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：100Mpa

b)仪器使用电缆长度：≤7000m

c)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。在地层中，氢原子具有与中子非常接近的质量，因此地层对快中子的减速能力主要决定于地层的含氢量含氢量高的地层宏观减速能力强，减速长度小。经过几次碰撞后，快中子将被减速，能量从快中子的平均能量5.6MeV衰减到0.025eV的热中子。这些热中子部分进入探测器，撞击He-3核，引起核反应，产生H3(氚)子，该质子使其它一部分He-3电离，产生带电的离子和电子，在高压电场的作用下，电子向阳极运动，产生一负脉冲，该脉冲被电子线路放大并记录下来，探测器接受中子的多少直接反映了地层中氢原子的多少。因此He-3探测器及其电子线路组成的下井仪可以测量地层中的含氢量。地层孔隙是充满流体的细微空间，水及碳氢化合物中含有氢原子，无油地层与矿岩中极少或根本没有氢。这样仪器的相应基本上反映了充满流体的地层的细微空间，即孔隙度。

在这部分容中，主要讲了3个方面的问题：

1：中子从发射到吸收的具体过程为：

20居里的Am—Be中子源――――――――――

4⨯107个快中子、能量约为几百万电子伏特、快中子――――――－―――

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―――――――――――――

能量为：0.025ev,速度为2.2×105厘米/秒的热中子。―――――――

中子探测器吸收――――――――脉冲信号

2:热中子为什么带有地层的含氢量信息：

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。在地层中，氢原子具有与中子非常接近的质量，因此地层对快中子的减速能力主要决定于地层的含氢量含氢量高的地层宏观减速能力强，减速长度小。

3:含氢量与地层孔隙度之间的关系：

地层孔隙是充满流体的细微空间，水及碳氢化合物中含有氢原子，无油地层与矿岩中极少或根本没有氢。这样仪器的相应基本上反映了充满流体的地层的细微空间，即孔隙度。

仪器测量原理

该仪器具有两道探测器来探测地层的热中子射线。其中离放射性源的距离较远的叫长源距探测器，离放射性源近的叫短远距探测器。短源距探测器的灵敏度较低，由于它离源较近，所以探测深度较浅，它主要探测来自井眼的热中子分布信息。长源距探测器的灵敏度较高，探测深度较深，它主要探测来自地层的热中子分布信息。长源距探测器探测的热中子也受井眼的影响。这个影响可以利用短源距探测器探测到的井眼影响信息来进行补偿。补偿中子的概念由此而来。HCT补偿中子仪器吸收了国外同类仪器的优点，采用高稳定的电子放大线路和进口的高灵敏度热中子探测器（He-3正比计数管）。在设计制造时，优化了国同类产品，使得该仪器测量误差小，可靠性高，具有良好的使用调校性能。

仪器由外部壳体组件和部电子线路芯件两大部分组成，外部壳体组件主要包括上部壳体组件、中子源装载段和底锥、推靠器等，部电子线路芯件由两个热中子探测器、电子线路板、插头座、骨架等组成。

仪器的推靠器是外置机械推靠器。由弹簧钢板和两个固定弹簧钢板的定位靴组成。

仪器外部结构示意图如下：

推靠器

仪器外壳底锥

1：补偿中子为什么容易受到井眼影响：

2：补偿中子为什么不象微球或密度仪器那样采用电动推靠器

来提高仪器的贴合井壁的效果：

因为补偿中子探测器的源距较长，同时，探测器输出的信号微弱，那么放大电路不能远离探测器。仪器除了探测器和放大电路，剩下的电路所占的仪器长度就很少了，所以，仪器需要将整支仪器推靠井壁，无法采用电动探测器。

补偿的概念：

测量地层中的热中子分布信息，只需要一个热中子探测器就够了，但是一个探测器探测到的热中子信息受井眼影响。为了补偿这一影响，引用了一个灵敏度低的热中子探测器来专门探测井眼热中子的分布信息。用短源距探测器探测的信号来补偿长源距探测器探测的井眼影响。

补偿中子测井仪的电子线路由探测器、放大测量电路、低压电源和高压电源电路等组成。

He-3探测器输出的脉冲，经电荷灵敏放大器放大，甄别器甄别掉噪声后，输入到分频器中分频，分频后的信号由电路成形器将它形成等宽等幅的脉冲，然后输出到信号传输电路。

仪器分为长、短两个源距道，补偿中子两道电路完全相同。探测到的地层中子信号为0.5uv—1.5mv之间连续分布。放大器放大倍数为3200倍。为了减小电路功耗，分频系数定为8分频。