戴為偉 周 軍 高 輝

(1.西安匯能電子設(shè)備有限責(zé)任公司 陜西 西安 710065；2.中海油田服務(wù)股份有限公司 河北 燕郊 065201)

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·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

擁有井下自動(dòng)穩(wěn)譜功能的自然伽馬能譜測(cè)井儀

戴為偉1周 軍2高 輝1

(1.西安匯能電子設(shè)備有限責(zé)任公司 陜西 西安 710065；2.中海油田服務(wù)股份有限公司 河北 燕郊 065201)

文章介紹了一種能夠在井下進(jìn)行自動(dòng)穩(wěn)譜的自然伽馬能譜測(cè)井儀器。首先討論了儀器擁有該功能的必要性，然后闡述了其穩(wěn)譜原理，最后給出了一個(gè)實(shí)際例證，說(shuō)明了該儀器與普通自然伽馬能譜測(cè)井儀器對(duì)比擁有一定的優(yōu)越性。

自然伽馬；能譜測(cè)井儀；自動(dòng)穩(wěn)譜

0 引 言

地層中天然存在的伽馬射線具有高低不同的特征能量。伽馬射線的數(shù)量按能量的分布稱為“能譜”。地層中每個(gè)特定深度位置上的伽馬射線能譜代表此處地層的放射性特征。利用專門的剝譜方法和刻度數(shù)據(jù)就可以由能譜計(jì)算出地層中鉀、鈾系、釷系3類放射性核素的含量[1]。在自然伽馬能譜測(cè)井過(guò)程中，由于溫度，放射性含量(即API)多少等環(huán)境因素的變化可導(dǎo)致特征能量峰在道地址空間中發(fā)生漂移，因此有必要建立一種自動(dòng)的反饋機(jī)制，以便在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中測(cè)井系統(tǒng)能夠自動(dòng)的改變井下儀器的高壓增益從而將特征能量峰穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)道地址附近一個(gè)很小的區(qū)間內(nèi)[2]。目前采用的穩(wěn)譜方法主要有兩種。

一是靠電子電路進(jìn)行調(diào)節(jié)穩(wěn)譜。在標(biāo)準(zhǔn)特征能量峰位置的左右兩方開(kāi)設(shè)同樣寬度的兩個(gè)記數(shù)率窗口，采用電子電路比較兩個(gè)窗口內(nèi)脈沖記數(shù)的大小。若二者相同，則認(rèn)為特征能量峰位置無(wú)變化；若出現(xiàn)差異，則由差分電路改變輸出電壓，從而改變光電倍增管的高壓增益，以實(shí)現(xiàn)將特征能量峰位置回到標(biāo)準(zhǔn)位置的目的。此方法由于依賴電子電路穩(wěn)譜，因此受溫度影響大，精度差[3]。

二是靠地面軟件進(jìn)行調(diào)節(jié)穩(wěn)譜。在地面軟件系統(tǒng)中預(yù)先存入若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)譜，軟件實(shí)時(shí)的將測(cè)量譜與標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行對(duì)比。若二者特征峰位置一致，則認(rèn)為測(cè)量譜正常；若出現(xiàn)差異，軟件有一定的等待時(shí)間以便操作員通過(guò)觀察地面系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并手動(dòng)更改增益命令進(jìn)行校正，使各特征能量峰的位置歸于正常[4]。如果超出時(shí)間范圍還沒(méi)有更改，軟件將自動(dòng)對(duì)譜型進(jìn)行壓縮或者拉伸處理使特征能量峰位置歸于正常。此方法由于依賴人工干涉操作，有一定的延時(shí)性，因此在實(shí)際應(yīng)用中測(cè)井精度較差。

1 井下自動(dòng)穩(wěn)譜原理

針對(duì)現(xiàn)有自然伽馬能譜測(cè)井儀器在測(cè)井過(guò)程中測(cè)量效果不佳的情況，我們研制了一種可在井下自動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)譜的自然伽馬能譜測(cè)井儀，在測(cè)量過(guò)程中通過(guò)儀器本身自動(dòng)地跟蹤特征能量峰并將其穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)道址附近一個(gè)很小的區(qū)間內(nèi)。下面將詳細(xì)闡述該種儀器的穩(wěn)譜原理。

一個(gè)普通完整的自然伽馬能譜測(cè)井儀器正常工作流程為：由探測(cè)器探測(cè)到自然界中的各種能量段的射線(0.04 MeV～3.5 MeV)，并將其轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后輸入到采集電路和譜分析電路，并由這兩種電路處理后通過(guò)通訊電路將能譜數(shù)據(jù)上傳至地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[5]。

我們?cè)谄渲凶隽艘恍└淖儯诰w尾端緊貼放置一個(gè)100 μCi的小放射源241 Am(以下簡(jiǎn)稱Am源)，通過(guò)電路處理將代表其放射的60 KeV能量射線的信號(hào)提取出來(lái)，儀器本身?yè)碛袃蓚€(gè)采集系統(tǒng)分別采集能譜本身對(duì)應(yīng)的能量脈沖信號(hào)和Am源所對(duì)應(yīng)的能量脈沖信號(hào)，根據(jù)能量線性關(guān)系可將Am源放射的60 KeV伽馬射線與鉀峰所代表的1.46 MeV伽馬射線建立起一個(gè)數(shù)學(xué)模型，然后計(jì)算出當(dāng)鉀的能量特征峰處于標(biāo)準(zhǔn)道地址時(shí)Am源的能量特征峰在其對(duì)應(yīng)的采集系統(tǒng)中所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)道地址(這個(gè)地址與具體的儀器有關(guān)，一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)預(yù)先確定)，儀器中自帶的微處理器根據(jù)Am源的能量特征峰所在的位置會(huì)對(duì)增益命令進(jìn)行調(diào)節(jié)，并將新的增益代碼進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)，從而得到新的工作電壓，使Am源的能量特征峰始終穩(wěn)定在其標(biāo)準(zhǔn)道地址上，從而達(dá)到讓能譜儀器的各能量特征峰的道地址不會(huì)產(chǎn)生漂移現(xiàn)象，也無(wú)需地面操作系統(tǒng)進(jìn)行干涉。儀器自動(dòng)穩(wěn)譜工作流程圖如圖1所示。

圖1 儀器自動(dòng)穩(wěn)譜工作流程圖

當(dāng)鉀的能量特征峰位置小于標(biāo)準(zhǔn)道地址時(shí)，根據(jù)能量線性關(guān)系，Am源的能量特征峰所在的道地址也會(huì)向小漂移，其對(duì)應(yīng)的采集系統(tǒng)采集到相應(yīng)數(shù)據(jù)后會(huì)由儀器自帶的對(duì)應(yīng)微處理器發(fā)出增益命令增大增益，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)后，將增大工作電壓，從而使Am源的能量特征峰所在的道地址回復(fù)至其標(biāo)準(zhǔn)道地址上，同時(shí)鉀的能量特征峰也會(huì)回復(fù)到其標(biāo)準(zhǔn)道地址上；當(dāng)鉀的能量特征峰位置大于標(biāo)準(zhǔn)道地址時(shí)，根據(jù)能量線性關(guān)系，Am源的能量特征峰所在的道地址也會(huì)向大漂移，其對(duì)應(yīng)的采集系統(tǒng)采集到相應(yīng)數(shù)據(jù)后會(huì)由儀器自帶的對(duì)應(yīng)微處理器發(fā)出增益命令減小增益，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)后，將減小工作電壓，從而使Am源的能量特征峰所在的道地址回復(fù)至其標(biāo)準(zhǔn)道地址上，同時(shí)鉀的能量特征峰也會(huì)回復(fù)到其標(biāo)準(zhǔn)道地址上。

2 井下自動(dòng)穩(wěn)譜實(shí)例

下面以ECLIPS-5700測(cè)井系統(tǒng)中的1329儀器為例來(lái)說(shuō)明井下自動(dòng)穩(wěn)譜功能的應(yīng)用效果。

正常情況下，當(dāng)鉀的能量特征峰(即鉀峰)因?yàn)槟撤N原因偏離其標(biāo)準(zhǔn)道地址(即105道)后(此處僅以偏高為例)，其譜型會(huì)變成相關(guān)圖形如圖2所示，其相關(guān)的譜伽馬譜型如圖3所示。

圖2 鉀峰偏高

圖3 鉀峰偏高對(duì)應(yīng)的譜伽馬

這時(shí)需要操作員手動(dòng)干預(yù)調(diào)節(jié)增益使鉀峰回到105道。5700地面軟件會(huì)在譜伽馬中用標(biāo)準(zhǔn)譜與現(xiàn)有譜進(jìn)行對(duì)比，如果不對(duì)而且測(cè)井過(guò)程中操作員長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有調(diào)整，軟件默認(rèn)現(xiàn)有譜需要調(diào)整，將會(huì)對(duì)現(xiàn)有譜型進(jìn)行展開(kāi)處理如圖4所示，

圖4 軟件處理后形成的異常譜伽馬

結(jié)果將導(dǎo)致譜伽馬異常，低能端譜伽馬溢出，導(dǎo)致測(cè)量效果偏小。

將1329儀器升級(jí)為擁有井下自動(dòng)穩(wěn)譜功能后，Am峰穩(wěn)譜圖如圖5所示，5700地面軟件顯示鉀峰始終保持在105±1道，如圖6所示，其對(duì)應(yīng)譜伽馬如圖7所示。

圖5 镅峰軟件圖

圖6 鉀峰正常

圖7 鉀峰正常時(shí)對(duì)應(yīng)的譜伽馬

3 結(jié) 論

本文講述了一種新穎的能夠在井下進(jìn)行自動(dòng)穩(wěn)譜的自然伽馬能譜測(cè)井儀。這種儀器根據(jù)自帶穩(wěn)譜源進(jìn)行井下自動(dòng)穩(wěn)譜，可靠且自動(dòng)的解決了當(dāng)前自然伽馬能譜測(cè)井儀器在測(cè)井過(guò)程中由于穩(wěn)譜不當(dāng)產(chǎn)生的問(wèn)題。在ECLIPS-5700測(cè)井系統(tǒng)中的應(yīng)用證明了該類儀器的可行性和有效性。并且可對(duì)其他類型的能譜如存儲(chǔ)式能譜等有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

[1] 丁次乾.礦場(chǎng)地球物理[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2003：202-209.

[2]馮啟寧.非電法測(cè)井儀器[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1992：50-72.

[3]龐巨豐，遲云鵬，鐘振偉.現(xiàn)代核測(cè)井技術(shù)與儀器[M].北京：石油工業(yè)出版社，1998：5-18.

[4] 黃隆基.核測(cè)井原理[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2000：36-57.

[5] 王 群.地球物理測(cè)井概論[M].北京：石油工業(yè)出版社，2010：84-92.

·專利技術(shù)·

專利名稱：激發(fā)極化電位測(cè)井儀陣列式電極系

專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201210294197.5 公開(kāi)號(hào)：CN102817608A

申請(qǐng)日：2012.08.18 公開(kāi)日：2012.12.12

申請(qǐng)人：中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局測(cè)井公司;中國(guó)石油大學(xué)(華東)

該發(fā)明屬于測(cè)井儀器配套測(cè)量工具領(lǐng)域的一種激發(fā)極化電位測(cè)井儀陣列式電極系。包括供電電極、接收電極和絕緣環(huán)。其中：上部12個(gè)供電電極依次間隔排列；中間為24個(gè)供電電極與24個(gè)接收電極交替排列；下部24個(gè)接收電極，所有電極之間均通過(guò)絕緣環(huán)隔離。本發(fā)明的電極系通過(guò)供電—斷電測(cè)量—供電—測(cè)量……方式，實(shí)現(xiàn)了預(yù)極化功能，滿足地層充分極化時(shí)間。實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量，滿足測(cè)速上限360m/h。36個(gè)測(cè)點(diǎn)組合實(shí)現(xiàn)極化電位衰減全過(guò)程測(cè)量，可獲取完整的極化電位衰減曲線。

(王元蓀 提供)

Natural Gamma Ray Spectral Logging Instrument with the Downhole Auto Stable Spectrum

DAI Weiwei1ZHOU Jun2GAO Hui1

(1.Xi’anHuinengElectronicsCorporationLtd,Xi’an,Shanxi710065,China；

2.ChinaOilfieldServicesLimited,Yanjiao,TownHebei065201,China)

This paper introduces a kind of natural gamma ray spectral logging tools which can auto stable spectrum underground.The necessity of instrument having the function is diss ussed and its stability spectrum principle，then an example is given to illustrate the instrument having certain superiority compare with the ordinary natural gamma ray spectrum logging instrument。

natural gamma-ray，spectral logging instrument，auto stable spectrum

戴為偉，男，1987年生，2007年畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)通信工程專業(yè)，現(xiàn)在西安匯能電子設(shè)備有限責(zé)任公司從事技術(shù)工作。E-mail：277826448@qq.com

P631.8+17

A

2096-0077(2015)02-0062-03

2015-01-13 編輯：韓德林)