RU186408U1

RU186408U1 - The magnetic screen of downhole geophysical instruments

Info

Publication number: RU186408U1
Application number: RU2018130742U
Authority: RU
Inventors: Роман Сергеевич Рачков; Сергей Эдуардович Шоленинов; Сергей Иванович Копылов; Пётр Юрьевич Асосков
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2019-01-21

Abstract

Полезная модель относится к геофизическим исследованиям скважин, а конкретно к аппаратуре нейтронного каротажа. Магнитный экран содержит корпус блока детектора, в котором размещены сцинтилляционный кристалл и ФЭУ, выполнен в виде цилиндра из стали с высокой магнитной проницаемостью с толщиной стенки 2–10 мм, при этом на ФЭУ на всю длину в несколько слоёв намотана лента из магнитомягких сплавов общей толщиной 0,5–1,5 мм. Также роль магнитного экрана ФЭУ может выполнять прочный корпус геофизической аппаратуры, изготовленный из стали с высокой магнитной проницаемостью. Технический результат – повышение устойчивости аппаратуры к магнитным полям. 1 ил.The utility model relates to geophysical exploration of wells, and specifically to neutron logging equipment. The magnetic screen contains the detector unit housing, in which the scintillation crystal and the PMT are placed, made in the form of a cylinder made of steel with high magnetic permeability with a wall thickness of 2–10 mm, while a magnetically soft alloy tape with a total thickness of several layers is wound around the PMT 0.5-1.5 mm. Also, the role of the PMT magnetic screen can be performed by a robust body of geophysical equipment made of steel with high magnetic permeability. The technical result is an increase in the stability of the equipment to magnetic fields. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к аппаратуре геофизического исследования скважин, а конкретно для нейтронного гамма-каротажа. В данном типе аппаратуры блок детектора, как правило, состоит из сцинтилляционного кристалла (типа NaI, BGO, LaBr₃, СsI и др.), соединенного с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). Сцинтилляционный кристалл выполняет функцию регистратора гамма-квантов, а ФЭУ преобразует энергию фотона в энергию электрона с необходимым коэффициентом усиления. Во время эксплуатации на данную аппаратуру действует внешнее магнитное поле со стороны самой скважины (магнитное поле обсадной колонны, породы и др.) уровнем до 100 Э, что вызывает сбои в работе ФЭУ и, следовательно, всей регистрационной части аппаратуры, в связи с чем требуется система экранировки ФЭУ.The utility model relates to equipment for geophysical research of wells, and specifically for neutron gamma-ray logging. In this type of equipment, the detector unit, as a rule, consists of a scintillation crystal (such as NaI, BGO, LaBr ₃ , CsI, etc.) connected to a photomultiplier (PMT). A scintillation crystal serves as a gamma-ray recorder, and a PMT converts the photon energy into electron energy with the necessary gain. During operation, an external magnetic field acts on this equipment from the side of the well itself (the magnetic field of the casing string, rock, etc.) with a level of up to 100 Oe, which causes malfunctions in the PMT and, therefore, the entire registration part of the equipment, which is why PMT screening system.

Известен такой способ экранировки, как использование специального корпуса для электронных приборов, в который устанавливают электронную аппаратуру, выполненного в виде многослойных экранов из комбинации магнитных и немагнитных слоев. Благодаря специально подобранным слоям, осуществляется достаточно высокая эффективность экранирования электромагнитного излучения. Патент РФ № 2295207, H05K 5/06, 10.03.1997. Недостатком данного экрана являются большие габариты, вес, сложность создания такого корпуса и сложность встраивания корпуса в каротажную аппаратуру.A known method of shielding, such as the use of a special enclosure for electronic devices, which install electronic equipment made in the form of multilayer screens from a combination of magnetic and non-magnetic layers. Thanks to specially selected layers, a sufficiently high efficiency of shielding of electromagnetic radiation is achieved. RF patent No. 2295207, H05K 5/06, 03/10/1997. The disadvantage of this screen is the large size, weight, complexity of creating such a body and the complexity of embedding the body in the logging equipment.

Известен также защитный экран от воздействия электромагнитного излучения, выполненный в виде многослойного пакета, включающего изоляционные отражающие электромагнитное излучение чередующиеся слои и расположенные между ними поглощающие электромагнитное излучение слои. Патент РФ № 2234176, Н01Q 17/00, 27.02.2004. Недостатком данного экрана является сложность создания и нанесения таких слоев и недостаточная защита таким экраном от электромагнитного излучения.Also known is a protective shield against electromagnetic radiation, made in the form of a multilayer package, including insulating alternating layers reflecting electromagnetic radiation and the layers absorbing electromagnetic radiation located between them. RF patent No. 2234176, H01Q 17/00, 02/27/2004. The disadvantage of this screen is the difficulty of creating and applying such layers and the insufficient protection of such a screen from electromagnetic radiation.

Известен многослойный электромагнитный экран, который выполняется в виде покрытия из последовательно нанесенных магнитных и немагнитных слоев, при этом толщина немагнитного слоя выбирается в пределах 1–25 мкм, толщина магнитного слоя выбирается в пределах 6–250 мкм, при этом суммарная толщина магнитных слоев составляет 300–500 мкм, общее количество магнитных и немагнитных слоев находится в пределах 3<N_магн+N_немагн<99, при этом N_магн=N_немагн+1. Патент РФ № 2474890, МПК G12B 17/02, H05K 9/00, H05K 5/06, 27.05.2011. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.A multilayer electromagnetic screen is known, which is made in the form of a coating of sequentially applied magnetic and non-magnetic layers, while the thickness of the non-magnetic layer is selected within 1–25 μm, the thickness of the magnetic layer is selected within 6–250 μm, while the total thickness of the magnetic layers is 300 –500 μm, the total number of magnetic and non-magnetic layers is in the range 3 <N _magn + N _non-magn <99, with N _mag = N _non-magnet +1. RF patent No. 2474890, IPC G12B 17/02, H05K 9/00, H05K 5/06, 05/27/2011. This technical solution was made as a prototype.

Недостатком экрана являются сложность в изготовлении и краевые эффекты, поскольку в аппаратуре из-за элементов крепежа данный экран возможно установить только на всю длину ФЭУ, поэтому с торцов ФЭУ остаётся не защищен от проникновения магнитного поля. Кроме того, данные экраны обеспечивают эффективную экранировку от магнитных полей уровня до 3 Э, что не достаточно для скважинных условий (100 Э).The disadvantage of the screen is the difficulty in manufacturing and edge effects, since in the equipment, due to the fastener elements, this screen can only be installed for the entire length of the PMT, therefore, from the ends of the PMT it remains unprotected from the penetration of the magnetic field. In addition, these screens provide effective shielding from magnetic fields up to 3 Oe, which is not enough for downhole conditions (100 Oe).

Задачей и техническим результатом является повышение устойчивости аппаратуры к магнитным полям.The objective and technical result is to increase the stability of the equipment to magnetic fields.

Технический результат достигается тем, что в блоке детектора, состоящем из корпуса, в котором размещены сцинтилляционный кристалл и ФЭУ, помещённые в электромагнитный экран, магнитный экран включает несколько слоёв ленты из магнитомягких сплавов общей толщиной 0,5–1,5 мм, намотанной на всю длину ФЭУ, и корпус, представляющий собой цилиндр из стали с высокой магнитной проницаемостью с толщиной стенки 2–10 мм.The technical result is achieved by the fact that in the detector unit, consisting of a housing in which a scintillation crystal and PMT are placed, placed in an electromagnetic screen, the magnetic screen includes several layers of tape of soft magnetic alloys with a total thickness of 0.5-1.5 mm, wound over the entire the length of the PMT, and the case, which is a cylinder made of steel with high magnetic permeability with a wall thickness of 2-10 mm.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.The essence of the utility model is illustrated in the drawing.

На чертеже представлена конструкция блока детектора, где 1 – ФЭУ, 2 – сцинтилляционный кристалл, 3 – слои лент, 4 – пружина, 5 – корпус, 6 –винт, 7 –гайка, 8 – опорные кольца и крепёжные втулки.The drawing shows the design of the detector unit, where 1 is a PMT, 2 is a scintillation crystal, 3 are tape layers, 4 is a spring, 5 is a housing, 6 is a screw, 7 is a nut, 8 are support rings and mounting sleeves.

Блок детектора для аппаратуры геофизического исследования скважин содержит размещенные внутри корпуса 5 ФЭУ 1 с намотанной на него в несколько слоёв лентой 3 из магнитомягких сплавов общей толщиной 0,5–1,5 мм, сцинтилляционный кристалл 2, пружину 4, опорные кольца и втулки 8. Кристалл 2 поджат винтом 6, который законтрен гайкой 7. Корпус 5 представляет собой цилиндр с толщиной стенки 2–10 мм, выполненный из стали с высокой магнитной проницаемостью.The detector unit for equipment for geophysical research of wells contains PMTs 1 located inside the housing 5 with a tape 3 of magnetically soft alloys wound into it in several layers with a total thickness of 0.5-1.5 mm, a scintillation crystal 2, a spring 4, support rings and bushings 8. The crystal 2 is tightened by a screw 6, which is locked by a nut 7. The housing 5 is a cylinder with a wall thickness of 2-10 mm, made of steel with high magnetic permeability.

Сущность полезной модели заключается в том, что в блоке детектора используется корпус из стали с высокой магнитной проницаемостью, в котором размещён ФЭУ со сцинтилляционным кристаллом. В этом случае корпус обеспечивает одновременно механическую защиту сцинтилляционного кристалла и ФЭУ и экранировку от внешних магнитных полей, замыкая на себя внешнее магнитное поле скважины и не пропуская его внутрь. При такой конструкции из-за удалённости ФЭУ от торцов корпуса значительно снижается влияние краевых эффектов внешнего магнитного поля. Наличие на ФЭУ лент из магнитомягких сплавов обеспечивает дополнительную его экранировку. Такое решение позволяет обеспечить эффективную экранировку ФЭУ от внешних магнитных полей скважины без внесения существенных изменений в конструкцию блока детектора.The essence of the utility model lies in the fact that the detector block uses a case made of steel with high magnetic permeability, in which a PMT with a scintillation crystal is placed. In this case, the casing provides both mechanical protection of the scintillation crystal and PMT and shielding from external magnetic fields, closing the external magnetic field of the well and not letting it in. With this design, due to the remoteness of the PMT from the ends of the housing, the influence of the edge effects of an external magnetic field is significantly reduced. The presence on the PMT of tapes of magnetically soft alloys provides its additional screening. Such a solution allows for efficient screening of the PMT from external magnetic fields of the well without making significant changes to the design of the detector unit.

Также роль магнитного экрана ФЭУ может выполнять прочный корпус геофизической аппаратуры, изготовленный из стали с высокой магнитной проницаемостью.Also, the role of the PMT magnetic screen can be performed by a robust body of geophysical equipment made of steel with high magnetic permeability.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволят повысить устойчивость аппаратуры к магнитным полям уровня 100 Э и выше.Thus, the proposed utility model will increase the stability of the equipment to magnetic fields of 100 Oe and above.

Claims

The magnetic screen of borehole geophysical instruments, characterized in that the detector unit housing, in which the scintillation crystal and the photoelectron multiplier are placed, is made in the form of a cylinder of steel with high magnetic permeability with a wall thickness of 2-10 mm, while the photoelectron multiplier is full length a tape of magnetically soft alloys with a total thickness of 0.5–1.5 mm is wound in several layers.