第九章 补偿中子测井仪器
第9章 中子测井
t
v a
式中v为热中子移动速度，常温下，v＝0.22cm/μs，所以上式可写成：
t
当地层中含有俘获截面高的元素时，τt就大大减小。高矿化度水的τt 要比油层小的多，因此可以确定油水界面和区分油水层。
4.55 a
第九章
中子测井(Neutron log)
2.热中子的扩散及被俘获 元素的原子核俘获热中子之后，处于激发状态，当它回到
中子-超热中测井（SNP）—井壁中子测井
中子-热中子测井（CNL）—补偿中子测井
第九章
1 中子和中子源
中子测井(Neutron log)
一、中子测井的核物理基础 中子是组成原子核的一种不带电荷的中性粒子，其质量与氢 核的质量相近。中子与物质作用时，能穿过原子的电子壳层而与 原子核相碰撞，所以它对物质的穿透能力较强。
的岩石骨架显示为一定数值的等效含氢量。孔隙度等于零的砂
岩，显示为负含氢指数（-3%），而白云岩显示为正的含氢指 数（5%）。
第九章
二、中子测井
中子测井(Neutron log)
中子测井包括两种方法：
一种是记录探测器周围超热中子密度的中子—超热中子测井
（SNP），亦称井壁中子测井； 另一种是记录探测器周围热中子密度的中子—热中子测井 （CNL），亦称补偿中子测井。
因水的分子式为H2O，所以x＝2，M＝18，而水的密度ρ＝ lg／ cm3，由此求出K＝9代入上式得 x H 9 M 则用该式可求出任何密度为ρ，分子量为M且每个分子中有x个 氢核的单一分子组成的物质的含氢指数。
第九章
⑵盐水的含氢指数
中子测井(Neutron log)
NaCl溶于水后占据了空间，而使盐水中氢的密度减小。计 算盐水含氢指数的一般公式为 Hw＝ρ w(1-p)
GILEE补偿中子测井仪
CNLT-1补偿中子测井仪使用说明书吉艾科技（北京）股份公司目录1. 概述 (1)1.1 仪器外观 (1)1.2 仪器技术指标 (2)1.3 仪器功能 (2)2. 电路描述 ........................................................ 错误!未定义书签。
2.1 探测器总成 (3)2.2 探测器 (3)2.3 电路 (4)3. 检测和刻度.................................................... 错误!未定义书签。
3.1 通讯测试 (8)3.2 中子电路高压 (8)3.3 长、短源距计数测试 (9)3.4 CNLT刻度 (12)3.5 仪器通断测试 (10)3.6 刻度 (12)4. 机械组装 (19)4.1 组装金属绝热瓶 (21)4.2 组装机械件 (28)5. 常见故障与检查 (28)1. 概述1.1 仪器外观1.2 仪器技术指标部件号：9146000000最高工作温度：200℃最高工作压力：140MPa最大适用井眼：最小适用井眼：仪器净长度：运输长度：仪器外径：92mm最大测速：9m/min测量范围及测量误差要求：测量范围：-3—100PU测量误差：（测量值在7PU以下），±7%（测量值在7PU以上）可重复性：（石灰岩孔隙度为15%）横向分辨率：，在孔隙度为15%的灌水裸眼井中为200mm垂直分辨率：（对比目的层上下所选的合适地层）测量点短源距：635mm长源距：762mm最大拉伸力：122000磅最大压缩力：78000磅电缆要求：7芯电缆缆芯使用情况：1：交流供电2：M2/M 5传输方式3：M2/M 5传输方式4：交流供电5：M2/M 5传输方式6：M2/M 5传输方式7：没用10：没用工作电压和电流：180V AC，6-10mA探测器类型：正比计数器源类型：Am241-Be源强度：18居里（散射中子）1.3 仪器功能补偿中子测井仪是放射性测井仪器的一种。
第9章中子测井
初始能量为2百万伏特的中子 在不同元素中减速成为热中子时，碰撞特征及能量损失
元素 钙 氯 硅 氧 碳
散射截面(巴) 9.5 10 1.7 4.2 4.8
氢 45
原子量
40.1 35.9 28.1 16.0 12.0 1.0
属于放射性测井，它是利用岩石中含氢量来研究岩石性质
和孔隙度的一种测井方法。
下井仪包括中子源与探测器
中子源→中子→进入岩层,同物质原子核发生碰撞、减速、 散射、被俘获的情况与地层氢（H）含量有关
探测器：探测中子和伽马射线。
Hale Waihona Puke 一般的中子测井就是利用与源有一定距离的中子探测器来测量超 热中子（0.2～10eV）或热中子（0.025eV）的密度。
11H + 10n→ 21H + r
热中子被元素原子核俘获几率取决于元素俘获能力，通常 用俘获截面来量度，单位 巴。
➢单位cm2，大多数在10-24 cm2数量级，定义为巴。
➢发生两种过程（散射、俘获）的总有效截面为全有效
截面。
➢单位体积物质的有效截面为各个原子核有效截面的总
和，称为宏观有效截面，用Σ表示
井壁中子测井
这是中子测井的第二代仪器，实为超热中子测井，使用一个 中子探测器，源到探测器的距离为0.42m，中子计数管外包有镉 和石蜡层，使其只能记录超热中子，中子源和探测器装在同一滑 板上，用推靠器使滑板紧贴井壁，井壁中子测井记录的是地层孔 隙度值，这种仪器有以下优点：
⑴ 探测器贴井壁，减少了井的影响；
和石灰岩地层模块孔隙充填淡水，无泥饼，井温240c，压 力1atm,仪器偏心。实测测井时，条件与刻度条件不同， 相差远，需校正。
第九章 补偿中子测井仪器
热中子测井受热中子吸收剂（盐水中的氯和页岩中的稀土元素） 影响很大。因此，在盐水井中用热中子测井的效果较差。 超热中子测井受热中子吸收剂的影响很小。因此，在盐水井中用 超热中子测井可以得到较可靠的响应曲线，但超热中子比热中子 分布范围小，其探测范围浅
仪器结构特点
四个 He3 探测器：两个近中子探测器位于源室 的上面，源距：38.1cm；两个远中子探测器位 于源室的下面，源距：62.8cm 超热中子探测器结构特点： 为防止热中子进入超热中子探测器，通常 在超热中子探测器外面包了一层镉，用以 俘获热中子，而只让超热中子通过。 3 在镉过滤器与 He 计数管之间还有用耐热 的尼龙制成的减速层，超热中子经减速成 热中子后由 He3 计数管检测 CNT—G需要用电缆通讯电子短节CCC—A或 CCC—B或CTS遥测电子短节TCC—A。它可以同 任何和CCS或CTS相容的一起组合测井
低压输入电路
组成： （1）变压器和 整流、滤波器 （2）振荡器和 脉宽调节器 （3）串联开关 Q3及过流保护电 路
L1
（1）变压器和整流、滤波器
从地面供给井下仪器250V，60Hz电源，通过变压器T1降压变压输出大约38V，再经 CR桥式全波整流和电容C1、C2滤波送电压调节器（紧接着的稳压调节电路）。 R1保护仪器电子短节不受超载损害，如果超载就会熔断。 扼流圈L1阻塞电源通断由变压器反馈耦合的电流。
4
加速器中子源（脉冲中子源）：
D T
He 2
n 0
1
17.588MeV
二、中子和物质的作用
1）快中子非弹性散射 快中子+靶核=>复核=>能量较低中子+非弹性散射伽玛射线=>基态靶核 2）快中子对原子核的活化 快中子+稳定原子核=>放射性原子核=>活化核衰变 +活化伽玛射线 3）快中子的弹性散射 快中子+稳定靶核=>能量较低的中子+反冲核=> => =>热中子+基态靶核 微观弹性散射截面——一个中子与一个原子核发生弹性散射的几率 宏观弹性散射截面——1cm3原子核的微观弹性散射截面 沉积岩的核素中，H的散射截面以及每次散射的能量损失最大。
第9章关于中子测井的一些介绍
第9章关于中子测井的一些介绍中子测井是一种油气勘探和生产中常用的测井技术之一，通过测量中子的反射和散射特性，来确定地层中的含水量、孔隙度和渗透率等参数。
本文将介绍中子测井的原理、仪器和应用。
中子测井的原理是利用了中子与物质之间的相互作用。
中子是一种中性粒子，相对于其他测井方法，它具有更好的穿透能力。
当中子穿过地层时，会与地层中的原子核发生相互作用，主要包括散射和吸收两种过程。
散射是中子与原子核碰撞后方向改变而不被吸收，而吸收是中子与原子核碰撞后被完全吸收。
通过测量中子的散射和吸收，可以推导出地层中的物性参数。
中子测井的仪器主要包括中子发生器、探测器和数据处理系统。
中子发生器是产生中子束的关键部分，常用的有放射性源和电子束发生器两种。
放射性源一般采用241Am-Be(铀-铍)源或14C-12C(碳-碳)源，它们能够以一定速率释放出中子。
电子束发生器则是通过加速器产生高能电子束，通过与靶材相互作用产生中子。
探测器用于测量中子与地层相互作用后的信号，主要包括散射中子探测器和吸收中子探测器。
散射中子探测器一般采用晶体闪烁体或气体探测器，可以测量散射中子的能量和方向。
吸收中子探测器一般采用掺镍的晶体闪烁体，可以测量被吸收的中子强度。
数据处理系统用于采集、处理和分析中子测井数据，得出地层的相关参数。
中子测井在油气勘探和生产中具有广泛的应用。
首先，中子测井可以提供地层的含水量和孔隙度信息。
中子与水之间的相互作用较强，而与岩石矿物之间的相互作用较弱，因此可以通过测量中子的吸收和散射来确定地层中的含水饱和度和孔隙度。
其次，中子测井可以提供地层的渗透率信息。
中子与地层中的原子核碰撞后会发生散射，散射角度的大小与地层的渗透性直接相关。
通过测量中子的散射角度，可以推导出渗透率的大小。
此外，中子测井还可用于确定地层中矿物含量、岩石类型和压力等参数。
通过综合分析中子测井数据，可以为油气勘探和生产提供可靠的地层参数。
总之，中子测井是一种重要的油气勘探和生产工具，通过测量中子与地层的相互作用来分析地层的物性参数。
补偿中子测井仪器
补偿中子测井仪器补偿中子测井仪属于放射性强度测井仪器。
是（密度、声波。
中子）等三大孔隙度测井仪器的其中之一。
今天我准备从下面5个方面来介绍补偿中子测井仪器：a)仪器简介b)仪器测井原理c)探测器d)电路简介e)仪器的刻度1. 仪器简介补偿中子测井仪是一种通过测量地层含氢指数来确定地层孔隙度以及判断岩性的放射性测井仪器。
仪器的用途：a)确定地层孔隙度b)判断岩性c)确定泥质含量仪器特点a)仪器的推靠器：b)仪器的重量：c)由于中子射线可以很容易穿透钢管，因此补偿中子测井仪不仅可以在裸眼井中测量，还可以在套管井中测量。
d)自然界存在伽马射线，但不存在中子射线，所以仪器在正常情况下，本底为零。
仪器主要技术指标：a)仪器最大外压：100Mpab)仪器使用电缆长度：≤7000mc)仪器最大测速：560m/h 测速与源强有关。
d)仪器测量围：0~100P.u.e)仪器测量精度：当地层孔隙度为： 0 ~ 10 P.u. 时，仪器误差为：±1P.u.当地层孔隙度为：10 ~ 45 P.u. 时，仪器误差为：±3P.u.当地层孔隙度： > 45 P.u. 时，仪器误差为：±7P.u.2.仪器原理：中子测井核物理基础补偿中子测井仪上装载着20居里的Am—Be中子源，能量约为几百万电子伏特。
每秒钟将产生4⨯107个快中子，这些快中子射入地层，与地层的物质发生一系列的核反应。
其中包括：快中子的非弹性散射、快中子对原子核的活化、快中子的弹性散射及减速。
快中子经过一系列的非弹性碰撞及弹性碰撞，能量逐渐减小，最后当中子能量与地层的原子处于热平衡状态时，中子不再减速。
这种能量状态的中子叫热中子。
标准热中子的能量为：0.025ev,速度为2.2×105厘米/秒。
根据碰撞学说，中子碰撞中的能量损失与被碰撞物质的质量和入射角有关，与中子质量相当的物质碰撞(弹性碰撞)，中子损失的能量最大。
第九章 脉冲中子测井
Al + 0 n →12 Mg +1 p
27 1 27 −
1 27
Mg
27
→ β + γ (1.015和0.84Mev） 13 Al +
第三节 中子活化测井
三、中子活化测井的应用
1、利用硅测井识别岩性 砂岩骨架主要是SiO2,碳酸盐岩骨架不含SiO2， 因此可以利用硅测井区别砂岩和碳酸盐岩。 2、利用硅铝比（Si/Al）确定泥质含量 泥质由于晶格置换作用等，使得其中一部分硅 为铝所代替因而其中铝含量较高
第一节 中子寿命测井
地层水矿化度较高时，即氯的含量相对较高时， 地层水矿化度较高时，即氯的含量相对较高时 ， 那么对于水层和油层来说， 那么对于水层和油层来说，水层的宏观俘获截面要大 于油层，而热中子寿命则小于油层。 于油层，而热中子寿命则小于油层。 根据热中子寿命测量的性质研制出热中子寿命测井 利用中子寿命来研究地层的性质） （利用中子寿命来研究地层的性质）
第二节 非弹性散射伽马能谱测井
三、应用 1、确定含油饱和度So 一般根据C/O和含 油饱和度的关系曲线来 确定 给定φ，可由其它孔隙 度测井得到；对应C/O 比得到含油饱和度
含油饱和度 Sw
第二节 非弹性散射伽马能谱测井
三、应用 2、划分水淹层 、
利用C/O在油、水层 的差别可知，如果油层 被水淹，则对于水淹层 C/O比下降，这是C/O 划分水淹层的依据。 A、B层的C/O曲线 幅度明显低于它们中间 油层的幅度，说明A、 B被水淹。
第一节 中子寿命测井
二、中子寿命测井的基本原理 中子从其产生， 中子从其产生 ， 经过与地层原子核发生非弹性散 弹性散射，逐渐减速为热中子， 射，弹性散射，逐渐减速为热中子，热中子被俘获产 生俘获伽马射线。 生俘获伽马射线。 1、热中子寿命（ τ） 、热中子寿命（ ） 热中子从其产生到它被吸收为止经历的平均时间 指的是统计概念， 指的是统计概念，即热中子从其产生到被吸收经历的 时间，有长有短，τ是平均值 时间，有长有短， 是平均值
补偿中子测井仪器
补偿中子测井仪器补偿中子测井仪属于放射性强度测井仪器。
是（密度、声波。
中子）等三大孔隙度测井仪器的其中之一。
今天我准备从下面5个方面来介绍补偿中子测井仪器：a)仪器简介b)仪器测井原理c)探测器d)电路简介e)仪器的刻度1. 仪器简介补偿中子测井仪是一种通过测量地层含氢指数来确定地层孔隙度以及判断岩性的放射性测井仪器。
仪器的用途：a)确定地层孔隙度b)判断岩性c)确定泥质含量仪器特点a)仪器的推靠器：b)仪器的重量：c)由于中子射线可以很容易穿透钢管，因此补偿中子测井仪不仅可以在裸眼井中测量，还可以在套管井中测量。
d)自然界存在伽马射线，但不存在中子射线，所以仪器在正常情况下，本底为零。
仪器主要技术指标：a)仪器最大外压：100Mpab)仪器使用电缆长度：≤7000mc)仪器最大测速：560m/h 测速与源强有关。
d)仪器测量范围：0~100P.u.e)仪器测量精度：当地层孔隙度为： 0 ~ 10 P.u. 时，仪器误差为：±1P.u.当地层孔隙度为：10 ~ 45 P.u. 时，仪器误差为：±3P.u.当地层孔隙度： > 45 P.u. 时，仪器误差为：±7P.u.2.仪器原理：中子测井核物理基础补偿中子测井仪上装载着20居里的Am—Be中子源，能量约为几百万电子伏特。
每秒钟将产生4⨯107个快中子，这些快中子射入地层，与地层的物质发生一系列的核反应。
其中包括：快中子的非弹性散射、快中子对原子核的活化、快中子的弹性散射及减速。
快中子经过一系列的非弹性碰撞及弹性碰撞，能量逐渐减小，最后当中子能量与地层的原子处于热平衡状态时，中子不再减速。
这种能量状态的中子叫热中子。
标准热中子的能量为：0.025ev,速度为2.2×105厘米/秒。
根据碰撞学说，中子碰撞中的能量损失与被碰撞物质的质量和入射角有关，与中子质量相当的物质碰撞(弹性碰撞)，中子损失的能量最大。
第九章--中子测井分析
地层
探测器
井眼
中子源
图9-1、井壁中子测井仪示意图
图9-2：孔隙度相
同时，白云岩、
石灰岩、砂岩的减
速长度依次增加；
减 速
岩性相同，随含水 长
孔隙度的增加，减 度
速长度减小，减速
能力增加。
砂岩 石灰岩
白云岩
孔隙度
图9-2 减速长度与孔隙度的关系（饱含水纯地层）
超热中子在空间的分布规律：以源为球心， 呈对称分布，即超热中子密度在整个球面上是相 同的。距源某一距离处，超热中子密度与介质的 减速能力有关，减速距离越短，则在源附近的超 热中子密度越大；反之，在远处超热中子密度大。
产生的几率与中子能量有关，中子能量越 高，产生的几率越大。
结果：1）、快中子能量降低； 2）、产生非弹性散射伽马射线； 3）、快中子与不同靶核产生的非弹性散
射伽马射线的能量不同
2、快中子对原子核的活化 快中子与稳定的原子核作用会发生（n，
α）、（n，p）核反应。生成新的放射性核 素。此作用为活化核反应。
4 Be9 2 He4 6C12 0 n1 Q(5.701MeV )
加速器（脉冲）中子源（D－T中子源）：
D T 2 He4 0n1 17.588MeV
二、中子与物质的作用 根据入射中子的能量，中子与物质的作用分
为： 1、快中子非弹性散射 快中子先被靶核吸收形成复核，而后再放出
一个能量较低的中子，靶核处于较高能级的激 发态，激发态的靶核以伽马射线的形式释放出 能量以回到基态，释放出的伽马射线为非弹性 散射伽马射线，此作用为非弹性散射。
特点：活化形成的新核素，油一定的半衰期， 其衰变产生的伽马射线为活化伽马射线。
如 Si28 (n, p)Al28 ，
CNS补偿中子测井仪工作原理与电路分析
CNS补偿中子测井仪工作原理与电路分析补偿中子测井仪是中子测井方法中的一种。
补偿中子测井仪是一种孔隙度测井仪，仪器的读数反映地层的含氢量，在孔隙地层中，岩石骨架物质的含氢量可以忽略不计。
而地层孔隙空间通常充满了地层水或者石油天然气，而两者的含氢量近似相等。
因而，通过测量地层的含氢量，可以间接地确定地层孔隙度。
同时也可以与其他测井方法一起进行综合分析，帮助确定许多其他的地质参数，如巖性，粘土含量，含水饱和度等。
CNS补偿中子测井仪是北京环鼎科技公司最新研发的高性能测井仪，由于该仪器探测精度高，性能稳定，因而在油田勘探和开发中获得广泛应用。
标签：CNS补偿中子;组成;性能;工作原理1 仪器概述1.1 组成补偿中子探头由壳体和芯件两部分组成。
壳体包括上部壳体、下部壳体、中子源装载段等，芯件包括长短源距热中子探测器和电子线路板。
仪器配备的工具和附件有装卸源工具和靠壁器等。
补偿中子测井仪的配套设备有车间刻度筒和现场刻度器，对补偿中子测井仪进行二级刻度和现场校验。
1.2 功能与特点补偿中子探头与电子线路段Ⅰ（NEC）等构成测井系统，仪器由一个中子源和长短两个不同源距的探测器组成双探测系统，减少了环境因素的影响。
补偿中子探头段通过两组相同的放大电路测量不同源距两个探测器的计数率。
它通过测量两个探测器的计数率，利用530系统补偿中子的数字模型来计算地层结构孔隙度。
由于采用了探测精度较高的热中子He-3探测器以及高稳定性高集成放大线路，使得该仪器具有较高的测量精度和稳定性可靠性高。
2 仪器方法原理中子测井是以中子与地层物质的相互作用为基础的测井方法，中子按能量大小可以分为高能中子（能量>10MeV），快中子（能量在0.1-10MV），中能中子（能量在1-100keV）和慢中子（能量在0-1KeV），由于中子是不带电粒子，当它与物质作用时，与核外电子不产生电场力，因而可直接与原子核发生反应。
弹性散射是中子与物质发生作用的形式之一，在中子与原子核的弹性散射过程中，中子与原子核的总动量以及总动能保持不变，即遵守动量守恒和能量守恒定律，经弹散射后，原子核从中子中获得能量，而中子则损失部分能量。
补偿中子测井仪刻度
EILog-05组合测井系统补偿中子测井仪刻度吴永安2006年3月18日刻度的概念：补偿中子测井仪的一级刻度，就是要把仪器在测井过程中所得到的计数率和地层孔隙度之间建立一个数学模型。
如何有效的建立这一数学模型，最大限度的减小因地面系统数据处理所带来的误差，是摆在仪器刻度工作的技术关键。
补偿中子测井仪的二级刻度，是指仪器经过长时间使用或者主要器件（探测器、整机电路板等）经过维修后，仪器状态发生了变化，为了校正这一变化所作的刻度，就是仪器的二级刻度。
通俗的讲，一级刻度就是工程量与物力量的关系。
二级刻度，则是工程量和工程量之间的关系。
补偿中子测井仪一级刻度：原理：在理论上，补偿中子测井仪的长、短源距的两道计数率的比值R与地层孔隙度Ф的对数之间有非常近似直线的关系。
可以将补中Ф-R计算公式表达为：LnФ= a*R + b （1）但由于各方面因素的影响，这条直线并不完全是直线。
如果按照直线方程来处理测井数据，将会带来测井误差。
为了尽可能减小误差，我们采用曲线方程来拟合Ф-R计算公式。
CSU最新的处理公式是：在低孔隙段用的是倒数曲线公式。
中、高孔隙段用的是两段直线公式。
笔者的观点，无论用哪种公式，都应该以仪器实际刻度数据为准。
哪种曲线能最大限度的将刻度点落在曲线上，相关系数最大，我们就采用哪种公式。
目前成套装备补偿中子测井仪采用三次曲线方程。
相关系数在0.998以上。
如果采用四次曲线方程，我们发现四次系数非常小，而且相关系数也没有三次曲线的相关系数大。
因此，成套装备补偿中子测井仪采用三次曲线方程来处理测井数据。
刻度步骤：1.刻度井井况介绍：西安刻度中心有9口补偿中子刻度井。
刻度井参数如下：（备注里的内容为本人多次刻度，对刻度井的了解，纯属经验，无理论根据，无实验数据支持）2.刻度前，检查仪器是否工作正常，检查地面系统是否工作正常，并办理放射性中子源出库手续。
3.确定仪器记录点，根据刻度井的地层深度，对仪器下井位置做好标记。
第9章关于中子测井的一些介绍
第九章中子测井中子测井(NUETRON LOGGING)：利用中子和地层的相互作用（的各种效应）为基础的测井方法，来研究井剖面地层性质的各种测井方法的总称。
它包括中子—热中子、中子—超热中子、中子—伽马测井、中子活化测井以及非弹性散射伽马能谱测井和中子寿命测井。
测井时，中子源向地层发射快中子，快中子在地层中运动与地层物质的原子核发生各种作用，由探测器探测超热中子、热中子或次生伽马射线的强度，研究地层的孔隙度、岩性及孔隙流体性质等地质问题。
§1 中子测井的核物理基础一、中子和中子源能产生中子的装臵叫中子源。
核测井中使用的中子源有放射性同位素中子源和加速器中子源两大类，前者发射的中子的能量在4~5MeV，而后者为12MeV，能量不同的中子与地层的相互作用的特点不同，由此形成了各具特色的中子测井。
1、中子(1) 中子的电荷：组成原子核不带电的中性微粒，它与质子以很强的核力结合在一起，形成原子核。
研究认为中子可能带有很小的难以探测的电荷，其上限在10-8电子电荷，因而可以看成是中性粒子。
当中子与原子相互作用时，和核外电子几乎没有库仑力作用，而直接与原子核碰撞，其反应几率主要取决于核的性质。
因此，中子入射物质后，主要是与原子核发生作用。
(2)中子的质量：1.00887u；质子的质量1.00758u(3)中子的半衰期中子的静止质量大于质子和电子的静止质量之和，会自发的发生β-衰变，它的半衰期为11.7±0.3min，因此，自然界几乎不存在自由中子。
β+→-+n+Qvpv称为反中微子。
(4)中子的分类当中子与原子相互作用时，和核外电子几乎没有库仑力作用，而直接与原子核碰撞，其反应几率主要取决于核的性质。
因此，中子入射物质后，主要是与原子核发生作用。
中子能量不同（速度不同），它与物质相互作用的行为也就大不相同，因此，目前使用的中子测井包括使用同位素中子源测井和加速器中子源中子测井。
根据中子的能量可将中子分为：高能中子 能量〉10 MeV 穿透能力极强快中子 10MeV —10KeV 穿透能力极强中能中子 100eV —10KeV慢中子 0.03eV —100eV 超热中子约为0.2~10ev热中子约为0.025ev ，热中子标准速度2200M/S快中子的穿透能力很强，能穿透下井仪器的钢外壳、泥浆、套管、水泥环而进入地层。
第九章中子测井
3、中子非弹性散射的应用
与不同原子核发生非弹性散射,产生的γ射线能 量不同,选择记录具有某些特征能量值的γ射线 强度,可测出相应核素的相对含量。
核素 非弹性散射伽马 （Mev）
28Si 40Ca 12C 16O
1.78
3.73
4.43
6.13
（二）快中子对核的活化 快中子与某些稳定核素发生核反应产生的新核 是放射性核素（称为活化核）, 衰变产生 或
不同原子核俘获热中子放出的俘获γ射线 能量不同 测量特定能量的俘获伽马——俘获伽马能谱测井
核素 俘获伽马 (Mev)
1H 28Si 35Cl 40Ca 56Fe
2.23
3.44
1.95 6.11 6.64 7.42
6.14
7.64
测量地层中俘获伽马总强度——中子伽马测井
3、宏观俘获截面及热中子寿命
如果ρ0=0.85
H0=1.034
H
h
9x 12
g
36 16
g
g 0 . 25
H
g
0 .5 5
4.饱和淡水纯石灰岩的含氢指数：
水
V ma 1
H
骨架
单位体积纯石灰岩
H H W (1 ) H
ma
孔隙度既是含氢指数 ，对淡水石灰岩
（套管井）
§1 中子测井的核物理基础 一、中子和中子源 1.中子：半衰期为11.7分钟，由核反应产生。 高能中子： En >10MeV 快中子： 10KeV 10MeV 按能量可分： 中能中子： 100eV 10KeV 慢中子： 0.03eV 100eV
En1ev,超热中子
补偿中子测井仪
［］ Ｅ ｄｅＬｃｌＳ Ｅ Ｏ Ａ ｔ．Ｗｉ ｌ ｅＴａｔ ｒ ｕｔ ｎ ６ ｄ ｉ ｏａ， Ｐ ， Ｒ Ｄ Ｌｄ ｒ ｉ ｒｃ ｒＰｏ ｃｉ ｅｎ ｏ ｄ ｏ
ｏ ｇｎ ｐ ｉ ｃ ｉ Ａｕ ￣ ｉｎ Ｌ ｇ ｉ ｇ Ｅｘ ｒ ｎ ｅ ｎ ｅ ｅ ｓ ａ ａ Ｈｏ ｉｏ ｔｌ Ｗ ｅ ｌ ． Ｓ Ｅ ｌ ｒ ｎａ ｚ ｌ ｓ Ｐ
ｌ ａｉ ｎ ｆ ｉ ｔ ｏ Ｎｅ Ｗ ｉ ｌ ｅ Ｗ ｅｌ Ｔ ａ ｔｒ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｔ ｃ ｏ ｗ ｒ ｉ ｅｎ ｌ ｒ ｃｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ
Ｈ ｏｉｏ ｔｌＷ ｅｌＬ ｇ ｎ ｎｄ Ｉ ｔｒ ｅ ｔｏ ｒｚ ｎ ａ ｌ ｏｇ ｉ ｇ ａ ｎｅ ｖ ｎ ｉｎ：Ａ ｅ ｉ ｗ ｅｌ ｒｖ ｅ ｏ Ｆｉ ｄ ｆ Ｅｘ ｒｅ ｃ ｎ ｈ ａｈ Ｓ ａ．ＳＰ ３８ ５ １ ９ ｐｅ ｎ ｅ ｉ ｔ ｅ Ｎｏ ｅ ｉ Ｅ ７ ７． ９ ７
［ ］ 杲传 良． １ 水平井钻井技术在 石油勘 探开发 中的应用 与发 展［ ］ 山东大学学报 ，０ ０ １ （） Ｊ． ２ ０ ，９ ２
管壁工 作 ， 易 实 现 均 匀 的牵 引 速 度 ， 现 牵 引器 输 容 实
送 、 井仪 同步工 作测 井 （ 测 边走 边 测 ） 该 牵 引 器 重 点 是
［ ］ 张凤 岐 ． ３ 拖拉器在水平 井 中的生产测 井工艺及应 用 ［ ］ Ｊ． 石油仪器 ，０ ６ ２ （ ） ２０ ，０ ５ ［ ］ Ｈａｉｕｔｎ Ｗｅｔｃｅ ．ｗｅ ｒｃ ｒ ｆ ｉ ｌ Ｄ ｖ ｔ ４ ｌｂｒ ， ｌｅ ｔ ｌ ｏ ｌ ｃ Ｕ Ｔａｔ ｓ ｏ Ｈ ｇ ｙ ｅｉｅ ｏ ｒ ｈ ａｄ
动力 源 电机 是牵 引器 最 关 键 部件 ， 充裕 的功 率 是
牵 引速度 、 牵引力 、 工作 可 靠 性 和 工作 效 率 的保 障 ， 重 点 开发 大功率 、 大长 径 比的无刷 电机 。
补偿中子培训讲义
项目编号：文件编号：密级：补偿中子测井仪器培训手册中国石油集团测井有限公司技术中心大家好！很高兴有机会和大家一起交流一下放射性测井仪器的基本知识。
我们研制测井仪器的目的，就是要探测地层信息，寻找地下石油天然气储层。
我们是采取什么手段来探测地下信息的呢？图：测井仪器探测地层信息最基本的手段就是：仪器往地层发射信号，这个信号通过与地层物质的作用，信号的某些参数将会发生变化。
这些经过地层影响，发生变化了的信号就带有地层信息。
然后利用相应的探测器来接收自己发射出去的信号。
通过对探测到的信号进行分析，就能得到我们想知道的地层信息。
比如电法仪器，代表仪器有微球、侧向、微电极等。
这些仪器往地层发射电流。
图：我们知道，不同地层的电阻率是不相同的。
电阻小的地层，发射出去的电流很快就回到仪器的探测电极。
电阻大的地层相反。
通过分析仪器探测电极接受到电流的大小，就可以判断出地层的电阻率参数。
我们知道，地层水和石油天然气的电阻率的区别很大，通过探测地层电阻率参数，就可以划分油水层。
声波测井仪器也是一样。
不过声波仪器往地层发射的不是电流，而是声波。
不同密度的地层对声波的反映是不一样的。
如果地层密度大，发射的声波很快就被放射回来。
如果地层密度较小，发射的声波就需要一个比较长的时间才能回到仪器的声波探测器。
通过分析声波从发射到接受的时间间隔，就能判断地层密度值。
为了避免声波沿着仪器外壁直接到达仪器的探测器，所以声波仪器的外壳被加工成：图：同样，电法仪器为了避免发射的电流过快就回到仪器探测器，仪器在发射电流补偿中子测井仪属于放射性强度测井仪器。
是（密度、声波。
中子）等三大孔隙度测井仪器的其中之一。
今天我准备从下面5个方面来介绍补偿中子测井仪器：a)仪器简介b)仪器测井原理c)探测器d)电路简介e)仪器的刻度1. 仪器简介补偿中子测井仪是一种通过测量地层含氢指数来确定地层孔隙度以及判断岩性的放射性测井仪器。
仪器的用途：a)确定地层孔隙度b)判断岩性c)确定泥质含量仪器特点a)仪器的推靠器：b)仪器的重量：c)由于中子射线可以很容易穿透钢管，因此补偿中子测井仪不仅可以在裸眼井中测量，还可以在套管井中测量。
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三、中子探测器
探测方法： 热中子与探测器物质的原子核发生反应 => 放出电离能力很强的带电离子 => 探测器内形成脉冲电流或闪烁荧光，产生电压负脉冲、计数率、 源距与孔隙度 的关系
零 源 距
补偿中子计算孔隙度曲线
五、补偿中子测井的补偿原理
热中子与超热中子能量差不多，其空间分布规律与超热中子的空间 分布规律基本一致。即长源距情况下，饱含流体岩层的孔隙度越大，热 中子计数越低；孔隙度越小，计数率越高。 热中子能量与原子核能量处于平衡状态，易于被原子核俘获，同时生 成伽玛射线（ 地层中Cl的俘获截面最大）。 热中子测井同时受到H、Cl的影响，为了消除Cl的影响，采用双源距 比值法的测井仪器。
低压输入电路
组成： （1）变压器和 整流、滤波器 （2）振荡器和 脉宽调节器 （3）串联开关 Q3及过流保护电 路
L1
（1）变压器和整流、滤波器
从地面供给井下仪器250V，60Hz电源，通过变压器T1降压变压输出大约38V，再经 CR桥式全波整流和电容C1、C2滤波送电压调节器（紧接着的稳压调节电路）。 R1保护仪器电子短节不受超载损害，如果超载就会熔断。 扼流圈L1阻塞电源通断由变压器反馈耦合的电流。
桥式整流电源电路图原理
电容滤波电路
9.3 CNT-G补偿中子测井仪
9.3.1概述
—仪器功能 —仪器结构特点
9.3.2仪器工作原理 9.3.3电路分析
仪器功能
补偿热中子孔隙度测量，用两个He3探测器测量距源 38.1cm和62.8cm的热中子通量 ，确定地层的含氢指数和 孔隙度 超热中子孔隙度测量，使用双探测器测量距源一定距离的 超热中子通量 ，计算地层孔隙度 CNT-G把补偿热中子和补偿超热中子孔隙度测量结合在一 起 ，可以获得比单一的某种补偿种子测井更好的效果
电 源 电 路
电路仿真F5-6
构成： (1)变压器：输入180V AC，输出1300V AC和37V AC两种信号。 (2)低压整流、滤波及稳压电路：输出+24V DC。（图中下面通道） (3)高压整流、滤波及稳压电路：输出1150V DC。高压稳压由两级构成，第 一级稳压输出1350V，第二级放在保温瓶内，减小井下高温对器件的影响
中能中子——1kev~0.5Mev
慢中子—— 0~1kev
超热中子——0.2~10ev 热中子—— 0.025ev(处于平衡状态）
中子源——将中子从原子核中释放出来的装置
同位素中子源（连续中子源）： Am 241 Np 237 He 4( ) 95 93 2
4 Be 9
2 He 4 6 C 12 0 n 1 Q (5.701MeV )
4
加速器中子源（脉冲中子源）：
D T
He 2
n 0
1
17.588MeV
二、中子和物质的作用
1）快中子非弹性散射 快中子+靶核=>复核=>能量较低中子+非弹性散射伽玛射线=>基态靶核 2）快中子对原子核的活化 快中子+稳定原子核=>放射性原子核=>活化核衰变 +活化伽玛射线 3）快中子的弹性散射 快中子+稳定靶核=>能量较低的中子+反冲核=> => =>热中子+基态靶核 微观弹性散射截面——一个中子与一个原子核发生弹性散射的几率 宏观弹性散射截面——1cm3原子核的微观弹性散射截面 沉积岩的核素中，H的散射截面以及每次散射的能量损失最大。
(1)开关调节器主要由开关管Q3，占空比控制电路、误差放大器和振荡器U1组成 (2)误差放大器将滤波输出的＋24V电压和参考电压比较、放大。若是正好24V时，误差放大器输出控 制占空比为某一定值。当滤波输出低于＋24V时，误差放大器输出控制占空比增大，相反，就控 制占空比减小。 (3)Q3工作在开关通、断方式，开关通、断频率由振荡器输出信号频率决定。开关通、断时间比，即 波形占空比将依据误差放大器输出信号改变而改变。流过开关Q3的电流经L2、C8滤波输出＋24V 直流。 (4)＋24V电源分两由输出，一路经斩波、变压、整流和滤波产生±5V和±15V直流。另一路送至高压 电源电路。
第九章补偿中子测井仪
9.1 测量方法原理 9.1.1 方法原理 9.1.2 测量原理 9.2 2435补偿种子测井仪 9.3 CNTG补偿种子测井仪 习题
9.1测量方法原理
一、中子和中子源
中子—— 原子核中不带电的中性微小粒子，
与质子以很强的核力结合在一起。 中子分类： 快中子—— > 0.5Mev
B117068混合电路
电路简介： 该模块对输入的负脉冲信号进行缓冲、鉴别、分频、整形、电 缆驱动输出。它共有五个引线，分别为电源输入+24V（+15V）、基准输出 +12V(+6.2V）、GND、信号输入IN和鉴别器接线端DISC与两个输出端子SIG OUT和SIG GND。外部在+12V（+6.2V）引线和DISC引线之间接一电阻来调节 内部鉴别器的鉴别门槛。调节电阻两端的电压值即为鉴别门槛值。信号处 理线路用的分频倍数可选择一，二，四，八，十六，三十二，六十四，一 百二十八。缓冲器和外部输入信号之间要加一隔直耦合电容才可使用。 用 途：它可适用于脉冲伽玛仪器，补偿中子仪器，补偿密度等仪器。在这 些仪器上，只把探头经过前放的信号引入它即可得到直接可上上传电缆的 信号，不需任何外围电路。它实际上是把进口的B117068混合电路和它所需 的外围电路集成在一起，方便使用并更加可靠。
在均匀无限介质中，电状快中子源造成的热中子分布：
K Ld e r / Ls e r / Ld N t(r ) ( ) 2 2 r r 4 d(Ls Ld )
2
当 (r1 - r2)/L足够大时，长、短源距的计数率比值，只 与地层的减速性质有关，从而仅反映地层的含H情况。
Nt (r1 ) r2 ( r1 r2 ) / Ls e Nt (r2 ) r1
低压输入电路
Q3
C8
（3）串联 开关Q3及过 流保护电路
L2
开关Q3串联在桥式全波整流的负边电路中，当单稳U1B的Q端输出高电平时，串联开关Q3接通。 Q2 、R8和R9 、 R１０构成过流保护电路 在Q3接通时间内，如果负载电流变得太大，那R8和R9两端的电压降将接通Q2，从Q2集电极 输出低电平加在单稳U1B的复位端脚13，使U1B立刻复位并断开Q3，在Q3通、断周期范围内 起到过流保护的作用。 R9是热敏电阻用以提供温度补偿。 当从U1B的Q端（脚10）变低时，Q3断开。在脉冲周期的断开时间内，负载电流由滤波电容
低压输入电路
U1A
U1B
（2）振荡器 和脉宽调节器
单稳U1A的两个反相输出端接成RC多谐振荡器，振荡频率由R5和C3确定。 单稳U1B 用作脉宽调节，由U1A输出的40kHz振荡信号上升沿触发。 Q1基极与7脚连接。当输给A2电压偏大时（4脚），7脚输入低电平，反之输入高电平。 C4是单稳定时电容器 ；Q1是一个压控电流源 ，相当于可变电阻。加在Q1基极的电压 高，相应C4的充电电流小，单稳输出脉冲宽度宽。 反之，单稳输出脉冲宽度将变窄。 CR2限制加在Q1基极的低压范围，以便C4能够充电到单稳的触发门坎电平。通过齐纳二 极管CR3对U1提供一个浮地的10V电源。
9.3.3 电路分析
低压电源 高压电源 测量电路 上传数据模式及电路 诊断电路 ＣＮＴ—Ｇ的命令格式 ＣＮＴ—Ｇ的数据格式
一、低压电源
一般开关稳压电源的原理框图
低压电源框图
低压电 源是一个开 关型电源， 用串联开关 调节器限流 保持稳定输 出＋24V， 然后经过 DC/DC变换 器输出±5V 和±15V低 压电源。
9.3.2仪器工作原理
上 传
地层信号
低压电源 ：输出±5V 、±15V 和+24V 高压电源 ：输出四路直流高压（可调）供探测器使用,近热中子：1200V；远热中子：1400V；近 超热中子：1500V；远超热中子：1400V 测量电路：由探测器、前置放大器、鉴别器、分频器构成,其作用是：将探测到的中子射线转换 为脉冲信号 计数器：脉冲计数； 移位寄存器：实现计数结果的并—串转换 仪器总线接口：实现与遥测短节的命令/数据通讯； 诊断电路：用于仪器测试
缆芯驱动电路
电路仿真F5-5 (1)中子脉冲输入缆芯驱动器的晶体管Q1和Q2，变压器T1和T2对测井电缆提供阻 抗匹配。 (2)输入信号控制晶体管通断从而使变压器输入端产生脉冲信号而耦合输出。 (2)驱动器输出正脉冲，周期大约是38μs，幅度为20V。 (3)驱动器输出是通过C2和C4耦合的交流，按规范连接它们对地是浮动的。输出 负边（引脚6和10）用外跨接线短路，如果要改变脉冲的极性，可以改变跨接 线的连接。
C8提供。因为通过扼流圈L2的电流不能突变，L2上的电压增加直到续流二极管CR4接 通。
低压输出电路
组成： （1）低压调节电路 （2）DC/DC转换器
（1）低压调节电路
该电路由取样电位器R3 、稳压管CR1和误差放大器U1构成。 运算放大器U1将R3提供的取样电压与CR1给定的参考电压之差放大后加到 低压输出电路上Q1的基极，用以控制占空比。
中 子 信 号 处 理 器 电 路
主要功能：对脉冲信号进行幅度鉴别和分频。 主要器件：混合电路B117068(IC1,IC2) 其内部主要包括下列电路。 (1)射极限随器:用作前置放大器和比较器的阻抗匹配。 (2)电压参考电路:为电压比较器提供参考电压(-40mV到-1mV范围内可调)。 (3)电压比较器（鉴别器）:比较器用作脉冲幅度鉴别，当输入脉冲幅度超 过参考电压时，比较器输出大约12V的脉冲信号 。 (4)分频器:长、短源距计数分别除以4和16 ，避免了高计数率情况下，因 电缆充电和衰减影响会造成信号首尾重叠而产生漏记。 (5)单稳电路:将分频器的输出整形为输出幅度约12V，宽为40μs的脉冲到 缆芯驱动器。