專利名稱：電離輻射的井下非同位素生成方法以及實(shí)踐該方法時(shí)所采用的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電離輻射的井下非同位素生成方法，特別是用于油 井、氣井、水井的勘探與生產(chǎn)。本發(fā)明還涉及在實(shí)踐該方法時(shí)所采用的 設(shè)備。
背景技術(shù)：
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在進(jìn)行井下測(cè)錄和收集材料數(shù)據(jù)時(shí)廣泛使用了放射 性同位素。這種技術(shù)的缺點(diǎn)包括放射性同位素造成了輻射危害，因此 實(shí)施成本高昂而且要求苛刻的同位素和放射性廢物處理，這類處理既要 在進(jìn)行鉆探的裝置上進(jìn)行，也要在相關(guān)的供應(yīng)和維護(hù)設(shè)施上進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)或減少現(xiàn)有技術(shù)的至少一種缺點(diǎn)。 通過(guò)在以下描述和后附權(quán)利要求中公開(kāi)的特征，可以實(shí)現(xiàn)上述目的。 本發(fā)明的另一目的是提供一種電離輻射的非同位素生成方法，以及 在實(shí)踐該方法時(shí)所采用的設(shè)備。
通過(guò)一種使游離電子云在脈沖激光的作用下以非放射性的方式產(chǎn)生 電離輻射的方法，實(shí)現(xiàn)上述目的。因此，以上述方式提供的電離輻射的 輸出功率比采用放射性同位素的方式高出許多倍，從而大大縮短了測(cè)錄 特定數(shù)據(jù)量的時(shí)間，使成本得以降低。該方法未使用放射性同位素，因 而不需要在處理放射性同位素和放射性廢物材料時(shí)所需的大面積檢査和 安全措施等。
實(shí)踐本發(fā)明的方法所采用的設(shè)備體現(xiàn)了電子、光電和物理領(lǐng)域中的 現(xiàn)有技術(shù)和新技術(shù)的結(jié)合。
在油氣行業(yè)中，當(dāng)需要進(jìn)行測(cè)錄時(shí)(例如測(cè)錄地下結(jié)構(gòu))，這種提供鉆井下的高強(qiáng)度電離輻射而無(wú)須使用放射性材料的能力非常有利。
在第一方面中，本發(fā)明具體涉及一種在井下生成非放射性電離輻射
的方法，該電離輻射設(shè)置成能從鉆孔周圍產(chǎn)生反射，特別是x光和/或伽
馬幅射，該方法的特征在于包括以下步驟 -形成激光；
-將激光導(dǎo)入多級(jí)激光增強(qiáng)器；
-通過(guò)泵型激光光源而激發(fā)激光，以形成脈沖激光，入射光的能量 集中在受限的激光脈沖上，表現(xiàn)出比激光的連續(xù)通量更高的光能
-在真空室內(nèi)形成游離電子集合(concentration); -將脈沖激光聚焦在游離電子集合內(nèi)的一點(diǎn)，以便形成脈沖電子場(chǎng) (尾場(chǎng))，該脈沖電子場(chǎng)(尾場(chǎng))在產(chǎn)生韌致輻射時(shí)向周圍發(fā)出電
離輻射，從而在伽馬和/或X射線頻率范圍內(nèi)形成來(lái)自周圍的高能
量的反射。
優(yōu)選地，所述脈沖激光的頻率在飛秒范圍內(nèi)。
有利地，所述游離電子集合在熱陰極和陽(yáng)極之間形成電子云。可選 地，所述游離電子集合在加熱固體直至形成稠密等離子體時(shí)形成。
優(yōu)選地，通過(guò)將所述脈沖激光聚焦在固體表面的緊鄰附近來(lái)加熱該 固體。
在第二方面中，本發(fā)明具體涉及用于在井下生成非放射性電離輻射 的設(shè)備，所述電離輻射設(shè)置成能夠在鉆孔周圍產(chǎn)生反射，特別是X射線 和/或伽馬輻射，該設(shè)備的特征在于包括
-激光光源；
-多級(jí)增強(qiáng)器；
-脈沖型激光光源，其連接到所述增強(qiáng)器并被共同設(shè)置成能夠形成 脈沖激光，
受限激光脈沖的光能量高于所述激光光源形成的激光的連續(xù)通量；
-真空室，其包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)置成能夠形成游離電子集合的裝置； -設(shè)置成能夠通過(guò)增強(qiáng)器將激光從激光光源引導(dǎo)至真空室的裝置；-設(shè)置成能夠?qū)⒚}沖激光聚焦在游離電子集合內(nèi)的一點(diǎn)的裝置；
-設(shè)置成能夠向環(huán)繞所述設(shè)備的周圍發(fā)出電離輻射的裝置；所述電 離輻射在游離電子集合內(nèi)產(chǎn)生韌致輻射時(shí)形成。
優(yōu)選地，所述脈沖型激光光源被設(shè)置成能夠以飛秒(10_15秒)范圍 內(nèi)的頻率形成脈沖激光。
有利地，所述設(shè)置成能夠引導(dǎo)激光的裝置由多個(gè)鏡子組成?？蛇x地， 所述裝置由光纖組成。
有利地，所述設(shè)置成將脈沖激光聚焦在游離電子集合內(nèi)的一點(diǎn)的裝 置為一凹鏡?？蛇x地，所述裝置由透鏡結(jié)構(gòu)組成。


優(yōu)選實(shí)施方式的實(shí)施例在以下進(jìn)行描述并且在附圖中示出，附圖中 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的置于鉆井中的設(shè)備；
圖2放大地示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一實(shí)施方式實(shí)施例的真空 室，該真空室具有形成在陰極和熱陽(yáng)極之間的電子云；以及
圖3放大地示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二實(shí)施方式實(shí)施例的真空 室，該真空室具有由固體的過(guò)熱等離子體形成的電子云。
具體實(shí)施例方式
首先參照?qǐng)D1，其中附圖標(biāo)記1所表示的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備被置于 地下結(jié)構(gòu)5的鉆孔3中。
設(shè)備1設(shè)有外罩8,外罩8與一本身公知的裝置(未示出)連接， 該裝置用于在鉆孔3中通過(guò)纜繩9來(lái)定位和移動(dòng)所述設(shè)備。
設(shè)備1設(shè)有設(shè)置成能夠發(fā)出光射線14的激光光源11、多級(jí)激光增強(qiáng) 器12、以及泵型激光光源13，泵型激光光源13設(shè)置成與激光增強(qiáng)器12 共同增強(qiáng)光射線14，并從激光增強(qiáng)器12的輸出端12a提供頻率在飛秒范 圍內(nèi)的脈沖激光14a。設(shè)備1還具有被設(shè)置成能夠形成游離電子集合(也 稱電子云)的真空室15。多個(gè)鏡子17被設(shè)置成能夠?qū)⒓す?4、 14a從激 光光源11引導(dǎo)至激光增強(qiáng)器12，以及從激光增強(qiáng)器12引導(dǎo)至裝置17a(例如此處所示的凹鏡)以便將脈沖激光Ma聚焦在電子云16中的一點(diǎn)。 設(shè)備1還包括檢測(cè)器18，檢測(cè)器18以本身公知的方式設(shè)置成能夠 檢測(cè)來(lái)自周圍的電離輻射，更具體是來(lái)自受測(cè)錄的地下結(jié)構(gòu)5的電離輻 射。通過(guò)屏蔽件19，檢測(cè)器18不受來(lái)自設(shè)備1的輻射源的直接電離輻射 的影響，所述輻射源為電子云16。
設(shè)備1還包括信號(hào)通信裝置(未示出)，信號(hào)通信裝置用于設(shè)備1的 有效(active)單元ll、 12、 13、 15、 18之間的信號(hào)傳輸，或者一個(gè)或多 個(gè)所述單元與地面上的控制及記錄單元(未示出)之間的信號(hào)傳輸。這 些裝置可以包括導(dǎo)線，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯然也可采用無(wú) 線傳輸。
參照?qǐng)D2，其中更加詳細(xì)地示出了真空室的第一實(shí)施方式實(shí)施例15a。 熱陰極21和陽(yáng)極22連接到電壓源(未示出)，以便在陰極21和陽(yáng)極22 之間以本身公知的方式建立和維持電勢(shì)。陰極21具有連接到能量源(未 示出，例如電源)的加熱元件23。真空室15以本身公知的方式被設(shè)置成 用于維持內(nèi)部指定的合適負(fù)壓，真空室15的壁24以壓力密封的方式接 合，陰極21、陽(yáng)極22和加熱元件23所需的流體傳送管道的襯套也采用 壓力密封。真空室15包括窗口25，窗口 25可以透過(guò)呈脈沖激光14a和 電離輻射28形式的輻射。
當(dāng)加熱陰極21并在陰極21和陽(yáng)極22之間施加電勢(shì)時(shí)，熱陰極21 通過(guò)陰極材料的放熱而發(fā)射電子，從而在真空室15a中形成電子云16， 所發(fā)射的電子被吸引到帶正電荷的陽(yáng)極22。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，其中詳細(xì)地示出了真空室的第二實(shí)施方式實(shí)施例 15b。該實(shí)施方式示出了如前所述的相同類型的壓力密封和窗口。固體31 被置于真空室15b內(nèi)。在通過(guò)聚焦激光14a而產(chǎn)生過(guò)熱時(shí)，可形成對(duì)應(yīng) 于上述電子云16的具有游離電子的等離子體32。
當(dāng)采用激光14a照射電子云16時(shí)，電子將會(huì)被推開(kāi)，如同船只在水 中行駛時(shí)水被推開(kāi)。當(dāng)光脈沖通過(guò)后，電子將會(huì)返回，從而形成所謂的"尾 場(chǎng)"(wakefield)。激光射線14a周邊區(qū)域的這種被規(guī)則推動(dòng)的電子運(yùn)動(dòng)以 本身公知的方式產(chǎn)生韌致輻射，韌致輻射又誘發(fā)電離輻射28。電離輻射28被導(dǎo)向周圍，即鉆孔3的地下結(jié)構(gòu)5的周圍，從而產(chǎn)生呈X射線和/ 或伽馬輻射形式的反射，該反射可通過(guò)檢測(cè)器18進(jìn)行檢測(cè)。
當(dāng)采用本發(fā)明的第二實(shí)施方式實(shí)施例時(shí)，脈沖激光14a被聚焦在固 體31上，被照射的區(qū)域產(chǎn)生強(qiáng)熱，形成游離電子的稠密等離子體32。按 照上述針對(duì)電子云16的相同方式，脈動(dòng)激光14a生成電離輻射28。
因此，為了繪制地下結(jié)構(gòu)5和其中包含的流體，以常規(guī)方式對(duì)被檢 測(cè)的反射進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)和分析。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，根據(jù)本發(fā)明用于提供電離輻射 的本方法和設(shè)備是不限于測(cè)錄作業(yè)的，還可用于具有封閉空間和能源供 應(yīng)可能有限的多個(gè)領(lǐng)域。
而且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，本發(fā)明以快速而且無(wú)風(fēng)險(xiǎn) 的方式提供了所需的輻射強(qiáng)度。與利用傳統(tǒng)的基于同位素的方法相比， 本發(fā)明使得指定的研究能夠以更短的時(shí)間完成。其中這是因?yàn)樵趯?shí)施此 處所討論類型的研究的前后無(wú)須處理放射性同位素的情況下，可以增加 輻射強(qiáng)度而不會(huì)給周圍環(huán)境帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用于在井下生成非放射性電離輻射(28)的方法，所述電離輻射(28)被設(shè)置成能夠從鉆孔(3)的周圍(5)產(chǎn)生反射，特別是X射線和/或伽馬輻射，該方法的特征在于包括以下步驟-形成激光(14)；-將所述激光導(dǎo)入多級(jí)激光增強(qiáng)器(12)；-通過(guò)泵型激光光源(13)激發(fā)激光，以形成脈沖激光(14a)，入射光的能量集中在受限的激光脈沖上，表現(xiàn)出比激光(14)的連續(xù)通量更高的光能量；-在真空室(15)內(nèi)形成游離電子(16，32)的集合；-將脈沖激光(14a)聚焦在游離電子(16，32)集合內(nèi)的一點(diǎn)，以便形成脈沖電子場(chǎng)(尾場(chǎng))，該脈沖電子場(chǎng)(尾場(chǎng))在韌致輻射產(chǎn)生時(shí)向周圍(5)發(fā)出電離輻射(28)，從而在伽馬和/或X射線頻率范圍內(nèi)形成來(lái)自周圍(5)的高能量的反射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光的頻率 在飛秒范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述游離電子集合在 熱陰極(21)和陽(yáng)極(22)之間形成電子云(16)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述游離電子集合在 加熱固體(31)直至形成稠密等離子體(32)時(shí)形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過(guò)將脈沖激光(14a) 聚焦在固體(31)表面的緊臨附近來(lái)加熱該固體(31)。
6. —種用于在井下生成非放射性電離輻射(28)的設(shè)備(1)，所述 電離輻射(28)被設(shè)置成能夠從鉆孔(3)的周圍(5)產(chǎn)生反射，特別 是X射線和/或伽馬輻射，所述設(shè)備(1)的特征在于包括-激光光源(11); -多級(jí)增強(qiáng)器(12);-脈沖型激光光源(13)，其連接到所述增強(qiáng)器(12)并共同設(shè)置成能夠形成脈沖激光(14a)，受限激光脈沖的光能量高于所述激光光源(11)形成的激光(14)的連續(xù)通量； -真空室(15)，其包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)置成能夠形成游離電子(16，32)的集合的裝置(21， 22， 31); -設(shè)置成能夠通過(guò)所述增強(qiáng)器(12)將所述激光(14)從所述激光光源(11)引導(dǎo)至所述真空室(15)的裝置(17); -設(shè)置成能夠?qū)⑺雒}沖激光(14a)聚焦在所述游離電子(16， 32)的集合內(nèi)的一點(diǎn)的裝置(17a);以及 -設(shè)置成能夠向環(huán)繞所述設(shè)備(1)的周圍(5)發(fā)出電離輻射(28)的裝置(25);所述電離輻射(28)在游離電子(16)的集合內(nèi)產(chǎn)生韌致輻射時(shí)形成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述脈沖型激光光源 (13)被設(shè)置成能夠以飛秒(10'15秒)范圍內(nèi)的頻率形成脈沖激光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)置成能夠引導(dǎo) 激光(14，14a)的裝置(17)由多個(gè)鏡子組成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)置成能夠引導(dǎo) 激光(14, 14a)的裝置(17)由光纖組成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)置成能夠?qū)?所述脈沖激光(14a)聚焦在游離電子(16)的集合內(nèi)的一點(diǎn)的裝置(17a) 為一凹鏡。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)置成能夠?qū)⒚} 沖激光(14a)聚焦在游離電子(16， 32)的集合內(nèi)的一點(diǎn)的裝置(17a) 為透鏡結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于在井下生成非放射性的電離輻射(28)的方法，所述電離輻射(28)被設(shè)置成能夠從鉆孔(3)的周圍(5)產(chǎn)生反射，特別是X射線和/或伽馬輻射，其中所述方法包括以下步驟在多級(jí)激光增強(qiáng)器(12)中通過(guò)泵型激光光源(13)激發(fā)激光(14)，以形成脈沖激光(14a)，入射光的能量集中在受限的激光脈沖上，受限激光脈沖表現(xiàn)出比激光(14)的連續(xù)通量更高的光能量；在真空室(15)內(nèi)形成游離電子(16，32)的集合；將脈沖激光(14a)聚焦在游離電子(16，32)的集合內(nèi)的一點(diǎn)，以便形成脈沖電子場(chǎng)(尾場(chǎng))，該脈沖電子場(chǎng)在韌致輻射產(chǎn)生時(shí)向周圍(5)發(fā)出電離輻射(28)，從而在伽馬和/或X射線頻率范圍內(nèi)形成來(lái)自周圍(5)的高能量的反射。本發(fā)明還提供了在實(shí)踐所述方法時(shí)所采用的設(shè)備(1)。
文檔編號(hào)E21B47/10GK101542319SQ200780043026
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月20日
發(fā)明者菲爾·蒂格 申請(qǐng)人:威蘇雷有限公司