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EILog自然伽马测井仪计数率偏低的影响因素分析及解决-刘一品

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84 仪 器2012 年 8 月0 引 言自 然 伽 马 测 井 仪 测 量 的 是 地 层 中 环 绕 井 轴 的 伽 马射 线 分 布 强 度 1 。 自 然 伽 马 测 井 资 料 可 以 用 来 划 分 地质 剖 面 , 可 以 划 分 岩 性 及 进 行 地 层 对 比 , 以 及 确 定 地层 泥 质 含 量 和 解 决 与 泥 质 含 量 有 关 的 油 矿 地 质 问 题 。自 然 伽 马 仪 器 计 数 率 偏 低 直 接 影 响 测 井 解 释 成 果 , 本文 对 引 起 自 然 伽 马 测 井 仪 的 计 数 率 偏 低 因 素 进 行 了 深刻 的 分 析 和 探 讨 , 以 便 在 维 修 仪 器 时 , 能 够 快 速 解 决实 际 问 题 , 从 而 提 高 测 井 时 效 及 测 井 质 量 。 本 文 通 过对 伽 马 测 井 仪 计 数 率 偏 低 的 影 响 因 素 分 析 ,为 今 后 自 然 伽 马 仪 器 在 现 场 维 修 过 程 中 , 准 确 判 断 计数 率 偏 低 的 原 因 和 快 速 维 修 存 在 此 故 障 的 仪 器 , 积 累了 宝 贵 的 经 验 。1 仪 器 工 作 原 理 2自 然 伽 马 仪 器 主 要 有 探 测 器 、 高 压 电 源 和 电 子 线路 三 部 分 组 成 , 如 图 1 所 示 。图 1 伽 马 仪 器 工 作 原 理其 中 , 探 测 器 由 碘 化 钠 晶 体 和 光 电 倍 增 管 组 成 ,自 然 伽 马 射 线 激 励 晶 体 产 生 光 子 , 光 子 经 过 耦 合 进 入光 电 倍 增 管 , 光 电 倍 增 管 在 高 压 作 用 下 , 将 光 信 号 转化 为 电 信 号 , 经 过 前 放 、 鉴 别 、 分 频 、 整 形 后 , 通 过遥 测 系 统 传 到 地 面 计 算 机 处 理 , 最 后 得 到 自 然 伽 马 仪器 的 计 数 率 。2 影 响 自 然 伽 马 计 数 率 偏 低 的 因 素 电 倍 增 管 所 供 高 压 的 影 响光 电 倍 增 管 所 供 高 压 的 大 小 由 它 的 坪 曲 线 决 定 ,正 常 情 况 下 , 常 温 坪 宽 不 低 于 200V, 175℃ 恒 温 1 100V 左 右 , 工 作 高 压 选 在 坪 区 中 点 。 光 电 倍 增管 的 计 数 率 与 其 电 极 间 所 加 的 高 压 有 关 , 当 高 压 在 坪区 范 围 内 工 作 时 , 计 数 率 在 此 范 围 内 , 保 持 不 变 或 变化 很 小 。 低 于 坪 区 的 高 压 时 , 计 数 率 随 高 压 的 降 低 而迅 速 减 少 , 高 于 这 一 坪 区 后 , 计 数 率 又 随 高 压 的 增 加而 迅 速 增 加 , 这 种 特 性 就 是 坪 区 特 性 。在 实 际 生 产 中 每 个 光 电 倍 增 管 的 高 压 坪 区 都 不同 , 厂 家 提 供 数 据 由 于 测 试 条 件 的 不 同 , 也 不 准 确 ,在 应 用 中 , 我 们 要 对 光 电 倍 增 管 高 压 进 行 实 测 。 具 体步 骤 是 : 焊 开 高 压 调 节 电 阻 , 在 调 节 电 阻 上 串 联 一 个100K 电 位 器 , 调 节 电 位 器 使 高 压 输 出 从 1200V ~2000V 逐 渐 增 加 , 记 录 记 数 率 , 每 次 高 压 增 加 25V,记 录 一 次 计 数 率 。 最 后 以 高 压 值 为 横 坐 标 , 记 数 率 为纵 坐 标 画 出 光 电 倍 增 管 的 坪 曲 线 。 高 温 与 常 温 坪 区 的宽 度 有 所 不 同 , 一 般 来 讲 , 温 度 越 高 , 坪 区 的 宽 度 越窄 , 我 们 在 选 择 坪 区 时 , 应 该 选 择 高 温 与 常 温 坪 区 的重 合 处 , 一 般 重 合 的 坪 区 大 约 在 100 右 , 如图 2 所 示 。 为 了 减 小 电 压 波 动 对 计 数 率 的 影 响 , 工 作高 压 最 好 选 择 在 重 合 坪 区 的 中 点 。 如 果 高 压 选 择 低 于计 算 机 与 通 讯 技 术 品 1 吴 少 威 1 关 照 星 1 付 建 栋 1 胡 进 利 2 王 剑 1 申 乾 钢 1( 1. 中 国 石 油 测 井 有 限 公 司 长 庆 事 业 部 陕 西 西 安 ) ( 2. 中 国 石 油 测 井 有 限 公 司 华 北 事 业 部 河 北 任 丘 )摘 要 : 文 章 简 述 了 自 然 伽 马 测 井 仪 的 基 本 原 理 , 在 此 基 础 上 就 自 然 伽 马 测 井 仪 在 实 际 应 用 中 出 现 的 计 数 率 偏 低 问 题 从光 电 倍 增 管 所 供 高 压 、 磁 场 、 晶 体 、 耦 合 剂 、 电 路 元 器 件 、 鉴 别 门 槛 电 压 、 光 电 倍 增 管 灵 敏 度 下 降 等 多 种 影 响 因 素 进 行 了分 析 和 探 讨 , 对 有 效 解 决 然 伽 马 测 井 仪 计 数 率 偏 低 故 障 提 供 了 借 鉴 作 用 。关 键 词 : 自 然 伽 马 测 井 仪 ; 计 数 率 ; 影 响 因 素中 图 法 分 类 号 : 7 文 献 标 识 码 : B 文 章 编 号 : 1004012)04 作 者 简 介 : 刘 一 品 , 男 , 1972 年 生 , 工 程 师 , 现 就 职 于 中 国 石 油 测 井 有 限 公 司 长 庆 事 业 部 仪 修 中 心 , 从 事 测 井 仪 器 维 修 等 工 作 。 邮 编 : 710201852012 年 第 26 卷 第 4 期重 合 坪 区 的 电 压 , 将 使 光 电 倍 增 管 阳 极 收 集 到 的 电 子数 减 少 , 从 而 导 致 伽 马 计 数 率 偏 低 。图 2 光 电 倍 增 坪 区 特 性 场 的 影 响伽 马 测 井 仪 长 期 测 套 管 有 磁 化 现 象 的 井 , 或 不 慎将 伽 马 测 井 仪 和 磁 定 位 仪 器 长 期 放 在 一 起 , 这 都 将 导致 伽 马 测 井 仪 的 光 电 倍 增 管 被 磁 化 , 光 电 倍 增 管 由 于受 磁 场 的 影 响 , 计 数 率 会 降 低 。光 电 倍 增 管 主 要 由 光 阴 极 、 打 拿 极 、 阳 极 组 成 ,伽 马 射 线 进 入 晶 体 发 出 的 荧 光 , 经 光 学 耦 合 剂 耦 合 到光 电 倍 增 管 的 光 阴 极 上 , 当 光 子 射 到 阴 极 K 上 时 , 产生 电 子 , 这 些 电 子 在 电 场 作 用 下 经 聚 焦 电 极 把 电 子 聚焦 成 一 束 后 射 入 第 一 打 拿 极 产 生 更 多 的 次 生 电子 , 次 生 电 子 在 极 间 电 场 作 用 下 , 不 断 飞 向 下 一 极 ,因 而 打 出 的 电 子 愈 来 愈 多 , 阳 极 的 作 用 是 收 集 最 后 一个 打 拿 极 所 放 出 的 次 生 电 子 , 如 图 3 所 示 。 如 果 光 电倍 增 管 有 磁 化 现 象 , 由 于 光 电 倍 增 管 被 磁 化 射 入 打 拿极 的 部 分 电 子 受 到 磁 场 的 作 用 发 生 偏 转 而 跑 出 极 板 ,从 而 产 生 的 电 子 减 少 , 在 电 场 的 作 用 下 , 这 些 电 子 依次 向 以 后 的 各 打 拿 极 射 去 的 数 量 也 会 随 之 减 少 , 最 后阳 极 收 集 到 的 电 子 数 减 少 , 从 而 导 致 伽 马 仪 器 的 计 数率 偏 低 , 自 然 伽 马 测 井 曲 线 的 幅 度 下 降 。图 3 光 电 倍 增 管 示 意 体 和 耦 合 剂 的 影 响伽 马 仪 器 采 用 了 闪 烁 探 测 器 , 它 是 由 体 、硅 油 和 光 电 倍 增 管 组 成 。 碘 化 纳 晶 体 是 无 色 透 明 的 无机 晶 体 , 它 的 作 用 是 把 伽 马 射 线 的 能 量 转 换 成 光 子 。碘 化 纳 晶 体 十 分 容 易 潮 解 , 变 成 黄 色 , 并 且 抗 震 能 力差 , 在 测 井 和 运 输 过 程 中 容 易 产 生 裂 纹 , 使 体产 生 的 光 子 数 减 少 。 光 电 倍 增 管 的 作 用 是 把 萤 光 转 换成 电 脉 冲 , 为 了 提 高 光 耦 合 效 率 , 在 晶 体 表 面 涂 上 一层 薄 薄 的 透 明 的 硅 油 , 然 后 从 侧 旁 开 始 逐 渐 贴 磨 到光 电 倍 增 管 的 窗 上 , 尽 量 使 中 间 没 有 空 气 。 如 果 光学 硅 油 的 缺 少 和 晶 体 与 光 电 倍 增 管 安 装 方 法 的 不 妥当 , 晶 体 和 光 电 倍 增 管 的 接 触 面 上 有 空 气 存 在 , 使光 子 在 交 界 面 上 发 生 全 反 射 , 不 利 于 将 大 部 分 光 子收 集 到 光 电 倍 增 管 的 光 阴 极 上 , 从 而 使 伽 马 仪 器 的计 数 率 偏 低 。 路 元 器 件 的 影 响如 图 4 所 示 , 电 容 1主 要 起 隔 直 和 耦 合 作 用 , 防止 高 压 烧 坏 前 置 放 大 电 路 , 使 伽 马 信 号 进 入 前 置 放 大电 路 进 行 放 大 , 如 果 电 容 1容 量 变 小 时 , 1和 1就 构成 了 微 分 电 路 , 时 间 常 数 ( 等 于 电 容 容 量 和 电 阻 的 乘积 ) 将 变 小 , 电 容 1的 充 放 电 时 间 加 快 , 超 出 了 放 大器 的 频 率 响 应 范 围 , 从 而 导 致 前 置 放 大 电 路 的 输 出 脉冲 数 减 少 。 另 外 , 如 果 前 置 放 大 器 的 放 大 倍 数 减 小 ,前 置 放 大 器 的 输 出 脉 冲 幅 度 将 减 小 , 通 过 鉴 别 器 的 脉冲 数 减 小 , 将 使 伽 马 仪 器 的 计 数 率 减 小 , 通 过 调 整 反馈 电 阻 3的 大 小 来 改 变 前 置 放 大 器 的 放 大 倍 数 , 自 然伽 马 仪 器 放 大 倍 数 选 择 为 = 5。 前 置 放 大 电 别 门 槛 电 压 的 的 影 响自 然 伽 马 仪 器 的 信 号 处 理 电 路 只 有 一 块 高 温 混 合电 路 它 集 跟 随 、 鉴 别 、 分 频 、 整 形 为 一体 , 外 围 元 件 只 有 两 个 调 鉴 别 门 槛 的 电 阻 , 鉴 别 器 设有 一 定 的 门 坎 电 平 , 用 以 抑 制 噪 声 , 如 图 5 所 示 , 电路 中 电 阻 6、 7起 调 节 鉴 别 门 槛 的 作 用 , 电 阻 6两 端电 压 应 该 调 整 到 = 。 在 测 井 时 , 地 层 中 的 自然 伽 马 射 线 穿 过 水 泥 环 、 套 管 、 井 液 及 仪 器 外 壳 , 使伽 马 射 线 的 能 量 有 所 衰 减 , 当 伽 马 射 线 进 入 由 体 和 光 电 倍 增 管 组 成 的 探 测 器 后 , 将 伽 马 射 线 转 换 成电 脉 冲 , 经 前 置 放 大 器 放 大 送 入 鉴 别 器 , 如 果 鉴 别 器的 门 槛 电 压 设 置 过 高 通 过 鉴 别 器 检 测 到 的 有 用 脉 冲 数就 会 减 少 , 使 伽 马 仪 器 计 数 率 降 低 。刘 一 品 等 : 然 伽 马 测 井 仪 计 数 率 偏 低 的 影 响 因 素 分 析 及 解 决86 仪 器2012 年 8 月图 5 伽 马 信 号 处 理 电 电 倍 增 管 灵 敏 度 下 降 的 影 响光 电 倍 增 管 具 有 很 高 的 灵 敏 度 , 可 以 探 测 非 常 微弱 的 光 信 号 , 但 在 入 射 光 强 度 过 大 或 照 射 时 间 过 长时 , 光 电 倍 增 管 会 出 现 光 电 流 衰 减 、 灵 敏 度 骤 降 的 疲劳 现 象 , 这 是 由 于 过 大 的 光 电 流 使 电 极 升 温 而 使 光 电发 射 材 料 蒸 发 过 多 所 引 起 。 光 电 倍 增 管 由 于 疲 劳 效 应而 灵 敏 度 逐 步 下 降 , 称 为 老 化 , 最 后 会 损 坏 而 不 能 工作 , 过 强 的 入 射 光 会 加 速 光 电 倍 增 的 老 化 损 坏 , 从 而导 致 自 然 伽 马 仪 器 最 后 输 出 的 计 数 率 偏 低 。3 结 论通 过 本 文 分 析 , 可 以 得 到 有 效 避 免 然 伽马 测 井 仪 计 数 率 偏 低 的 方 法 和 结 论 :1) 光 电 倍 增 管 高 压 选 择 低 于 重 合 坪 区 的 电 压 祸 、受 磁 场 的 影 响 或 承 受 过 强 的 入 射 光 照 射 , 都 会 导 致 伽马 计 数 率 偏 低 或 降 低 。 为 了 减 小 电 压 波 动 对 计 数 率 的影 响 , 工 作 高 压 最 好 选 择 在 重 合 坪 区 的 中 点 ; 尽 量 避免 伽 马 测 井 仪 长 期 使 用 于 套 管 存 在 磁 化 现 象 的 油 气井 , 或 避 免 将 伽 马 测 井 仪 和 磁 定 位 仪 器 等 强 磁 场 长 期共 存 ; 光 电 倍 增 管 尽 量 置 于 昏 暗 无 亮 光 的 环 境 , 维 修仪 器 时 尽 量 用 较 厚 的 不 透 光 的 软 材 料 包 裹 光 电 倍 增 管 。2) 碘 化 纳 晶 体 潮 解 或 晶 体 和 光 电 倍 增 管 的 接 触面 上 光 学 硅 油 耦 合 性 不 好 , 使 体 产 生 的 光 子 数减 少 。 为 提 高 计 数 率 , 必 须 保 证 体 干 燥 , 并 定期 涂 抹 新 鲜 硅 油 。3) 起 隔 直 和 耦 合 作 用 的 电 容 量 变 小 时 , 导致 前 置 放 大 电 路 的 输 出 脉 冲 数 减 少 , 通 过 鉴 别 器 的 脉冲 数 减 小 , 将 使 伽 马 仪 器 的 计 数 率 减 小 。 尽 量 定 期 更换 电 容 ) 鉴 别 器 的 门 槛 电 压 设 置 过 高 , 通 过 鉴 别 器 检测 到 的 有 用 脉 冲 数 就 会 减 少 , 伽 马 仪 器 计 数 率 相 应 降低 。 定 期 调 节 电 阻 使 其 两 端 电 压 为 = 考 文 献[1] 洪 有 密 . 测 井 原 理 与 综 合 解 释 [M]. 东 营 : 石 油 大 学 出 版 社 ,1993[2] 黄 隆 基 . 核 测 井 原 理 [M]. 东 营 : 石 油 大 学 出 版 社 , 2000[3] 中 国 石 油 集 团 测 井 有 限 公 司 . 套 装 备 用 户 手 册( 上 册 ) . 2005 (资 料 )( 收 稿 日 期 : 2011 辑 : 高 红 霞 )专 利 技 术名 称 : 一 种 高 分 辨 率 石 油 地 震 勘 探 装 置申 请 号 : 请 日 : 号 : 开 日 : ( 专 利 权 ) 人 : 西 安 华 朗 物 探 科 技 有 限 公 司本 实 用 新 型 属 于 石 油 地 震 勘 探 仪 , 特 别 是 一 种 高 分 辨 率 石 油 地 震 勘 探 装 置 , 它 包 括 : 覆 盖 开 关 电 路 、 口 板 、 入 式 工 控 机 、 信 号 发 生 电 路 、 数 据 采 集 板 、 计 算 机 总 线 和 电 源 电 路 , 数 据 采 集 板 有6 块 , 数 据 采 集 板 通 过 口 板 与 入 式 工 控 机 电 连 接 , 通 过 口 与 入 式 工 控 机通 信 回 路 , 由 入 式 工 控 机 进 行 数 据 、 控 制 信 号 、 地 址 信 号 的 分 发 , 数 据 采 集 板 的 信 号 输 入 端 口与 覆 盖 开 关 电 路 的 输 出 端 电 连 接 , 其 中 在 一 个 数 据 采 集 板 与 信 号 发 生 电 路 的 信 号 端 电 连 接 , 用 于 检 测 、 校正 数 据 采 集 板 的 工 作 状 态 、 精 度 ; 覆 盖 开 关 电 路 和 前 置 放 大 电 路 分 别 通 过 计 算 机 总 线 由 处 理 器 进 行 控 制 ,覆 盖 开 关 电 路 的 地 址 端 由 处 理 器 根 据 入 式 工 控 机 的 命 令 选 取 地 址 。 它 提 供 了 一 种 多 通 道 、 高 分辨 率 、 低 功 耗 、 高 可 靠 性 、 内 置 式 电 子 覆 盖 开 关 的 高 分 辨 率 石 油 地 震 勘 探 系 统 。
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