專利名稱：補(bǔ)償中子測(cè)井儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在井眼內(nèi)測(cè)量地層孔隙度的中子測(cè)井儀。
二背景技術(shù)：
快中子與地層物質(zhì)的原子核碰撞，損失一部分能量后變成熱中子。專門設(shè)計(jì)的中子探測(cè)器主要響應(yīng)熱中子。地質(zhì)學(xué)認(rèn)為，一般情況下，地層孔隙中充滿了水或油，而且地層中氫元素主要聚集在水或油中。氫原子對(duì)于快速運(yùn)動(dòng)的中子的減速作用最大。如果以固定強(qiáng)度的中子源向地層發(fā)射中子，那么地層中不同位置熱中子的濃度就主要由氫元素的多少所決定。當(dāng)把專門設(shè)計(jì)的中子探測(cè)器布置在中子源附近的固定位置時(shí)，中子探測(cè)器探測(cè)到的熱中子的數(shù)量將反映地層中氫元素的多少。所以，地層孔隙度越大，地層孔隙內(nèi)的流體(主要是水和油)越多，相應(yīng)的地層中的氫元素就越多，中子探測(cè)器輸出的脈沖數(shù)就越少。根據(jù)中子探測(cè)器輸出的脈沖數(shù)隨地層孔隙度增大而減少的特性，在標(biāo)準(zhǔn)孔隙度地層模型上對(duì)儀器的脈沖計(jì)數(shù)率響應(yīng)進(jìn)行刻度后就可以直接由儀器的脈沖計(jì)數(shù)率推求地層的孔隙度。
現(xiàn)有的中子測(cè)井儀技術(shù)狀況是由于采用單一中子探測(cè)器，探測(cè)效率高低不一，實(shí)際測(cè)量時(shí)受井眼條件的影響很大，具體的誤差補(bǔ)償和數(shù)據(jù)處理方法不一樣。信號(hào)處理電路和電源電路均采用分離電子元件構(gòu)造，集成度低，不便于使用和維護(hù)。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)單一中子探測(cè)器存在的上述問題，采用兩個(gè)中子探測(cè)器，以長(zhǎng)源距中子探測(cè)器為主，以短源距中子探測(cè)器作為補(bǔ)償，并結(jié)合目前的中子探測(cè)技術(shù)和先進(jìn)的電子信號(hào)處理技術(shù)，提供了一種新型的補(bǔ)償中子測(cè)井儀。
其技術(shù)方案是主要包括上接頭、外殼、電源骨架、保溫瓶、中子探測(cè)器(氦3管)、信號(hào)處理電路骨架、屏蔽體、中子源倉、下接頭機(jī)械部分，以及脈沖信號(hào)處理電路、通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路、電源電路部分組成，其特征在于中子探測(cè)器由兩個(gè)位于中子源同側(cè)的中子探測(cè)器組成，兩個(gè)中子探測(cè)器按照到中子源的距離分別稱為短源距(SS)和長(zhǎng)源距(LS)。所述的長(zhǎng)源距和短源距中子探測(cè)器、屏蔽體、固定器件、脈沖信號(hào)處理電路裝置在一個(gè)保溫器內(nèi)，在兩個(gè)中子探測(cè)器的外部套有導(dǎo)熱保護(hù)層。所述的電源電路電源電路分為高壓和低壓兩部分，低壓電源包括2路+24V和1路+5V，高壓電源產(chǎn)生中子探測(cè)器所需要的直流高壓工作電源；所述的通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路由CPU控制器電路、曼徹斯特碼接收譯碼電路、曼徹斯特碼發(fā)送編碼電路、A/D轉(zhuǎn)換電路組成；所述的脈沖信號(hào)處理電路由結(jié)構(gòu)、功能完全一樣的兩部分組成，分別用于處理長(zhǎng)、短源距的脈沖信號(hào)，均包括前置放大器、信號(hào)放大器、電壓比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成。
具體電源電路是變壓器初級(jí)繞組連接到儀器總線的交流電源上，變壓器的次級(jí)繞組有三個(gè)繞組，第一組由橋D1-D4整流，經(jīng)電容C1、C2濾波、穩(wěn)壓器IC1穩(wěn)壓、電容C3濾波得到+5V電源，提供給通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路，第二組由橋D5-D8整流，經(jīng)電容C4-C5濾波、穩(wěn)壓器IC2穩(wěn)壓、電容C6濾波得到+24V電源，提供給脈沖信號(hào)處理電路，第三組由橋D9-D12整流、電容C7-C8濾波、穩(wěn)壓管IC3穩(wěn)壓、電容C9濾波后，經(jīng)高壓產(chǎn)生器IC4和電阻R1，輸出經(jīng)電容C10、電阻R2、電容C11組成的π型濾波器后，分別在電容C11產(chǎn)生提供給中子探測(cè)器所需要的直流高壓工作電源。
具體脈沖信號(hào)處理電路是工作高壓經(jīng)HV點(diǎn)、電阻器R1、R3加到短源距氦3管上，短源距氦3管上產(chǎn)生的負(fù)電荷脈沖經(jīng)電容器C3、電阻器R5輸入到運(yùn)算放大器U1的反相輸入端，在運(yùn)算放大器U1的輸出端輸出反相的正脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過電容器C12、電阻器R7輸入到運(yùn)算放大器U2A的反相輸入端，在運(yùn)算放大器U2A的輸出端反相的負(fù)脈沖信號(hào)又經(jīng)電容器C30、電阻器R10輸入到運(yùn)算放大器U2B的反相輸入端，在運(yùn)算放大器U2B的輸出端反相的正脈沖信號(hào)，經(jīng)電容器C16、電阻器R28輸入到電壓比較器U3的反相輸入端，在電壓比較器U3的輸出的脈沖信號(hào)送到單穩(wěn)電路CD4538的觸發(fā)端，最后在單穩(wěn)電路CD4538的Q輸出端得到固定寬度和高度的正脈沖信號(hào)，該正脈沖信號(hào)作為短源距探頭的中子脈沖信號(hào)經(jīng)過電阻器R32輸入到通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路的單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。
具體通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路以單片機(jī)U5(AT89C52)為核心，附加以復(fù)位電路U3A(CD4538)、AD轉(zhuǎn)換電路U2(1091)、曼碼譯碼/編碼電路U4(HD6408)、雙極信號(hào)接收電路U9(DS78C20)、輸出驅(qū)動(dòng)電路U10(DS1633)、信號(hào)傳輸變壓器T1、T2，固化在U5內(nèi)部的程序?qū)斎氲絋0、T1的長(zhǎng)、短源距信號(hào)脈沖進(jìn)行定時(shí)累計(jì)，并且循環(huán)地進(jìn)行下列工作(1)接收命令，來自命令總線的命令信號(hào)經(jīng)過變壓器T1、電阻器R9、R10、信號(hào)接收電路U9(78C20)送到曼碼譯碼電路U4(HD6408)，命令信號(hào)譯碼后送到單片機(jī)U5進(jìn)行處理；(2)發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)U5把輸出的數(shù)據(jù)送到曼碼編碼電路U4(HD6408)進(jìn)行編碼，編碼后的信號(hào)經(jīng)過輸出驅(qū)動(dòng)電路U10(DS1633)、信號(hào)傳輸變壓器T2送到儀器的數(shù)據(jù)總線上；(3)采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)U5控制AD轉(zhuǎn)換電路U2(1091)轉(zhuǎn)換并采集兩個(gè)模擬量信號(hào)，一個(gè)是電源電壓由電阻器R3、R4分壓后形成的電源監(jiān)視信號(hào)，另一個(gè)是溫度傳感器的溫度信號(hào)。
本實(shí)用新型由于采用雙中子探測(cè)器，探測(cè)效率高，實(shí)際測(cè)量時(shí)不受井眼條件的影響，誤差補(bǔ)償和數(shù)據(jù)處理更準(zhǔn)確，信號(hào)處理電路和電源電路集成度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，便于使用和維護(hù)。
四

圖1是補(bǔ)償中子測(cè)井系統(tǒng)簡(jiǎn)圖圖2是補(bǔ)償中子測(cè)井儀結(jié)構(gòu)圖圖3是其中的脈沖信號(hào)處理電路圖圖4是其中的通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路圖五具體實(shí)施方式
參照附圖2，補(bǔ)償中子測(cè)井儀包括上接頭1、外殼2、電源骨架3、保溫瓶4、信號(hào)處理電路骨架5、長(zhǎng)源距探測(cè)器(氦3管)6、屏蔽體7、短源距探測(cè)器、中子源倉殼體9、中子源倉10、下接頭11等機(jī)械部件，以及脈沖信號(hào)處理電路、通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路、電源電路等電路。
儀器工作時(shí)需要從地面供給180V交流電。井下儀器的電源電路把180V交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的2路+24V和1路+5V直流電源。其中1路+24V輸入到高壓黑棒。高壓黑棒產(chǎn)生+1150V±50V工作高壓供給長(zhǎng)、短源距中子探測(cè)器。另1路+24V輸入到脈沖信號(hào)處理電路。+5V直流電源是通訊控制/數(shù)據(jù)傳輸電路的工作電源。
參考附圖3，當(dāng)?shù)貙又械臒嶂凶舆M(jìn)入中子探測(cè)器時(shí)，中子探測(cè)器的陽極上就產(chǎn)生一個(gè)微弱的負(fù)電荷脈沖。該負(fù)電荷脈沖進(jìn)入脈沖信號(hào)處理電路的前置放大器，進(jìn)行電荷靈敏放大；接著進(jìn)入信號(hào)放大器進(jìn)行電壓放大；然后輸入到電壓比較器進(jìn)行門坎鑒別，目的是去掉信號(hào)中的噪聲。最后由單穩(wěn)電路進(jìn)行信號(hào)整形，以便得到標(biāo)準(zhǔn)寬度和幅度的中子脈沖信號(hào)。整形后的標(biāo)準(zhǔn)中子脈沖信號(hào)送到通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路，由CPU負(fù)責(zé)累加計(jì)數(shù)。
參考附圖4，通訊控制/數(shù)據(jù)傳輸電路的核心是一個(gè)單片機(jī)。命令執(zhí)行、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)傳輸都由該單片機(jī)控制。
命令接收來自儀器命令總線的命令信號(hào)經(jīng)過譯碼電路譯碼后輸入到單片機(jī)。如果命令不是本儀器的，則中斷譯碼處理，重新設(shè)置接受下組命令。如果命令是本儀器的，則譯碼處理繼續(xù)完成。接受命令過程是由中斷驅(qū)動(dòng)的。
數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)允許編碼時(shí)開始傳輸數(shù)據(jù)。被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以串行方式送到曼砌斯特編碼器。數(shù)據(jù)以雙極曼徹斯特格式編碼。編碼信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)后加到傳輸變壓器的初級(jí)，傳輸變壓器的次級(jí)接儀器的信號(hào)總線。傳輸過程是中斷驅(qū)動(dòng)的。
電壓監(jiān)控監(jiān)控保溫瓶?jī)?nèi)溫度和+24V電源。安裝在骨架上的溫度傳感器產(chǎn)生10mV/1的電壓信號(hào)。這個(gè)電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，由單片機(jī)進(jìn)行采集。保溫瓶?jī)?nèi)電子線路的+24V工作電源經(jīng)過分壓后加到A/D轉(zhuǎn)換器輸入端，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)后，由單片機(jī)進(jìn)行采集。
中子信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)器來自中子脈沖信號(hào)處理電路的長(zhǎng)、短源距脈沖信號(hào)分別輸入到單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。單片機(jī)在程序控制下讀取定時(shí)/計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)，根據(jù)地面下發(fā)的命令要求上傳長(zhǎng)、短源距信號(hào)計(jì)數(shù)以及保溫瓶?jī)?nèi)溫度和+24V電源數(shù)據(jù)。
地面測(cè)井系統(tǒng)根據(jù)井下儀傳來的長(zhǎng)、短道脈沖計(jì)數(shù)和有關(guān)刻度參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算出目標(biāo)地層的孔隙度。
參照附圖1，測(cè)井時(shí)，首先把補(bǔ)償中子測(cè)井儀通過測(cè)井電纜2與地面系統(tǒng)1配接，把241Am-Be中子源安裝在源倉5內(nèi)，然后用測(cè)井電纜絞車把儀器下放到井眼內(nèi)。
測(cè)井時(shí)，裝在源倉內(nèi)的241Am-Be中子源連續(xù)不斷地向周圍地層發(fā)射快中子。快中子與地層物質(zhì)的原子核碰撞后，先損失一部分能量、變成超熱中子。超熱中子損失能量后變成熱中子。專門設(shè)計(jì)的中子探測(cè)器主要響應(yīng)熱中子。中子探測(cè)器在固定的正高壓下工作。當(dāng)熱中子進(jìn)入探測(cè)器后，與探測(cè)器內(nèi)的氦3氣體發(fā)生核反應(yīng)，在探測(cè)器的陽極上產(chǎn)生一個(gè)微弱的負(fù)電荷脈沖。該負(fù)電荷脈沖進(jìn)入脈沖信號(hào)處理電路的前置放大器，進(jìn)行電荷靈敏放大；接著進(jìn)入信號(hào)放大器進(jìn)行電壓放大；然后輸入到電壓比較器進(jìn)行門坎鑒別，去掉信號(hào)噪聲后由單穩(wěn)電路進(jìn)行信號(hào)整形。最后形成標(biāo)準(zhǔn)寬度和幅度的中子脈沖信號(hào)送到通訊控制/數(shù)據(jù)傳輸電路。長(zhǎng)、短源距脈沖信號(hào)的處理方式是完全一樣的、相互獨(dú)立的。通訊控制/數(shù)據(jù)傳輸電路的核心是一個(gè)單片機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)寬度和幅度的長(zhǎng)、短源距中子脈沖信號(hào)分別輸入到單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行累計(jì)。單片機(jī)在程序控制下讀取計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)，根據(jù)地面下發(fā)的命令上傳數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1.一種補(bǔ)償中子測(cè)井儀，自上而下主要包括上接頭、外殼、中子源倉殼體、下接頭組成，在外殼內(nèi)設(shè)置有電源骨架、保溫瓶、信號(hào)處理電路骨架、中子探測(cè)器、屏蔽體，信號(hào)處理電路骨架上固定有脈沖信號(hào)處理電路、通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路，電源骨架上固定有電源電路部分，其特征在于中子探測(cè)器由兩個(gè)位于中子源同側(cè)的短源距探測(cè)器和長(zhǎng)源距探測(cè)器組成，屏蔽體設(shè)在短源距探測(cè)器和長(zhǎng)源距探測(cè)器之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償中子測(cè)井儀，其特征在于所述的電源電路分為高壓和低壓兩部分，低壓電源包括2路+24V和1路+5V連接到信號(hào)處理電路，高壓電源產(chǎn)生中子探測(cè)器所需要的直流高壓工作電源并連接到中子探測(cè)器；所述的通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路由CPU控制器電路、曼徹斯特碼接收譯碼電路、曼徹斯特碼發(fā)送編碼電路、A/D轉(zhuǎn)換電路連接組成；所述的脈沖信號(hào)處理電路由結(jié)構(gòu)、功能完全一樣的兩部分組成，分別用于處理長(zhǎng)、短源距的脈沖信號(hào)，均包括前置放大器、信號(hào)放大器、電壓比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器連接組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的補(bǔ)償中子測(cè)井儀，其特征在于所述電源電路是變壓器初級(jí)繞組連接到儀器總線的交流電源上，變壓器的次級(jí)繞組有三個(gè)繞組，第一組由橋D1-D4整流，經(jīng)電容C1、C2濾波、穩(wěn)壓器IC1穩(wěn)壓、電容C3濾波得到+5V電源，提供給通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路，第二組由橋D5-D8整流，經(jīng)電容C4-C5濾波、穩(wěn)壓器IC2穩(wěn)壓、電容C6濾波得到+24V電源，提供給脈沖信號(hào)處理電路，第三組由橋D9-D12整流、電容C7-C8濾波、穩(wěn)壓管IC3穩(wěn)壓、電容C9濾波后，經(jīng)高壓產(chǎn)生器IC4和電阻R1，輸出經(jīng)電容C10、電阻R2、電容C11組成的π型濾波器后，分別在電容C11產(chǎn)生提供給中子探測(cè)器所需要的直流高壓工作電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的補(bǔ)償中子測(cè)井儀，其特征在于所述的脈沖信號(hào)處理電路是工作高壓經(jīng)HV點(diǎn)、電阻器R1、R3加到短源距氦3管上，短源距氦3管上產(chǎn)生的負(fù)電荷脈沖經(jīng)電容器C3、電阻器R5輸入到運(yùn)算放大器U1的反相輸入端，在運(yùn)算放大器U1的輸出端輸出反相的正脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過電容器C12、電阻器R7輸入到運(yùn)算放大器U2A的反相輸入端，在運(yùn)算放大器U2A的輸出端反相的負(fù)脈沖信號(hào)又經(jīng)電容器C30、電阻器R10輸入到運(yùn)算放大器U2B的反相輸入端，在運(yùn)算放大器U2B的輸出端反相的正脈沖信號(hào)，經(jīng)電容器C16、電阻器R28輸入到電壓比較器U3的反相輸入端，在電壓比較器U3的輸出的脈沖信號(hào)送到單穩(wěn)電路CD4538的觸發(fā)端，最后在單穩(wěn)電路輸出端得到固定寬度和高度的正脈沖信號(hào)，該正脈沖信號(hào)作為短源距探頭的中子脈沖信號(hào)經(jīng)過電阻器R32輸入到通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路的單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的補(bǔ)償中子測(cè)井儀，其特征在于所述的通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路以單片機(jī)U5為核心，外圍連接有復(fù)位電路U3A、AD轉(zhuǎn)換電路U2、曼碼譯碼/編碼電路U4、雙極信號(hào)接收電路U9、輸出驅(qū)動(dòng)電路U10、信號(hào)傳輸變壓器T1、T2，固化在U5內(nèi)部的程序?qū)斎氲絋0、T1的長(zhǎng)、短源距信號(hào)脈沖進(jìn)行定時(shí)累計(jì)，連接命令總線的命令信號(hào)經(jīng)過變壓器T1、電阻器R9、R10、信號(hào)接收電路U9送到曼碼譯碼電路U4，命令信號(hào)譯碼后送到單片機(jī)U5進(jìn)行處理；單片機(jī)U5把輸出的數(shù)據(jù)送到曼碼編碼電路U4進(jìn)行編碼，編碼后的信號(hào)經(jīng)過輸出驅(qū)動(dòng)電路U10、信號(hào)傳輸變壓器T2送到儀器的數(shù)據(jù)總線上；單片機(jī)U5控制AD轉(zhuǎn)換電路U2轉(zhuǎn)換并采集兩個(gè)模擬量信號(hào)，一個(gè)是電源電壓由電阻器R3、R4分壓后形成的電源監(jiān)視信號(hào)，另一個(gè)是溫度傳感器的溫度信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償中子測(cè)井儀，其特征在于所述的長(zhǎng)源距和短源距中子探測(cè)器、屏蔽體、固定器件、脈沖信號(hào)處理電路裝置在一個(gè)保溫器內(nèi)，在兩個(gè)中子探測(cè)器的外部套有導(dǎo)熱保護(hù)層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種在井眼內(nèi)測(cè)量地層孔隙度的中子測(cè)井儀。其技術(shù)方案是主要包括上接頭、外殼、電源骨架、保溫瓶、中子探測(cè)器(氦3管)、信號(hào)處理電路骨架、屏蔽體、中子源倉、下接頭機(jī)械部分，以及脈沖信號(hào)處理電路、通訊控制和數(shù)據(jù)傳輸電路、電源電路部分組成，其特征在于中子探測(cè)器由兩個(gè)位于中子源同側(cè)的中子探測(cè)器組成，兩個(gè)中子探測(cè)器按照到中子源的距離分別稱為短源距(SS)和長(zhǎng)源距(LS)。所述的長(zhǎng)源距和短源距中子探測(cè)器、屏蔽體、固定器件、脈沖信號(hào)處理電路裝置在一個(gè)保溫器內(nèi)，在兩個(gè)中子探測(cè)器的外部套有導(dǎo)熱保護(hù)層。本實(shí)用新型探測(cè)效率高，實(shí)際測(cè)量時(shí)不受井眼條件的影響，誤差補(bǔ)償和數(shù)據(jù)處理更準(zhǔn)確，信號(hào)處理電路和電源電路集成度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，便于使用和維護(hù)。
文檔編號(hào)G01V5/00GK2904008SQ20052008515
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者劉廣盛, 滕俊兵, 王衛(wèi)華, 董現(xiàn)文, 南愛香, 左宏英, 張磊, 劉洋 申請(qǐng)人:中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局測(cè)井公司