專利名稱：多傳感器設(shè)備中的伽馬射線和中子雙重探測(cè)器及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開(kāi)的主題的實(shí)施例大體上涉及伽馬射線和中子雙重探測(cè)器的封裝選項(xiàng)，以獲得可在多傳感器設(shè)備中使用的小的堅(jiān)固的裝置，例如，以在油氣行業(yè)中測(cè)量井周圍的地層(formation)的孔隙度(porosity)。
背景技術(shù)：
在過(guò)去的歲月期間，為了尋找和探索更難接近的(陸地和/或海底中更深的)地點(diǎn)而開(kāi)發(fā)了越來(lái)越多的復(fù)雜的方法和工具，這些地點(diǎn)看起來(lái)像是會(huì)有大量的化石燃料儲(chǔ)量。用于勘測(cè)這些地點(diǎn)的工具必須能夠經(jīng)得起高溫和惡劣的沖擊及振動(dòng)的環(huán)境。在油氣行業(yè)中，地層孔隙度及密度的測(cè)量結(jié)果被用以識(shí)別潛在的油氣儲(chǔ)量以及用以估算儲(chǔ)量的體積。傳統(tǒng)上，使用(化學(xué)的或電子的)放射源和探測(cè)器來(lái)在井中執(zhí)行這些類型的測(cè)量。放射源可為伽馬射線源或中子源。由地層中的中子的相互作用而產(chǎn)生的伽馬射線可用作伽馬射線源。一些放射性同位素，諸如锎，發(fā)射出中子和伽馬射線兩者，且可用作兩種射線的唯一源。

圖1示出了井下的孔隙度和密度的測(cè)量，該測(cè)量是使用放射源10和兩個(gè)探測(cè)器(“近”探測(cè)器20和“遠(yuǎn)”探測(cè)器30)來(lái)執(zhí)行，兩個(gè)探測(cè)器位于距離源10的不同距離處(例如，分別是6〃和15〃)。中子源10在井孔周圍的地層中發(fā)射較快的中子。中子源10和探測(cè)器20及30可封閉在待下降到井孔50中的機(jī)架(chaSSiS)40中，該井孔穿透地層60。中子源10朝土壤地層60發(fā)射的一些中子通過(guò)在地層60內(nèi)的非彈性碰撞釋放能量(即，“熱化”)，且向后朝探測(cè)器20和30偏轉(zhuǎn)。當(dāng)中子與中子探測(cè)器材料內(nèi)的原子核反應(yīng)時(shí)，探測(cè)器20和30探測(cè)到回到井孔50的一些熱中子?？苫谠谙嗤瑫r(shí)間間隔期間由兩個(gè)探測(cè)器20和30探測(cè)到的中子的比例估算地層60的孔隙度。在密度測(cè)量的情況下，離伽馬射線源較近的探測(cè)器稱為短源距探測(cè)器，離該源較遠(yuǎn)的探測(cè)器稱為長(zhǎng)源距探測(cè)器。對(duì)回到探測(cè)器的放射粒子計(jì)數(shù)。地層(基質(zhì)和流體)的體積密度與電子密度有關(guān)，且可從短源距探測(cè)器和長(zhǎng)源距探測(cè)器的計(jì)數(shù)率得到。中子為中性的(無(wú)電荷)粒子，特別是當(dāng)中子的能量很大時(shí)，不容易探測(cè)到中子。然而，存在能夠探測(cè)熱化中子(即，其能量已經(jīng)通過(guò)與地層原子核的非彈性碰撞而降低的中子)的中子探測(cè)器材料。例如，由大約14 MeV的AmBe發(fā)射的中子熱化降至大約0.025eV的能量。中子探測(cè)器的效用是進(jìn)入探測(cè)器容積的中子被探測(cè)到的可能性?？赏ㄟ^(guò)反應(yīng)的截面來(lái)描述中子通過(guò)原子核的俘獲反應(yīng)的概率，且該概率取決于進(jìn)入中子的能量。中子探測(cè)器由包括具有用于熱中子的大的中子俘獲反應(yīng)截面的原子核的材料構(gòu)造而成，原子核諸如為硼C°B)、氦(3He)和鋰(6Li)。熱中子與這些原子核反應(yīng)產(chǎn)生其它的粒子，諸如α粒子(
+ ])和質(zhì)子(丨I’)。由于中子俘獲反應(yīng)而發(fā)射可計(jì)算量的能量(Q)。這種發(fā)射能量可為產(chǎn)生的粒子或伽馬射線(光子、光)的動(dòng)能。這種能量會(huì)耗散，例如，在中子俘獲反應(yīng)的副產(chǎn)物行進(jìn)通過(guò)閃光材料從而導(dǎo)致發(fā)光時(shí)。中子俘獲反應(yīng)之后發(fā)射的至少一些光到達(dá)光電倍增器(PMT)，且生成可作為反應(yīng)標(biāo)記而可識(shí)別的信號(hào)。發(fā)射的能量越大，標(biāo)記信號(hào)的幅度就越大。表I中示出了用于中子探測(cè)的中子俘獲反應(yīng):
表I
權(quán)利要求
1.種可在用于勘測(cè)井中地層的組成的井下工具中使用的伽馬射線和中子雙重探測(cè)器，包括: 由中子探測(cè)器材料制成的第一探測(cè)元件； 由伽馬射線閃光材料制成的第二元件；以及 光學(xué)地連接到所述第一探測(cè)元件和所述第二探測(cè)元件上的光電倍增器，其中，所述第一探測(cè)元件和所述第二探測(cè)元件形成以大致滿足柱體形狀。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的伽馬射線和中子雙重探測(cè)器，其特征在于， 所述第一探測(cè)元件為板，以及 所述第二探測(cè)元件為安裝在所述板的相對(duì)側(cè)上的半柱體，其中，聯(lián)接脂層或連結(jié)層設(shè)置在所述板與所述半柱體之間。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的伽馬射線和中子雙重探測(cè)器，其特征在于， 所述第一探測(cè)元件為中空柱體，以及 所述第二探測(cè)元件為位于所述中空柱體內(nèi)側(cè)的桿。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的伽馬射線和中子雙重探測(cè)器，其特征在于， 所述第一探測(cè)元件為第一柱體，以及 所述第二探測(cè)元件為第二柱體， 所述第一柱體、所述第二柱體和所述光電倍增器都沿公共軸線布置。
5.種使用中子源以確定井周圍的地層的特性的井下工具，包括: 本體，其構(gòu)造成沿縱向軸線收納以下: 發(fā)射中子的中子源； 位于距離所述中子源的地點(diǎn)第一距離處的近探測(cè)器；以及 位于距離所述中子源的地點(diǎn)大于所述第一距離的第二距離處的遠(yuǎn)探測(cè)器；以及 用作所述近探測(cè)器或用作所述遠(yuǎn)探測(cè)器的至少一個(gè)伽馬射線和中子雙重探測(cè)器，其包括 由中子探測(cè)器材料制成的第一探測(cè)元件，以及 由伽馬射線閃光材料制成的第二元件， 所述第一探測(cè)元件和所述第二探測(cè)元件光學(xué)地連接到光電倍增器上。
6.據(jù)權(quán)利要求5所述的井下工具，其特征在于， 所述第一探測(cè)元件為板，以及 所述第二探測(cè)元件為安裝在所述板的相對(duì)側(cè)上的半柱體。
7.據(jù)權(quán)利要求6所述的井下工具，其特征在于，聯(lián)接脂層或連結(jié)層設(shè)置在所述板與所述半柱體之間。
8.據(jù)權(quán)利要求5所述的井下工具，其特征在于， 所述第一探測(cè)元件為中空柱體，以及 所述第二探測(cè)元件為放置在所述中空柱體內(nèi)側(cè)的桿。
9.據(jù)權(quán)利要求5所述的井下工具，其特征在于 所述第一探測(cè)元件為第一柱體，以及 所述第二探測(cè)元件為第二柱體， 所述第一柱體、所述第二柱體和所述光電倍增器都沿公共軸線布置。
10.據(jù)權(quán)利要求9所述的井下工具，其特征在于，所述第二柱體位于所述第一柱體與所述光電倍增器之間。
11.據(jù)權(quán)利要求5所述的井下工具，其特征在于，光導(dǎo)元件放置在所述光電倍增器與所述第一探測(cè)元件和所述第二探測(cè)元件中的至少一個(gè)之間。
12.據(jù)權(quán)利要求5所述的井下工具，其特征在于，利用特氟龍包覆層至少部分地包繞所述探測(cè)元件。
13.據(jù)權(quán)利要求5所述的井下工具，其特征在于，所述至少一個(gè)伽馬射線和中子雙重探測(cè)器包圍在金屬殼中。
14.據(jù)權(quán)利要求5所述的井下工具，其特征在于，所述金屬殼由鈦制成。
15.據(jù)權(quán)利要求5所述的井下工具，其特征在于，還包括位于與所述光電倍增器所連接的位置相對(duì)的側(cè)上的石英端蓋。
16.據(jù)權(quán)利要求5所述的井下工具，其特征在于，所述第一探測(cè)元件和所述第二探測(cè)元件形成以大致滿足柱體形狀。
17.據(jù)權(quán)利要求5所述的井下工具，其特征在于，所述第一探測(cè)元件由6Li玻璃制成。
18.據(jù)權(quán)利要求5所述的井下工具，其特征在于，所述第二探測(cè)元件由NaI制成。
19.種用于改造使用中子源以確定井周圍的地層特性的井下工具的方法，包括: 從所述井下工具的機(jī)架中移除近探測(cè)器和遠(yuǎn)探測(cè)器中的至少一個(gè)；以及 在已經(jīng)移除所述近探測(cè)器和所述遠(yuǎn)探測(cè)器中的至少一個(gè)的地點(diǎn)處將伽馬射線和中子雙重探測(cè)器安裝在所述機(jī)架 中， 所述伽馬射線和中子雙重探測(cè)器包括由中子探測(cè)器材料制成的第一探測(cè)元件和由伽馬射線閃光材料制成的第二元件，其中 (1)所述第一探測(cè)元件和所述第二探測(cè)元件光學(xué)地連接到光電倍增器上，以及 (2)所述第一探測(cè)元件和所述第二探測(cè)元件形成以大致滿足柱體形狀。
20.據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，(I)所述第一探測(cè)元件由6Li玻璃制成且所述第二探測(cè)元件由NaI制成，以及(2)所述第一探測(cè)元件和所述第二探測(cè)元件根據(jù)以下封裝選項(xiàng)中的一個(gè)形成: 根據(jù)第一封裝選項(xiàng)，所述第一探測(cè)元件為板，且所述第二探測(cè)元件為安裝在所述板的相對(duì)側(cè)上的半柱體，其中，聯(lián)接脂層或連結(jié)層設(shè)置在所述板與所述半柱體之間； 根據(jù)第二封裝選項(xiàng)，所述第一探測(cè)元件為中空柱體，以及所述第二探測(cè)元件為放置于所述中空柱體內(nèi)側(cè)的桿；以及 根據(jù)第三封裝選項(xiàng)，所述第一探測(cè)元件為第一柱體且所述第二探測(cè)元件為第二柱體，所述第一柱體、所述第二柱體和所述光電倍增器都沿公共軸線布置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多傳感器設(shè)備中的伽馬射線和中子雙重探測(cè)器及相關(guān)方法。具體而言，一種具有位于距離中子源的不同距離處的兩個(gè)探測(cè)器的井下工具具有至少一個(gè)伽馬射線和中子雙重探測(cè)器，該伽馬射線和中子雙重探測(cè)器包括由中子探測(cè)器材料制成的第一探測(cè)元件和由伽馬射線閃光材料制成的第二元件，第一探測(cè)元件和第二探測(cè)元件光學(xué)地連接到光電倍增器上。
文檔編號(hào)E21B49/00GK103089250SQ201210416110
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者H.C.克萊門 申請(qǐng)人:通用電氣能源油田技術(shù)公司