも含んでよく、これらはすべては当技術分野においてよく知られている。別法として、ダウンホール検層機器１００は、より大きいダウンホール組立体の一部として構成されてもよいことが理解されよう。たとえば、代替の好ましい一実施形態では、ダウンホール検層機器１００は、水中ポンプシステムに取り付けられるか、または掘削同時計測（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ）システムの一部として取り付けられる。ダウンホール検層機器１００が掘削同時計測システムの中に組み込まれる場合、ダウンホール検層機器１００は、坑外設置型の電源装置へと延びるアンビリカルを通じてではなく、１つまたは複数のバッテリによって給電されてもよい。垂直坑井１０４で示されているが、ダウンホール検層機器１００は、水平坑井および非垂直坑井においても実施され得ることが理解されよう。好ましい実施形態は、坑外ポンプ（ｓｕｒｆａｃｅｐｕｍｐｉｎｇ）用途、ならびにセンサまたは他の壊れやすい構成要素が衝撃および振動の恐れにさらされる他の用途においても有用性を見いだし得る。

ダウンホール検層機器１００は、放射を検出するように構成される内部検出器組立体１１０を含むレシーバ１０８を含む。検出器組立体１１０は、ガンマ線放射、中性子放射、または両方の形態の放射を検出するように構成され得る。レシーバ１０８は、レシーバ１０８をダウンホール検層機器１００の他の構成要素、または坑外設置型の設備と通信した状態に置く処理および通信電子装置などの、検出器組立体１１０に動作可能に接続される追加的な構成要素を含んでもよい。

ダウンホール検層機器１００は、知られているエネルギーでガンマ線または中性子の放射を生じさせるように構成されるエミッタ１１２を任意選択で含む。別法として、またはエミッタ１１２によって生じる放射に加えて、ダウンホール検層機器１００は、坑井１０４を囲む地層１０６から出る自然発生の放射を測定してもよい。いずれの実施形態でも、エミッタ１１２または地層１０６から放出される放射は、坑井１０４を通って減衰、反射、または後方散乱を経てレシーバ１０８へと伝わり、そこで測定され、測定信号へと変換される。測定信号は、読み取られて坑井１０４、坑井１０４の内部の流体、および周囲の地層１０６の岩質の特性に関する情報を提供することができる。検出器組立体１１０はダウンホール検層機器１００での使用に関連して開示されるが、検出器組立体１１０は、他の関係の無い用途および環境においても有用性を見いだし得ることが理解されよう。

図２に目を向けると、ここでは検出器組立体２００の第１の実施形態の断面図が示されている。検出器組立体２００は、光電子増倍管組立体２０４に結合されるシンチレータ組立体２０２を含む。光電子増倍管組立体２０４は、剛性の材料から製作される光電子増倍管ハウジング２０６を含む。光電子増倍管組立体２０４はまた、光電陰極２０８と光電子増倍管２１０とを含む。光子で衝撃を与えられるとき、光電陰極２０８は、光電子増倍管２１０によって増幅される電気信号を生じさせる。

シンチレータ組立体２０２は、シンチレータ２１２を含む。シンチレータ２１２は、第１の端部２２０、第２の端部２２４、および中間部分２２２を含む円筒形の形態または箱形の形態をとることができる。いくつかの実施形態では、シンチレータ２１２は、プラセオジム添加ルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ：Ｐｒ）またはセリウム活性化塩化ランタン（ＬａＣＬ３：Ｃｅ）から製造される。シンチレータ２１２は、入射ガンマ線放射または中性子放射に応答して、よく知られている原理に従って光を発する。これらの実施形態では、シンチレータ２１２は、入射放射線に応答して、光電子増倍管組立体２０４の設計波長に一致する設計波長で光を発するように構成される。

従来技術の設計とは異なり、シンチレータ２１２の第１の端部２２０は、介在するライトガイドまたは窓を使用することなしに、光電陰極２０８に直接結合される。シンチレータ２１２は、実質的に透明なオイルまたは接着剤を用いて、光電陰極２０８に直接固定され得る。適した接着剤には、実質的に透明なエラストマーが含まれる。適したエラストマーには、商標Ｓｙｌｇａｒｄ（登録商標）１８４の下にＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇから入手可能なシリコーンエラストマーが含まれる。

別法として、シンチレータ２１２は、介在するいかなる接着剤も使用することなしに、光電陰極２０８に直接熱融着される。光電陰極２０８とシンチレータ２１２を熱融着するために、片方または両方の構成要素は、光電陰極２０８とシンチレータ２１２のどちらかが示す低い方の融点をちょうど上回るある温度まで加熱される。

シンチレータ２１２は、第２の端部２２４および中間部分２２２を囲む反射材２１４を含むことができる。反射材２１４は、光の放射を、第１の端部２２０を通って光電陰極２０８へと向かわせる。いくつかの実施形態では、反射材２１４は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から製作される白色テープなどの反射性テープを複数回渡すことによりシンチレータ２１２を巻くことによって製作される。

シンチレータ組立体２０２は、金属製スリーブ２１６とシンチレータハウジング２１８とをさらに含む。金属製スリーブ２１６は、反射材２１４とシンチレータハウジング２１８の間に設けられ、機械的衝撃および振動からシンチレータ２１２を隔てる。金属製スリーブ２１６は、シンチレータハウジング２１８の中のシンチレータ２１２に緩衝性支持体を提供する複数のばね、指部、またはベベル面を含んでもよい。

図３に目を向けると、ここでは検出器組立体３００の断面図が示されている。図２に示される検出器組立体２００とは異なり、検出器組立体３００は、反射材２１４を含まない。代わりに、検出器組立体３００のシンチレータ２１２は、反射性コーティング３０２を含む。反射性コーティング３０２は、蒸着プロセスにより、シンチレータ２１２に反射性金属製コーティングを付けることによって準備され得る。反射性コーティング３０２は、シンチレータ２１２の第２の端部２２４および中間部分２２２に付けられる。

図４に目を向けると、ここでは検出器組立体４００の断面図が示されている。この第３の実施形態では、検出器組立体４００は、金属製スリーブ２１６を含まない。代わりに、検出器組立体４００は、シンチレータ２１２の反射性コーティング３０２とシンチレータハウジング２１８の間にポッティング層４０４を含む。ポッティング層４０４は、コンプライアンス性の衝撃吸収材料から製造される。例示的な一実施形態では、ポッティング層４０４は、シンチレータハウジング２１８の中に硬化されていない液状エラストマーを配置し、次いで液状エラストマーの中にシンチレータ２１２を挿入することによって作り出される。硬化されると、ポッティング層４０４はある程度まで固化し、シンチレータ２１２をしっかりと囲み、外部の機械的衝撃および振動からシンチレータ２１２を隔てる。ポッティング層４０４は、シンチレータ２１２の周りに気密封止部も提供し、これは吸湿性のシンチレータ２１２による水の吸収を軽減する。シンチレータ２１２は、硬化されていないポッティング層４０４に挿入する前または挿入した後に、光電陰極２０８に融着または接着され得ることが理解されよう。

代替の一実施形態では、ポッティング層４０４は、反射特性を示すエラストマーによって形成される。適したエラストマーには、白色の彩色料（ｔｉｎｔ）もしくは顔料、または反射性金属製粒子と混ぜ合わせられたシリコーンエラストマーが含まれる。ポッティング層４０４が反射性である場合、シンチレータ２１２の反射性コーティング３０２は省かれてもよく、それによって検出器組立体４００の製造に関連するコストが削減される。

検出器組立体４００は、任意選択で、ポッティング層４０４とシンチレータ２１２の反射性コーティング３０２との間に障壁４０２を含む。障壁４０２は、シンチレータ２１２の周りに追加的なレベルの衝撃吸収を実現するゴムまたはポリマーのスリーブから製造され得る。一実施形態では、障壁４０２は、シンチレータ２１２の反射性コーティング３０２の周りに収縮チューブを付けることによって製作される。

１００ダウンホール検層機器
１０２ケーブル
１０４坑井
１０６地層
１０８レシーバ
１１０検出器組立体
１１２エミッタ
２００検出器組立体
２０２シンチレータ組立体
２０４光電子増倍管組立体
２０６光電子増倍管ハウジング
２０８光電陰極
２１０光電子増倍管
２１２シンチレータ
２１４反射材
２１６金属製スリーブ
２１８シンチレータハウジング
２２０第１の端部
２２２中間部分
２２４第２の端部
３００検出器組立体
３０２反射性コーティング
４００検出器組立体
４０２障壁
４０４ポッティング層

Claims

光電陰極（２０８）を含む光電子増倍管（２１０）と、
シンチレータハウジング（２１８）、ならびに
前記シンチレータハウジング（２１８）の中に収容され、第１の端部（２２０）、第２の端部（２２４）、および中間部分（２２２）を有するシンチレータ（２１２）であって、前記シンチレータ（２１２）の前記第１の端部（２２０）が、前記光電子増倍管（２１０）の前記光電陰極（２０８）に直接連結される、シンチレータ（２１２）
を備えるシンチレータ組立体（２０２）とを備える、
一体型核センサ。
前記シンチレータ（２１２）の前記第１の端部（２２０）が、前記光電子増倍管（２１０）の前記光電陰極（２０８）に接着される、請求項１記載の一体型核センサ。
前記シンチレータ（２１２）の前記第１の端部（２２０）が、前記光電子増倍管（２１０）の前記光電陰極（２０８）に熱融着される、請求項１記載の一体型核センサ。
前記シンチレータ（２１２）の前記第２の端部（２２４）および前記中間部分（２２２）を囲む反射材（２１４）をさらに備える、請求項１記載の一体型核センサ。
前記反射材（２１４）が、前記シンチレータ（２１２）の周りに巻き付けられる反射性テープを備える、請求項４記載の一体型核センサ。
前記シンチレータ（２１２）に反射性コーティング（３０２）をさらに備える、請求項１記載の一体型核センサ。
前記反射性コーティング（３０２）が、前記シンチレータ（２１２）に付けられる金属堆積層を備える、請求項６記載の一体型核センサ。
前記シンチレータ組立体（２０２）が、前記シンチレータハウジング（２１８）と前記シンチレータ（２１２）の間に設けられる金属製スリーブ（２１６）をさらに備える、請求項１記載の一体型核センサ。
前記シンチレータ組立体（２０２）が、前記シンチレータ（２１２）と前記シンチレータハウジング（２１８）の間に中間のポッティング層（４０４）をさらに備える、請求項１記載の一体型核センサ。
前記ポッティング層（４０４）が、前記シンチレータ（２１２）が中に成形されるエラストマー層を備える、請求項９記載の一体型核センサ。
前記ポッティング層（４０４）が、実質的に光学的に透明なエラストマーを含む、請求項１０記載の一体型核センサ。
前記ポッティング層（４０４）が、反射性のエラストマーを含む、請求項１０記載の一体型核センサ。
光電陰極（２０８）を含む光電子増倍管（２１０）と、
シンチレータハウジング（２１８）、
前記シンチレータハウジング（２１８）の中に収容され、第１の端部（２２０）、第２の端部（２２４）、および中間部分（２２２）を有するシンチレータ（２１２）、ならびに
前記シンチレータ（２１２）の前記第２の端部（２２４）および前記中間部分（２２２）に付けられる反射性コーティング（３０２）
を備えるシンチレータ組立体（２０２）とを備える、
一体型核センサ。
前記反射性コーティング（３０２）が、蒸着プロセスを用いて前記シンチレータ（２１２）の前記第２の端部（２２４）および前記中間部分（２２２）に付けられる、請求項１３記載の一体型核センサ。
前記シンチレータ（２１２）の前記第１の端部（２２０）が、前記光電陰極（２０８）に熱融着される、請求項１３記載の一体型核センサ。
前記シンチレータ（２１２）の前記第１の端部（２２０）が、接着剤を用いて前記光電陰極（２０８）に直接固定される、請求項１３記載の一体型核センサ。
光電陰極（２０８）を含む光電子増倍管（２１０）と、
シンチレータハウジング（２１８）、
前記ハウジング（２１８）の中に収容されるシンチレータ（２１２）、ならびに
前記シンチレータ（２１２）と前記シンチレータハウジング（２１８）の間のポッティング層（４０４）
を備えるシンチレータ組立体（２０２）を備える、
一体型核センサ。
前記ポッティング層（４０４）が、前記シンチレータ（２１２）が中に挿入されているエラストマー体を備える、請求項１７記載の一体型核センサ。
前記シンチレータ（２１２）が、反射性コーティング（３０２）を含む、請求項１７記載の一体型核センサ。
前記反射性コーティング（３０２）が、蒸着コーティングである、請求項１９記載の一体型核センサ。