脉冲中子氧活化测井仪用户手册(邹)

脉冲中子氧活化测井仪用户手册

1、概述

目前我国许多油田已进入三次采油阶段，注聚合物使得许多井内的黏度增加，传统的涡轮流量计和同位素视踪法已不能获得满意的测量效果。电磁流量计虽可对笼统正注注聚井进行测量，但对于笼统反注和配注井却无法正确测量。我们公司生产的这种测井仪器可以满足注聚合物水井吸液剖面测井工作的需要，同时该仪器对水井的找窜、找漏也可进行正确判断，可为三次采油及工程技术改造提供可靠的注入剖面测井资料。

仪器采用三芯供电方式，单发三收，单向测量方式，可通过仪器掉头方式，来实现双向水流的测量。仪器采用20.83K的曼玛来进行传输，并可以下传指令l来控制中子发生器的工作状况。

2、仪器的基本数据和技术指标：

2.1 几何尺寸：

仪器外径：43mm

仪器总长：4500mm

中子发生器短接：2100mm

采集传输短接：2470mm

近探测器距离：450mm

中探测器距离：900mm

远探测器距离：1800mm

2.2 技术指标：

2.2.1适用范围：

仪器可用于笼统井的测量，也可用于配注井的测量。耐温125 ℃耐压60MPA 2.2.2仪器技术指标

仪器三芯供电（探测传输供电）：75V，一般工作电流85mA左右，灯丝工作时可达100mA以上。

仪器二芯供电（靶压供电）：80V，80mA左右。当需要增加或减小中子产额时，可适当增加或减小供电电压。

仪器信号传输采用20.83K的曼玛信号，可下发指令。

3、仪器基本结构和工作原理

3.1仪器的结构

仪器主要由两部分组成：采集传输短接和中子发生器短接。采集传输短接里又包括五芯接插件、磁性定位器、电源总承部分、远探测器、电路处理部分、阳极脉冲电路总承、中探测器和近探测器和七芯接插件等部分。连接形式如下图：

其中五芯接插件的外壳习惯上称为三芯，为仪器采集传输电路供电芯。

五芯接插件的一环（中间芯）习惯上称为二芯，为中子管靶压供电芯。

五芯接插件的三环习惯上称为一芯，专门用来进行信号的传输。

七芯接插件的定义为一芯为信号线，二芯为靶压供电线，三芯为电路供电线，四芯、五芯为灯丝供电线，六芯为地线，中间芯为阳极脉冲线。

中子发生器短接里又包括七芯接插件、中子发生器总承、七芯接插件、高压驱动电源总承和五芯接插件等部分。连接形式如下图：

其左面的七芯接插件与仪器采集传输短接连接，连线方式也与其相同。中子发生器与高压驱动的七芯接插件的连线定义为一芯为信号线，二芯为靶压供电线，三芯为电路供电线，四芯为倍压器正供电线，五芯为倍压器负供电，六芯接地。中间芯为空。五芯接插件的定义方法同采集传输短接的五芯接插件定义相同。

三芯电缆头也采用五芯接插件，定义方法也完全相同。这样，通过采用仪器掉头的方式，就可以实现对上下水流的测量。测上水流时，发生器短接在下；测下水流时，发生器短接在上。

3.2仪器的工作原理仪器的工作原理

要想了解氧活化测井仪器的工作原理，必须了解中子与物质的作用。

脉冲中子氧活化测井仪采用的中子源是中子发生器。仪器工作时采用间歇式发射快中子的方式，中子能量为14MeV。快中子射入地层，与地层物质相互作用，产生多种核反应。这些反应可分为散射与吸收两类。散射又包括非弹性散射和弹性散射。吸收包括高能中子的活化反应和低能中子的俘获反应。

a) 非弹性散射，这是高能中子与靶核产生的一种非弹性碰撞。碰撞后散射出较低能量中子。中子损失的能量一部分转化为靶核的动能，一部分转化为靶核内能使其受激。当这些激发态靶核很快退回基态时便放出一定能量γ射线。我们中子氧活化测井仪近、中探测器在有阳极脉冲时即探测到的很高的伽玛计数即来自于该射线。非弹性散射只在中子能量很高时才发生，因此它几乎只发生在14MeV快中子发射的持续期间。

b) 弹性散射，这是中子与靶核发生的一种弹性碰撞过程。碰撞前后总动能不变。

经过碰撞，中子把部分动能转化为靶核的动能，自己成为较低能中子，即被减速，无伴随γ射线产生，仅仅是一个减速过程。高能及较高能中子，在物质的减速主要是通过弹性散射。

c) 辐射俘获反应，这种核反应的特点是，中子被它撞击上的靶核完全吸收即俘获，靶核受激，然后快速退回基态，成为该核素的一种同位素，并放出较高能量的伽玛射线，称俘获γ。一定元素放出一定能量的俘获γ。

d) 活化反应，快中子除与原子核产生非弹性散射外，还能与某些元素发生核反应。反应后中子被吸收，靶核成新核，这些原子核常常是放射性同位素，还将衰变，并具有较长半衰期，衰变中放出β或γ射线，这种γ辐射被称做活化伽玛。

脉冲中子氧活化仪器就是通过探测水中氧原子与中子发生核反应所产生的活化伽玛射线（该伽玛射线的能量为6.13MEV ）的时间谱，在已知探测器源距的情况下，通过测量水从中子源流动到探测器所用的时间，用公式（1）测得水流速，流速乘以截面积，就可得出水的流量。

V=S/T (1)

式中：V —流体的流速；

S —探测器到中子源的距离；

T —水从中子源流到探测器所用的时间。

3.3中子发生器工作原理

要向了解仪器的工作原理，必须先了解中子发生器的工作原理。中子发生器由中子管和高压倍压电路组成。

3.3.1中子管结构

中子管结构见图1-1。

中子管型号为MZ-30，系玻璃密封中子管。外形尺寸φ30×200。

内部结构包括两大部分：离子源和靶。

3.3.2中子管工作原理

密封中子管实质上就是一个小型静电加速器式中子源。由离子源产生，经过引出孔引出，在加速间隙中被加速，当靶极加上近100kV 能量，打到靶片上既产生D-T 核反应，放出快中子，反应式为：

反应产生的中子几乎是14MeV 单能中子—快中子。详细原理如下：

MeV n He T D 6.17104231

2

1++→+