测井中子发生器

第２４卷第４期

２００９年８月（页码：１５２１～１５２６

）地　球　物　理　学　进　展

ＰＲＯＧＲＥＳＳ　ＩＮ　ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳ

Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．４

Ａｕｇ

．２００９郑世平，秦爱玲，赵舒平．测井中子发生器．地球物理学进展，２００９，２４（４）：１５２１～１５２６，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４ ２９０３．２００９．０４．０４７．

ＺｈｅｎｇＳＰ，ＱｉｎＡＬ，ＺｈａｏＳＰ．Ｗｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｎｅｕｔｒｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ．犘狉狅犵狉犲狊狊犻狀犌犲狅狆犺狔狊．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ），２００９，２４（４）：１５２１～１５２６，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ

．ｉｓｓｎ．１００４ ２９０３．２００９．０４．０４７．测井中子发生器

郑世平，　秦爱玲，　赵舒平

（中国石油集团测井有限公司，西安７１００６１

）摘　要　测井中子发生器作为中子源目前应用于地层岩性、孔隙度、含油饱和度及地层动态监测测井，是Ｃ／Ｏ测井、中子寿命测井、氧活化水流测井以及脉冲伽马能谱测井等仪器的核心部件．简要介绍了几种国外测井中子发生器的产品．

阐述了测井中子发生器的工作原理、基本构成及关键技术．介绍了中国石油测井有限公司测井仪器厂研制生产的中子发生器产品系列．脉冲中子伽马测井是当前油田生产动态监测普遍采用的技术．介绍了实现宽频带、锐截止的技术途径以及目前所取得的成果．中子发生器产额的稳定性及开机重复率指标的提高将会极大拓宽其应用领域，尤其在使用同位素中子源的领域，可以替代同位素中子源发挥独到的优势．介绍了中国石油测井有限公司在中子发生器产额稳定方面所做的工作和取得结果，并列举了稳定产额后的中子发生器在元素分析领域所取得的成功试验．关键词　石油测井，中子发生器，中子管，中子产额，脉冲高压

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ

．ｉｓｓｎ．１００４ ２９０３．２００９．０４．０４７ 中图分类号　Ｐ３１５ 文献标识码　Ａ 犠犲犾犾犾狅犵犵犻狀犵狀

犲狌狋狉狅狀犵犲狀犲狉犪狋狅狉ＺＨＥＮＧＳｈｉ ｐｉｎｇ，　ＱＩＮＡｉ ｌｉｎｇ，　ＺＨＡＯＳｈｕ ｐｉｎｇ

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狑狅狉犱狊　ｐｅｔｒｏｌｅｕｍｌｏｇ，ＮｅｕｔｒｏｎＧｅｎｅｒａｔｏｒ，ｎｅｕｔｒｏｎｔｕｂｅ，ｎｅｕｔｒｏｎｙｉｅｌｄ，ｐｕｌｓｅｄｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅ收稿日期　２００８ ０７ １５；　修回日期　２

００８ １１ １５．作者简介　郑世平男，１９６３年出生，高级工程师，１９８２年毕业于兰州大学核物理专业，

现从事测井仪器研发制造管理工作．（Ｅ Ｍａｉｌ：ｚｓｐ

４０５２＠１２６．ｃｏｍ）０　引　言

中子发生器作为小型加速器中子源，具有轻便、可移动、单色性好、基本上无γ本底、使用安全、无辐射危害等诸多优点，尤其是中子发生器可依据一定的外部触发信号发射脉冲中子，多年来在核测井领域中发挥了独到的作用．随着测井技术的飞速发展，中子发生器技术也得到了很大的提高，由最初的大直径，逐渐发展成小直径、长寿命、耐高温、高产额并

且可以批量生产的消耗性产品．

中子测井是通过快中子与地层物质相互作用来研究地层岩性、

孔隙度和寻找矿藏的测井方法．快中子进入地层后，为地层元素所减速，直至俘获．通过对不同能量中子的测量，可获得地层的某些性质及地层中矿藏等有关信息．采用脉冲调制的加速器中子源的测井方法简称为脉冲中子测井．测井时向地层发射能量为１４ＭｅＶ的中子，经过非弹性散射、弹性散射和俘获辐射等相互作用过程，生成可供测量

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地　球　物　理　学　进　展２４卷　

的超热中子和次生γ射线．研究这些射线场的时间和空间分布，可确定地层的岩性、孔隙度、含油饱和度以及进行地层动态监测［１］．现今发展比较成熟的脉冲中子测井方法有Ｃ／Ｏ能谱测井、中子寿命测井、氧活化水流测井和脉冲中子伽马能谱测井等，所形成的商业化测井仪器种类与型号很多，而中子发生器则是仪器的核心部件．

１　测井中子发生器的组成及工作原理

测井中子发生器由中子管和中子管外接电路组成．

１．１　中子管

中子管是将离子源、加速系统、靶子以及气压调节系统密封在一个陶瓷或玻璃管内，形成一个小型的特种电真空器件．中子管实质上是一种最小型的加速器，其性能决定着中子发生器的产额、寿命、稳定性等诸多指标．中子管可以在外接电路的控制下，由离子源产生氘离子，经加速后轰击氚靶，与靶中的氚产生核反应，产生１４ＭｅＶ的快中子［３］．

１．２　中子管外接电路

中子管外接电路通常由离子源电路和密封加速高压组成．

１．２．１　离子源电路

离子源电路决定于中子管离子源的结构．如采用冷阴极潘宁离子源的中子管需要２ｋＶ左右的阳极脉冲高压，而热阴极中子管所需的阳极高压则很低．我国初期生产的测井中子发生器，对于冷阴极潘宁离子源中子管，离子源电路通常是基于变压器变换升压的思路而设计的，具有电路结构简单、可靠、功耗低、体积小等优点．

测井中子发生器为满足测井的需要，要求在中子管阳极极板上所加载的２ｋＶ脉冲高压波形与中子发生器发射出的脉冲中子波形基本一致，但变压器电路产生的脉冲高压通常有上冲、平顶降落、宽后沿等特征，这样的阳极脉冲高压产生的脉冲中子波形对于测井效果有很大负面影响．近年来随着测井技术的发展，逐渐发展起来多种组合脉冲中子测井仪器，多种中子发射模式下的阳极脉冲高压频率是多种频率的组合，而且频率跨度较大，单一变压器升压电路的频率范围，往往无法兼顾很宽的频率范围要求．

目前一种开关管电路被广泛采用，例如贝克阿特拉斯公司生产的ＲＰＭ（ＲｅｓｅｒｖｏｉｒＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＭｏｎｉｔｏｒ）、哈里伯顿公司生产的ＲＭＴ（ＲｅｓｅｒｖｏｉｒＭｏｎｉｔｏｒＴｏｏｌ）等仪器阳极脉冲高压均采用该类电路．

开关管电路在中子发生器中的运用，使以往变压器电路中出现的低频窄脉冲、高频大占空比带来的电路问题得到有效改善，更重要的是，实现了锐截止功能．１．２．２　密封加速高压

密封加速高压一般采用倍加整流电路，倍加整流电路形式多种多样，如单边高压倍加、双边高压倍加等，也有采用脉冲高压方式为中子管提供加速高压，如Ｈｏｔｗｅｌｌ公司生产的ＰＮＮ，其中子发生器中的中子管与其他厂家所使用的中子管结构及离子源均有较大的区别，该仪器的工作频率很低（≤２０Ｈｚ）且发射时间很短（≤２μｓ）．

随着油田开发的不断深入，需要小直径测井仪器以满足过套管测井的要求（直径≤４３ｍｍ）．在井下高温高压工作环境和狭小的仪器空间条件下，１００ｋＶ的直流高压与外钢管及工艺结构间的绝缘，是密封高压稳定工作的技术关键．

２　几种国外测井中子发生器

目前国内引进了多种集中子寿命、Ｃ／Ｏ、氧活化测井于一体的脉冲中子伽马能谱测井仪器，如，ＲＰＭ、ＲＭＴ、ＲＳＴ Ａ（ＲｅｓｅｒｖｏｉｒＳａｔｕｒａｔｉｏｎＴｏｏｌ，斯仑贝谢公司生产）以及ＣＯＭＰＵＴＥＬＯＧ公司生产的ＰＮＤ Ｓ等仪器，此类仪器具有以下共同特点：①小直径（４３～５３ｍｍ），可过油管测井；②多探头；③中子发射频带宽（１～２０ｋＨｚ）；④耐高温（１５０℃～１７５℃）．

ＲＳＴ Ａ仪器外径为４３ｍｍ，中子发生器采用３０级单边倍压，供电频率高达５０ｋＨｚ，由于中子管结构不同，离子源仅需要几百伏的阳极脉冲高压．ＲＰＭ仪器外径为４３ｍｍ，其中子管机械结构别具匠心，在满足源距的要求下可将阳极脉冲高压电路置于中子管与探测器之间，避免了脉冲高压的传输辐射问题；密封高压短节与探测短节共同装于Φ４３ｍｍ×３０００ｍｍ的承压钢管中，中子发射频率为１～１０ｋＨｚ，倍压电路采用９级单边倍压．ＲＭＴ仪器外径为５０ｍｍ，中子发生器与ＲＰＭ中子发生器非常相似，密封高压短节与探测短节共同装于Φ５０ｍｍ×３０００ｍｍ的承压钢管中，倍压电路采用８～９级单边倍压，中子发射模式为１～１０ｋＨｚ．

３　中国石油集团测井有限公司测井仪器厂研制生产的中子发生器简介

中国石油集团测井有限公司测井仪器厂的前身

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