RU2191413C1 - Process of spectrometric gamma-ray logging and gear to implement it - Google Patents

Process of spectrometric gamma-ray logging and gear to implement it Download PDF

Info

Publication number
RU2191413C1
RU2191413C1 RU2001116501A RU2001116501A RU2191413C1 RU 2191413 C1 RU2191413 C1 RU 2191413C1 RU 2001116501 A RU2001116501 A RU 2001116501A RU 2001116501 A RU2001116501 A RU 2001116501A RU 2191413 C1 RU2191413 C1 RU 2191413C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
spectrum
unit
gamma
Prior art date
Application number
RU2001116501A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Г. Черменский
В.А. Велижанин
Р.Т. Хаматдинов
С.Н. Саранцев
Original Assignee
Акционерное общество закрытого типа Научно-производственная фирма "Каротаж"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество закрытого типа Научно-производственная фирма "Каротаж" filed Critical Акционерное общество закрытого типа Научно-производственная фирма "Каротаж"
Priority to RU2001116501A priority Critical patent/RU2191413C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2191413C1 publication Critical patent/RU2191413C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: quantitative determination of radioactive element in rocks. SUBSTANCE: process consist in measurement of intensity of gamma radiation filtered by screen made of metal with low atomic number, under that of titanium, in recording of gamma radiation by scintillation detector, in numbering of recorded signals, in their storage in the form of amplitude-time spectra and in their transmission to ground surface. Gamma radiation is additionally passed through screen made of metal with high atomic number, not less than that of lead, spectrum having characteristic form in region of 0.02-0.3 meV is recorded and stored as reference spectrum, measurements are conducted in hole and each obtained spectrum is brought to correspondence with spectrum having characteristic form in region of 0.02-0.3 me V according to least squares technique, for example. Gear to implement process has guarding enclosure made of titanium which houses gamma-radiation detector connected to photoelectron multiplier fed from high-voltage power supply unit that has output connected to input of analog-to-code converter which second input is connected to output of secondary voltage converter and which outputs are connected to central processor: one directly and the other one through storage circuit of amplitude- time spectra. Output of central processor is connected to high-voltage power supply unit which input is connected to output of secondary voltage converter. Output of the latter is connected to storage circuit of amplitude-time spectra which input is connected to output of switch fitted with connector and duct connector and which output is connected to input of central processor. Detector is surrounded by screen made of lead. EFFECT: stabilization of energy scale of spectrometer. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной геофизике, а более конкретно к области спектрометрических измерений гамма-излучения, используемых для количественного определения содержания радиоактивных элементов в горных породах. The invention relates to nuclear geophysics, and more particularly to the field of spectrometric measurements of gamma radiation used to quantify the content of radioactive elements in rocks.

Известен способ стабилизации энергетической шкалы спектрометрического устройства [1] , в котором измерение интенсивностей рассеянного гамма-излучения производят, закрывая не более половины рабочей площади детектора экраном, срезающим мягкую (до 200 кэВ) часть спектра. В этом случае форма зарегистрированного спектра слабо зависит от поглощающих свойств (эффективного атомного номера) исследуемой среды. В качестве опорной величины для стабилизации шкалы используют отношения интенсивностей в двух энергетических областях. Причем один энергетический интервал выбирают в области 240-280 кэВ, где расположен максимум сформированного в результате частичной фильтрации рассеянного гамма-излучения, а второй - в более высокоэнергетической области на ниспадающем участке спектра. A known method of stabilizing the energy scale of a spectrometric device [1], in which the measurement of the intensities of scattered gamma radiation is performed by covering not more than half of the detector’s working area with a screen that cuts off the soft (up to 200 keV) part of the spectrum. In this case, the shape of the recorded spectrum weakly depends on the absorbing properties (effective atomic number) of the medium under study. The ratio of intensities in two energy regions is used as a reference value for stabilizing the scale. Moreover, one energy interval is selected in the region of 240-280 keV, where the maximum of the scattered gamma radiation formed as a result of partial filtering is located, and the second in the higher energy region in the falling part of the spectrum.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ стабилизации сцинтилляционного гамма-спектрометра [2], в котором в качестве опорной величины используют отношение двух спектральных интенсивностей, выбранных на крутопадающем участке регистрируемого спектра рассеянного гамма-излучения в такой его области, где форма регистрируемого спектра остается постоянной независимо от изменения свойств рассеивающей среды и энергии источников первичного гамма-излучения. Closest to the claimed method is a method of stabilization of a scintillation gamma-ray spectrometer [2], in which the ratio of two spectral intensities selected on a steeply falling section of the recorded spectrum of scattered gamma radiation in such a region where the shape of the recorded spectrum remains constant independently is used as a reference value from changes in the properties of the scattering medium and the energy of the sources of primary gamma radiation.

Недостатком этого известного способа является потеря определенной части статистики вследствие использования лишь части гамма-квантов, попадающих в окна спектральных интенсивностей, по которым рассчитывается отношение. The disadvantage of this known method is the loss of a certain part of the statistics due to the use of only part of the gamma quanta that fall into the windows of spectral intensities by which the ratio is calculated.

Наиболее близким к заявляемому устройству является скважинный спектрометр [3] , содержащий наземный компьютер, соединенный кабелем со скважинным прибором, представляющим собой металлический (стальной или титановый) кожух, в котором размещена электрическая схема с детектором гамма-излучения. Closest to the claimed device is a downhole spectrometer [3], containing a ground-based computer connected by a cable to the downhole tool, which is a metal (steel or titanium) casing, in which there is an electrical circuit with a gamma radiation detector.

Недостатком известного устройства является то, что для стабилизации энергетической шкалы используется реперный источник, вкрапленный в дополнительный детектор, оптически соединенный с основным детектором. Для бесфонового выделения реперного спектра используется схема совпадения, регистрирующая факт регистрации основным детектором гамма-кванта и стабилизационным детектором альфа-частицы. Это усложняет устройство и переводит его в разряд устройств, содержащих радиоактивные изотопы. A disadvantage of the known device is that to stabilize the energy scale, a reference source is used, interspersed in an additional detector, optically connected to the main detector. For the backgroundless extraction of the reference spectrum, a coincidence scheme is used, which registers the fact of registration by the main gamma-ray detector and the alpha-particle stabilization detector. This complicates the device and transfers it to the category of devices containing radioactive isotopes.

Новым по отношению к прототипу является то, что в способе спектрометрического гамма-каротажа, заключающемся в измерении интенсивностей гамма-излучения, отфильтрованного экраном, выполненным из металла с малым атомным номером, например титана, регистрации гамма-излучения сцинтилляционным детектором, оцифровке зарегистрированных сигналов, их накоплении в виде амплитудных спектров, передаче на поверхность, гамма-излучение дополнительно пропускают через экран, выполненный из свинца, регистрируют опорный спектр, имеющий характерную форму в области 0,02-0,3 мэВ, запоминают спектр, аналогично проводят измерения в скважине и энергетическую шкалу каждого полученного спектра приводят в соответствие с энергетической шкалой опорного спектра, имеющего характерную форму в области 0,02-0,3 мэВ, например, по методу наименьших квадратов. New in relation to the prototype is that in the method of spectrometric gamma-ray logging, which consists in measuring the intensities of gamma radiation filtered by a screen made of a metal with a small atomic number, for example titanium, registering gamma radiation with a scintillation detector, digitizing the recorded signals, their accumulation in the form of amplitude spectra, transmission to the surface, gamma radiation is additionally passed through a screen made of lead, a reference spectrum having a characteristic shape is recorded y in the region of 0.02-0.3 meV, the spectrum is stored, similarly measurements are taken in the well and the energy scale of each obtained spectrum is brought into line with the energy scale of the reference spectrum, which has a characteristic shape in the region of 0.02-0.3 meV, for example , by the method of least squares.

Исследования патентно-технической информации показали, что неизвестны случаи, когда гамма-излучение дополнительно пропускают через экран, выполненный из свинца, регистрируют спектр, имеющий характерную форму в области 0,02-0,3 мэВ, запоминают спектр, проводят измерения в скважине и каждый полученный спектр приводят в соответствие со спектром, имеющим характерную форму в области 0,02-0,3 мэВ, например, по методу наименьших квадратов. Предлагаемое решение соответствует критерию "Новизна". Studies of patent technical information showed that there are no known cases when gamma radiation is additionally passed through a screen made of lead, a spectrum having a characteristic shape in the region of 0.02-0.3 meV is recorded, the spectrum is stored, measurements are taken in the well, and each the resulting spectrum is brought into correspondence with a spectrum having a characteristic shape in the region of 0.02-0.3 meV, for example, by the least squares method. The proposed solution meets the criterion of "Novelty."

Новым по отношению к прототипу в устройстве для проведения спектрометрического каротажа является то, что в охранном кожухе, изготовленном из титана, размещены детектор гамма-излучения, оптически соединенный с фотоэлектронным умножителем, обеспечиваемым питанием от блока питания высокого напряжения и имеющим выход на вход блока преобразования аналог - код, второй вход которого соединен с выходом блока преобразования вторичных напряжений, а выходы соединены с блоком центрального процессора и с блоком накопления амплитудных спектров, который связан двунаправленной линией связи с блоком центрального процессора, выход блока центрального процессора соединен с блоком питания высокого напряжения, вход которого соединен с выходом блока преобразования вторичных напряжений, выход которого соединен с блоком накопления амплитудных спектров, вход преобразователя вторичных напряжений соединен с выходом блока коммутации, соединенным с разъемом головки скважинного прибора и проходным разъемом, и выход блока коммутации соединен с входом блока центрального процессора, блок центрального процессора своим входом соединен с выходом преобразователя вторичных напряжений, детектор помещен в экран, выполненный из свинца. New in relation to the prototype in a device for spectrometric logging is that in a protective casing made of titanium, a gamma radiation detector is placed optically connected to a photoelectronic multiplier provided by a high voltage power supply and having an analog output to the input of the conversion unit - a code whose second input is connected to the output of the secondary voltage conversion unit, and the outputs are connected to the central processor unit and to the amplitude spectral storage unit, which is connected by a bi-directional communication line with the central processor unit, the output of the central processor unit is connected to a high voltage power supply unit, the input of which is connected to the output of the secondary voltage conversion unit, the output of which is connected to the amplitude spectral storage unit, the input of the secondary voltage converter is connected to the output of the switching unit, connected to the downhole tool head connector and the feedthrough connector, and the output of the switching unit is connected to the input of the central processor unit, the cent The input processor is connected by its input to the output of the secondary voltage converter, and the detector is placed in a screen made of lead.

Исследования патентно-технической информации показали, что неизвестны случаи, когда детектор помещен в экран, выполненный из свинца, а для повышения выхода реакции образования рентгеновского излучения свинца охранный кожух скважинного прибора делается из материала с низким атомным номером, например из титана. Благодаря этому в практически неизменной форме спектра рассеянного гамма-излучения появляется устойчивая дополнительная линия гамма-излучения, образующегося вследствие характеристического излучения свинца. Предлагаемое решение соответствует критерию "Новизна". Studies of patent technical information showed that there are no known cases when the detector is placed in a screen made of lead, and to increase the output of the formation of x-ray radiation of lead, the protective casing of the downhole tool is made of a material with a low atomic number, for example, titanium. Due to this, in a practically unchanged form of the spectrum of scattered gamma radiation, a stable additional line of gamma radiation appears, resulting from the characteristic radiation of lead. The proposed solution meets the criterion of "Novelty."

Известно, что форма спектра гамма-излучения вследствие многократного рассеяния гамма-излучения при энергиях ниже 0,2-0,5 МэВ определяется, в первую очередь, эффективным атомным номером исследуемых горных пород. Этот эффект положен в основу методов определения эффективного атомного номера среды по измерению интенсивности гамма-излучения в мягкой области [3]. Однако, если сцинтилляционный детектор гамма-излучения окружить фильтром из материала, имеющего высокий атомный номер (например, свинца), то форма спектра рассеянного гамма-излучения в интервале энергий 0,02-0,20 мэВ остается неизменной практически для всех пород, реально встречающихся в пересекаемых скважинах [1, 2]. Выбирая по той или иной методике дифференциальные окна в этом спектре, можно стабилизировать по их отношению энергетическую шкалу спектрометра. It is known that the shape of the spectrum of gamma radiation due to multiple scattering of gamma radiation at energies below 0.2-0.5 MeV is determined, first of all, by the effective atomic number of the studied rocks. This effect underlies the methods for determining the effective atomic number of a medium by measuring the intensity of gamma radiation in the soft region [3]. However, if the scintillation gamma-ray detector is surrounded by a filter made of a material having a high atomic number (for example, lead), then the shape of the spectrum of scattered gamma-radiation in the energy range 0.02-0.20 meV remains unchanged for almost all rocks actually encountered in crossed wells [1, 2]. Choosing differential windows in this spectrum by one technique or another, one can stabilize the energy scale of the spectrometer by their ratio.

На фиг.1 изображена блок-схема скважинного прибора. Figure 1 shows a block diagram of a downhole tool.

На фиг. 2 изображена функциональная блок-схема преобразователя аналог - код. In FIG. 2 shows a functional block diagram of an analog-to-code converter.

На фиг. 3 изображена функциональная схема блока накопления амплитудных спектров. In FIG. 3 shows a functional block diagram of the accumulation of amplitude spectra.

Устройство для проведения спектрометрического каротажа состоит из охранного кожуха 1, изготовленного из титана, детектора гамма-излучения 2, оптически соединенного с фотоэлектронным умножителем 3, который обеспечивается питанием от блока питания высокого напряжения 4. Фотоэлектронный умножитель 3 имеет выход на второй вход блока преобразования аналог - код 5, который предназначен для оцифровки входных импульсов с системы "фотоэлектронный умножитель 3 + детектор 2". Первый вход блока преобразования аналог - код 5 соединен с первым выходом блока преобразования вторичных напряжений 6. Первый выход блока преобразования аналог - код 5 соединен с первым входом блока центрального процессора 7, а второй выход - с вторым входом блока накопления амплитудных спектров 8. Первый вход блока накопления амплитудных спектров 8 двунаправленной линией связи соединен с первым выходом блока центрального процессора 7, второй выход блока центрального процессора 7 соединен с первым входом блока питания высокого напряжения 4, второй вход которого соединен с вторым выходом блока преобразования вторичных напряжений 6, третий выход которого соединен с третьим входом блока накопления амплитудных спектров 8. Вход преобразователя вторичных напряжений 6 соединен с четвертым выходом блока коммутации 9, первый, второй и третий выходы которого соединены с первым, вторым и третьим контактами разъема головки 10. Первый, второй и третий выходы блока коммутации 9 соединены с первым, вторым и третьим контактами проходного разъема 11, и пятый выход блока коммутации 9 соединен с вторым входом блока центрального процессора 7, к третьему входу которого подсоединен четвертый выход блока преобразования вторичных напряжений 6. Детектор 2 помещен в экран 12, выполненный из свинца. A device for spectrometric logging consists of a protective casing 1 made of titanium, a gamma radiation detector 2, optically connected to a photoelectronic multiplier 3, which is powered by a high voltage power supply 4. The photoelectric multiplier 3 has an output to the second input of the conversion unit analog - code 5, which is designed to digitize input pulses from the system "photomultiplier tube 3 + detector 2". The first input of the analogue conversion unit - code 5 is connected to the first output of the secondary voltage conversion unit 6. The first output of the analogue conversion unit - code 5 is connected to the first input of the central processor unit 7, and the second output - to the second input of the amplitude spectrum storage unit 8. First input the accumulation unit of the amplitude spectra 8 by a bi-directional communication line is connected to the first output of the central processor unit 7, the second output of the central processor unit 7 is connected to the first input of the high voltage power supply 4, the second input of which is connected to the second output of the secondary voltage conversion unit 6, the third output of which is connected to the third input of the amplitude spectral storage unit 8. The input of the secondary voltage converter 6 is connected to the fourth output of the switching unit 9, the first, second and third outputs of which are connected to the first, the second and third contacts of the head connector 10. The first, second and third outputs of the switching unit 9 are connected to the first, second and third contacts of the feedthrough connector 11, and the fifth output of the switching unit 9 is connected to the second input of the Central processor unit 7, to the third input of which is connected the fourth output of the secondary voltage conversion unit 6. The detector 2 is placed in a screen 12 made of lead.

Преобразователь аналог - код 5 состоит из преобразователя ток - напряжение 13, на который подается сигнал с анода фотоэлектронного умножителя 3. Импульс напряжения с преобразователя ток - напряжение 13 передается на определитель "качества" импульса 14, определитель максимума импульса 15 и цифроаналоговый преобразователь 16. The analogue-to-code converter 5 consists of a current-voltage converter 13, to which a signal is supplied from the anode of the photoelectronic multiplier 3. The voltage pulse from the current-voltage converter 13 is transmitted to the “quality” determinant of the pulse 14, the pulse maximum determiner 15, and the digital-to-analog converter 16.

Блок накопления амплитудных спектров 8 состоит из процессора блока памяти 17, дешифратора адреса 18, входных регистров 19 и 20, собственно памяти 21. The accumulation unit of the amplitude spectra 8 consists of a processor of the memory unit 17, an address decoder 18, input registers 19 and 20, and the actual memory 21.

Устройство содержит:
- охранный кожух 1 (служит для защиты электронных блоков скважинного прибора от внешних воздействий давления и является дополнительным конвертором гамма-излучения);
- сцинтилляционный детектор 2 (предназначен для регистрации гамма-излучения и конвертации его в световые импульсы);
- фотоэлектронный умножитель 3 (предназначен для конвертации световых импульсов со сцинтилляционного детектора в импульсы электрические);
- блок питания высокого напряжения 4 (предназначен для питания ФЭУ высоким напряжением, например, отрицательным относительно корпуса);
- блок преобразования аналог - код 5 (предназначен для преобразования аналоговых импульсов в соответствующий цифровой код);
- блок преобразования вторичных напряжений 6 (предназначен для получения внутри скважинного прибора требуемых вторичных напряжений, например +5 В, -5 В, +12 В, -12 В, +24 В);
- блок центрального процессора 7 (служит для связи скважинного прибора с бортовым компьютером и одновременно буферизирует данные для передачи по кабелю, управляет работой программных блоков электроники скважинного прибора);
- блок накопления амплитудных спектров 8 (производит накопление регистрируемых спектров);
- блок коммутации 9 (предназначен для подключения или отключения электронных блоков скважинного прибора от жил кабеля);
- разъем головки скважинного прибора 10 (к нему происходит подсоединение трех жил и брони каротажного геофизического кабеля);
- проходной разъем 11 (к нему происходит подсоединение последующих модулей);
- свинцовый экран 12.
The device contains:
- protective casing 1 (serves to protect the electronic components of the downhole tool from external pressure and is an additional converter of gamma radiation);
- scintillation detector 2 (designed to detect gamma radiation and convert it into light pulses);
- photoelectronic multiplier 3 (designed to convert light pulses from a scintillation detector into electrical pulses);
- high voltage power supply 4 (designed to power the PMT high voltage, for example, negative relative to the housing);
- analog-to-code 5 conversion unit (designed to convert analog pulses to the corresponding digital code)
- secondary voltage conversion unit 6 (designed to obtain the required secondary voltages inside the downhole tool, for example +5 V, -5 V, +12 V, -12 V, +24 V);
- the central processor unit 7 (serves to communicate the downhole tool with the on-board computer and at the same time buffers data for cable transmission, controls the operation of the software blocks of the downhole tool electronics);
- block accumulation of amplitude spectra 8 (produces the accumulation of recorded spectra);
- switching unit 9 (designed to connect or disconnect the electronic components of the downhole tool from the cable cores);
- connector of the head of the downhole tool 10 (three wires and armor of the logging geophysical cable are connected to it);
- straight through connector 11 (subsequent modules are connected to it);
- lead shield 12.

Устройство для проведения спектрометрического каротажа работает следующим образом. A device for conducting spectrometric logging works as follows.

К каротажной станции устройство для проведения спектрометрического каротажа, помещенное в охранный кожух 1, выполненный из титана, подключается через геофизический каротажный кабель, сочлененный с головкой скважинного прибора 10. Количество жил каротажного кабеля на способ проведения каротажа не влияет, для примера рассмотрен вариант с тремя жилами. 1-я и 2-я жилы - питание скважинного прибора и одновременно линия приема-передачи информации, 3-я жила - управляющая и служит для коммутации электронных блоков скважинного прибора непосредственно к 1-ой и 2-ой жилам. При подаче на третью жилу относительно брони геофизического каротажного кабеля положительного потенциала (25-30 В) блок коммутации 9 подключает 1-ю и 2-ю жилы геофизического каротажного кабеля к электронным блокам скважинного прибора. Далее на 1-ю и 2-ю жилы подается относительно брони каротажного кабеля питание (в зависимости от модификации прибора это может быть либо постоянное, либо переменное напряжение). При этом начинают работать блок преобразования вторичных напряжений 6 и блок питания высокого напряжения 4. При появлении вторичных напряжений внутри скважинного прибора блок центрального процессора 7 сбрасывает в состояние "по умолчанию" блок накопления амплитудных спектров 8, блок преобразования аналог - код 5 и блок питания высокого напряжения 4. Блок питания высокого напряжения 4 выполнен программно управляемым, т.е. его выходным напряжением, которое запитывает фотоэлектронный умножитель 3, можно управлять по командам с наземного компьютера, изменяя тем самым коэффициент усиления информационного сигнала. При установке "по умолчанию" напряжение питания фотоэлектронного умножителя 3 устанавливается блоком питания высокого напряжения 4 на значение, полученное по результатам настройки устройства. Обычно при температуре 20oС состояние "по умолчанию" обеспечивает положение энергетической шкалы устройства в заданной рабочей области.A spectrometric logging device placed in a guard casing 1 made of titanium is connected to a logging station through a geophysical logging cable articulated with the head of the downhole tool 10. The number of wire logs does not affect the logging method, for example, a three-wire version is considered . The 1st and 2nd veins are the power supply for the downhole tool and at the same time the information transmission / reception line, the 3rd core is the control one and serves for switching electronic components of the downhole tool directly to the 1st and 2nd veins. When applying to the third core relative to the armor of the geophysical logging cable of positive potential (25-30 V), the switching unit 9 connects the 1st and 2nd veins of the geophysical logging cable to the electronic units of the downhole tool. Further, the 1st and 2nd veins are supplied with power relative to the armor of the logging cable (depending on the modification of the device, this can be either direct or alternating voltage). In this case, the secondary voltage conversion unit 6 and the high voltage power supply unit 4 begin to work. When secondary voltages appear inside the downhole tool, the central processor unit 7 resets the amplitude spectral storage unit 8 to the default state, the analog conversion unit is code 5, and the high power supply unit voltage 4. The high voltage power supply 4 is made programmable, i.e. its output voltage, which feeds the photomultiplier tube 3, can be controlled by commands from a ground computer, thereby changing the gain of the information signal. When set to “default”, the voltage of the photoelectronic multiplier 3 is set by the high voltage power supply unit 4 to the value obtained from the settings of the device. Usually at a temperature of 20 o With the state of "default" provides the position of the energy scale of the device in a given working area.

В результате взаимодействия гамма-квантов с люминофором сцинтилляционного детектора 2 последний преобразует энергию гамма-излучения в световые вспышки - сцинтилляции. При этом суммарная энергия испускаемых фотонов пропорциональна энергии, оставленной гамма-квантом в детекторе 2. Сцинтилляционный детектор 2 гамма-излучения окружен экраном 12 из материала, имеющего высокий атомный номер (например, свинца), в результате чего форма спектра рассеянного гамма-излучения остается неизменной практически для всех пород, реально встречающихся в пересекаемых скважиной разрезах. As a result of the interaction of gamma rays with the phosphor of the scintillation detector 2, the latter converts the energy of gamma radiation into light flashes - scintillation. In this case, the total energy of the emitted photons is proportional to the energy left by the gamma quantum in the detector 2. The gamma radiation scintillation detector 2 is surrounded by a screen 12 made of a material with a high atomic number (for example, lead), as a result of which the shape of the spectrum of scattered gamma radiation remains unchanged for almost all rocks that are actually found in sections crossed by the well.

Далее фотоэлектронный умножитель 3 конвертирует световой импульс в импульс электрический. Заряд, собираемый с выхода фотоэлектронного умножителя 3, при прочих равных условиях, пропорционален суммарной энергии сцинтилляций люминофора детектора 2 и, следовательно, энергии, оставленной гамма-квантом в детекторе 2. В традиционных схемах включения фотоэлектронный умножитель 3 является источником тока, на выход которого подключен преобразователь ток - напряжение 13. В силу конечного значения времени высвечивания сцинтиллятора и пролета электронов между электродами фотоэлектронного умножителя 3, наличия паразитных емкостей в конструкции фотоэлектронного умножителя 3 и во входных каскадах преобразователя ток - напряжение 13 импульс напряжения, получаемый с системы "детектор 2 + фотоэлектронный умножитель 3 + преобразователь ток - напряжение 13", может быть описан некоторой функцией, например, в первом приближении, гауссоидой. Амплитуда этого импульса, при сохранении неизменности вышеперечисленных параметров, будет пропорциональна, в конечном итоге, энергии зарегистрированного гамма-кванта. Next, the photomultiplier 3 converts the light pulse into an electric pulse. The charge collected from the output of the photomultiplier 3, ceteris paribus, is proportional to the total scintillation energy of the phosphor of the detector 2 and, therefore, the energy left by the gamma quantum in the detector 2. In traditional switching schemes, the photomultiplier 3 is a current source, the output of which is connected current-voltage transducer 13. Due to the finite value of the scintillator flashing time and the flight of electrons between the electrodes of the photoelectron multiplier 3, the presence of stray capacitors in uktsii photomultiplier 3 and the input stages of the converter current - voltage 13, voltage pulse produced from the system "detector photomultiplier 2 + 3 + converter current - voltage 13" can be described by some function, e.g., to a first approximation, gaussoidoy. The amplitude of this pulse, while maintaining the invariability of the above parameters, will be proportional, ultimately, to the energy of the detected gamma ray.

Токовый импульс с анода фотоэлектронного умножителя 3 поступает на вход преобразователя ток - напряжение 13, с выхода импульс напряжения подается на соответствующие входа цифроаналогового преобразователя 16, определителя максимума импульса 15, определителя "качества" импульса 14. Определитель "качества" импульса 14 служит для выборки импульсов, не осложненных какими-либо наводками и другими сигналами. В случае, если это условие выполняется, он дает разрешение на работу цифроаналогового преобразователя 16. Определитель максимума импульса 15 дает команду на выборку и хранение для цифроаналогового преобразователя 16 и, соответственно, запускает тем самым его в работу. В результате преобразования на выходе блока преобразования аналог - код 5 появляется цифровой код, пропорциональный энергии, оставленной гамма-квантом в сцинтилляционном детекторе 2. Цифровой сигнал "конец преобразования" подтверждает наличие на выходе блока 5 устойчивых данных преобразования. The current pulse from the anode of the photomultiplier tube 3 is fed to the input of the current-voltage converter 13, the voltage pulse is output from the output to the digital-to-analog converter 16, pulse maximum determiner 15, pulse quality determinant 14. Pulse 14 quality determiner is used to select pulses not complicated by any interference and other signals. If this condition is met, it gives permission to operate the digital-to-analog converter 16. The pulse maximum determinant 15 gives a command to sample and store for the digital-to-analog converter 16 and, accordingly, starts it to work. As a result of the conversion, an analog - code 5 transformation block outputs a digital code proportional to the energy left by the gamma ray in the scintillation detector 2. The digital signal "conversion end" confirms the presence of stable conversion data at the output of block 5.

С выхода блока преобразования аналог - код 5 данные поступают на вход блока накопления амплитудных спектров 8. Режим работы блока накопления спектров 8 определяется процессором блока памяти 17. Тот, в свою очередь, получает команды по последовательному интерфейсу (линии связи T•D и R•D) от блока центрального процессора 7 и по линии управления CSb разрешает работу дешифратору адреса 18 DA. Сигналом "конец преобразования" параллельный код, результат преобразования в блоке преобразования аналог - код 5, защелкивается во входных регистрах 19 RG1, 20 RG2 и в дешифраторе адреса 18 DA. Причем на регистр 19 RG1 подаются 7 младших бита результата преобразования, на регистр 20 RG2 - 7 старших бита, на дешифратор 18 DA - три старших бита. Дешифратор 18 DA выполнен таким образом, что в случае наличия хотя бы одной логической единицы в коде преобразования в трех старших разрядах (AD7-9) на шину адреса AD0-7 подключается регистр 20 RG2, в противном случае - регистр 19 RG1. Одновременно сигнал "конец преобразования" приходит на процессор блока памяти 17 и инициализирует процедуру инкрементирования выбранной ячейки памяти. Таким образом, в приборе происходит накопление амплитудных спектров. Причем весь спектр занимает 256 ячеек памяти - 128 для "мягкой" области (каждый из первых 128 каналов 1024-канального спектра) и 128 для всего спектра (7 старших разрядов преобразования). Таким образом, осуществляется избирательная разрядность регистрируемого спектра. Так, для сигналов, код, амплитуды которых находятся в диапазоне 0-127 разрядов 10-разрядного спектра, адресация к необходимой ячейке памяти происходит через регистр 20 RG1 соответственно с 10-разрядной дискретностью. Для сигналов, код, амплитуды которых находятся в диапазоне 128-1024 разрядов 10-разрядного спектра, адресация к необходимой ячейке памяти происходит через регистр 20 RG2 соответственно с 7-разрядной дискретностью. В итоге зарегистрированный 256-канальный (8-разрядный) спектр состоит из двух областей:
- полный спектр всех входных сигналов из 128 каналов (7-разрядный);
- "мягкая" часть спектра из 128 каналов, но оцифрованная с 10-разрядной дискретностью.
From the output of the analog-to-code 5 conversion unit, the data is fed to the input of the amplitude spectrum accumulation unit 8. The operation mode of the spectrum accumulation unit 8 is determined by the processor of the memory unit 17. That, in turn, receives commands via the serial interface (communication lines T • D and R • D) from the block of the central processor 7 and along the control line CSb allows operation of the address decoder 18 DA. The signal "end of conversion" is a parallel code, the result of the conversion in the analog-to-code 5 conversion unit is latched in the input registers 19 RG1, 20 RG2 and in the address decoder 18 DA. Moreover, 7 low bits of the conversion result are sent to register 19 RG1, 7 high bits to register 20 RG2, and three high bits to decoder 18 DA. The DA decoder 18 is designed in such a way that if there is at least one logical unit in the conversion code in the three high order bits (AD7-9), register 20 RG2 is connected to the address bus AD0-7, otherwise, register 19 RG1. At the same time, the signal “end of conversion” arrives at the processor of the memory block 17 and initiates the increment procedure of the selected memory cell. Thus, the instrument accumulates amplitude spectra. Moreover, the entire spectrum occupies 256 memory cells - 128 for the "soft" region (each of the first 128 channels of the 1024-channel spectrum) and 128 for the entire spectrum (7 high-order bits of the conversion). Thus, selective resolution of the recorded spectrum is carried out. So, for signals, the code whose amplitudes are in the range of 0-127 bits of the 10-bit spectrum, addressing to the required memory cell occurs through register 20 RG1, respectively, with 10-bit resolution. For signals whose code the amplitudes are in the range of 128-1024 bits of a 10-bit spectrum, addressing to the required memory cell occurs through register 20 RG2, respectively, with 7-bit resolution. As a result, the registered 256-channel (8-bit) spectrum consists of two areas:
- A full range of all input signals from 128 channels (7-bit);
- The "soft" part of the spectrum of 128 channels, but digitized with 10-bit resolution.

Передача накопленных спектров осуществляется по командам с блока центрального процессора 7, поступающим на блок накопления амплитудных спектров 8 по линии последовательного интерфейса R•D. По этой команде процессор блока памяти отключает от шины А0-А9 регистры 19 RG1 и 20 RG2 и, перебирая адреса от 00Н до FFH, считывает содержимое памяти и высылает по линии T•D на плату телеметрии 256 16-разрядных слов, одновременно записывая в считываемые ячейки нули, после чего снова включается в режим накопления спектров. The transmission of the accumulated spectra is carried out according to the instructions from the central processor unit 7, arriving at the accumulation unit of the amplitude spectra 8 via the line of the R • D serial interface. By this command, the processor of the memory block disconnects the 19 RG1 and 20 RG2 registers from the A0-A9 bus and, sorting the addresses from 00H to FFH, reads the contents of the memory and sends 256 16-bit words to the telemetry board on the telemetry board, while writing them to the read-out the cells are zeroes, after which it is again switched on to the spectrum accumulation mode.

Связь скважинного прибора с бортовым компьютером поддерживает блок центрального процессора 7, выполненный традиционным образом. The communication of the downhole tool with the on-board computer is supported by the block of the central processor 7, made in the traditional way.

Очередной накопленный спектр S(n), где n - номер канала, сравнивается с опорным спектром С(n), находят, например, по методу наименьших квадратов коэффициент преобразования энергетической шкалы а текущего спектра:

Figure 00000002

по зависимости Δu= F(a) определяют корректировочное значение высокого напряжения на фотоэлектронном умножителе, проводят корректировку (при необходимости) высокого напряжения с целью стабилизации энергетической шкалы спектрометра.The next accumulated spectrum S (n), where n is the channel number, is compared with the reference spectrum C (n), find, for example, by the method of least squares the conversion coefficient of the energy scale and the current spectrum:
Figure 00000002

according to the dependence Δu = F (a), the correction value of the high voltage on the photoelectronic multiplier is determined, the high voltage is adjusted (if necessary) in order to stabilize the energy scale of the spectrometer.

Источники информации
1. А.С. СССР 1343380, МПК G 01 V 5/00, 1987, БИ 37.
Sources of information
1. A.S. USSR 1343380, IPC G 01 V 5/00, 1987, BI 37.

2. А.С. СССР 393706, МПК G 01 T 1/36, 1974, БИ 43 [прототип]. 2. A.S. USSR 393706, IPC G 01 T 1/36, 1974, BI 43 [prototype].

3. Патент США 4717825, НКИ 250/256, МПК G 01 V 5/00, 05.01.88 [прототип] . 3. US patent 4717825, NKI 250/256, IPC G 01 V 5/00, 01/05/08 [prototype].

Claims (2)

1. Способ спектрометрического гамма-каротажа, заключающийся в измерении интенсивностей гамма-излучения, отфильтрованного экраном, выполненным из металла с малым атомным номером, например, не больше, чем у титана, регистрации гамма-излучения сцинтилляционным детектором, оцифровке зарегистрированных сигналов, их накоплении в виде амплитудных спектров, передаче на поверхность, отличающийся тем, что гамма-излучение дополнительно пропускают через экран, выполненный из металла с большим атомным номером, например, не меньше, чем у свинца, регистрируют спектр, имеющий характерную форму в области 0,02-0,3 мэВ, запоминают его как опорный спектр, аналогично проводят измерения в скважине и энергетическую шкалу каждого полученного спектра приводят в соответствие с энергетической шкалой опорного спектра, имеющего характерную форму в области 0,02-0,3 мэВ, например, по методу наименьших квадратов. 1. The method of spectrometric gamma-ray logging, which consists in measuring the intensities of gamma radiation filtered by a screen made of metal with a small atomic number, for example, no more than that of titanium, registering gamma radiation with a scintillation detector, digitizing the recorded signals, accumulating them in in the form of amplitude spectra, transmission to a surface, characterized in that gamma radiation is additionally passed through a screen made of metal with a large atomic number, for example, not less than that of lead, reg striate a spectrum having a characteristic shape in the region of 0.02-0.3 meV, store it as a reference spectrum, similarly carry out measurements in the well and the energy scale of each obtained spectrum is brought into line with the energy scale of the reference spectrum having a characteristic shape in region 0, 02-0.3 meV, for example, by the method of least squares. 2. Устройство для проведения спектрометрического каротажа, содержащее охранный кожух, изготовленный из металла с малым атомным номером, например, не больше, чем у титана, в котором размещены детектор гамма-излучения, оптически связанный с фотоэлектронным умножителем, блок центрального процессора, первый выход которого соединен двунаправленной линией связи с первым входом блока накопления амплитудных спектров, а первый вход соединен с первым выходом блока преобразования аналог - код, первый вход которого соединен с первым выходом блока преобразования вторичных напряжений, второй вход соединен с выходом фотоэлектронного умножителя, а второй выход соединен с вторым входом блока накопления амплитудных спектров, отличающееся тем, что второй выход блока центрального процессора соединен с первым входом блока питания высокого напряжения, выход которого соединен с входом фотоэлектронного умножителя, а второй вход соединен с вторым выходом блока преобразования вторичных напряжений, третий выход которого соединен с третьим входом блока накопления амплитудных спектров, вход блока преобразования вторичных напряжений соединен с четвертым выходом блока коммутации, первый, второй и третий входы которого соединены с первым, вторым и третьим контактами разъема головки, первый, второй и третий выходы блока коммутации соединены с первым, вторым и третьим контактами проходного разъема и пятый выход блока коммутации соединен с вторым входом блока центрального процессора, к третьему входу которого подсоединен четвертый выход блока преобразования вторичных напряжений, а детектор помещен в экран, выполненный из металла с большим атомным номером, например, не меньше, чем у свинца. 2. A device for conducting spectrometric logging containing a guard made of metal with a small atomic number, for example, no more than titanium, which houses a gamma-ray detector optically coupled to a photoelectronic multiplier, a central processor unit, the first output of which connected by a bi-directional line of communication with the first input of the block of accumulation of amplitude spectra, and the first input is connected with the first output of the conversion unit analog - code, the first input of which is connected to the first output of the block n secondary voltage conversion, the second input is connected to the output of the photomultiplier tube, and the second output is connected to the second input of the accumulation unit of amplitude spectra, characterized in that the second output of the central processor unit is connected to the first input of the high voltage power supply, the output of which is connected to the input of the photomultiplier, and the second input is connected to the second output of the secondary voltage conversion unit, the third output of which is connected to the third input of the amplitude spectral storage unit, the input the secondary voltage conversion lock is connected to the fourth output of the switching unit, the first, second and third inputs of which are connected to the first, second and third contacts of the head connector, the first, second and third outputs of the switching unit are connected to the first, second and third contacts of the passage connector and the fifth output the switching unit is connected to the second input of the central processor unit, to the third input of which is connected the fourth output of the secondary voltage conversion unit, and the detector is placed in a screen made of metal a high atomic number, for example, no less than that of lead.
RU2001116501A 2001-06-19 2001-06-19 Process of spectrometric gamma-ray logging and gear to implement it RU2191413C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001116501A RU2191413C1 (en) 2001-06-19 2001-06-19 Process of spectrometric gamma-ray logging and gear to implement it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001116501A RU2191413C1 (en) 2001-06-19 2001-06-19 Process of spectrometric gamma-ray logging and gear to implement it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2191413C1 true RU2191413C1 (en) 2002-10-20

Family

ID=20250788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001116501A RU2191413C1 (en) 2001-06-19 2001-06-19 Process of spectrometric gamma-ray logging and gear to implement it

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2191413C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA007938B1 (en) * 2003-12-12 2007-02-27 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Downhole gamma-ray detection
EA010582B1 (en) * 2003-09-08 2008-10-30 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Neutron measurement method for determining porosity of a formation surrounding a borehole
RU2505842C2 (en) * 2008-11-10 2014-01-27 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Gain stabilisation for gamma-ray scintillation detector
WO2014052821A1 (en) * 2012-09-27 2014-04-03 Schlumberger Canada Limited Use of spectral information to extend temperature range of gamma-ray detector
RU2530471C1 (en) * 2013-05-13 2014-10-10 Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "ГИТАС" (ЗАО НПФ "ГИТАС") Method of recording data of radioactive-tracer log and device for its implementation

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA010582B1 (en) * 2003-09-08 2008-10-30 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Neutron measurement method for determining porosity of a formation surrounding a borehole
EA007938B1 (en) * 2003-12-12 2007-02-27 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Downhole gamma-ray detection
RU2505842C2 (en) * 2008-11-10 2014-01-27 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Gain stabilisation for gamma-ray scintillation detector
WO2014052821A1 (en) * 2012-09-27 2014-04-03 Schlumberger Canada Limited Use of spectral information to extend temperature range of gamma-ray detector
US9329302B2 (en) 2012-09-27 2016-05-03 Schlumberger Technology Corporation Use of spectral information to extend temperature range of gamma-ray detector
RU2530471C1 (en) * 2013-05-13 2014-10-10 Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "ГИТАС" (ЗАО НПФ "ГИТАС") Method of recording data of radioactive-tracer log and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Adams et al. Gamma-ray spectrometry of rocks
US4893015A (en) Dual mode radiographic measurement method and device
US2727154A (en) Radiation detector
US4879464A (en) Radiation imaging apparatus
Kinzer et al. A balloon observation of the diffuse cosmic X-radiation above 20 keV
Zeng et al. Digital logarithmic airborne gamma ray spectrometer
RU2191413C1 (en) Process of spectrometric gamma-ray logging and gear to implement it
US20220260732A1 (en) Radiation detection apparatus having an analyzer within a housing
CN106405623B (en) Compton sums it up spectrometer
US3116417A (en) Scintillation detection in well logging using fast and slow phosphors
KR100372755B1 (en) Multi-Functional Gamma Radiation Spectrometer and Detection Method Theirof
RU2262124C1 (en) Method for pulse neutron logging and device for realization of said method
US5057690A (en) Battery driven 8 channel pulse height analyzer with compact, single gamma-peak display
RU2249836C1 (en) Device for running lithologic-density gamma-ray logging
NL1001416C2 (en) Method for analyzing the energy level of radiation.
CN216767367U (en) Double-window crystal natural gamma energy spectrometer
Roulston et al. Reduced Compton effect scintillation spectrometer
US3090866A (en) Spectrometer
US3257557A (en) Method and apparatus for identifying the elements in the formations penetrated by a drill hole
Petr et al. The composite directional γ-ray scintillation detector
US3697752A (en) Probe for locating specific elements in a borehole
USRE25634E (en) Nuclear borehole logging utilizing a
Einarsson et al. Study of background pulse spectrum of an LSC system
JPS6247101Y2 (en)
Stromswold Comparison of scintillation detectors for borehole gamma-ray logging

Legal Events

Date Code Title Description
RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20140203

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190620