自然伽馬能譜測井儀及其工作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及放射性測量設備領域，具體地說，特別涉及到一種測量巖石中鈾、釷、鉀等含量的自然伽馬能譜測井儀及其工作方法。
【背景技術】
[0002]自然伽馬測井是在井內(nèi)測量巖層的天然伽馬射線強度來研宄地質(zhì)問題的一種測井方法。巖石一般都含有不同數(shù)量的放射性元素，并且不斷地放出射線。利用這些規(guī)律，根據(jù)自然伽馬測井結(jié)果就有可能劃分出鉆孔的地質(zhì)剖面、確定砂泥巖剖面中砂巖泥質(zhì)含量和定性地判斷巖層的滲透性。
[0003]自然伽馬測井的一個直接用途是用來找出放射性礦產(chǎn)(鈾、釷等)，以及具有放射性的其他礦產(chǎn)，如鉀鹽。
[0004]自然伽馬測井儀器由井下儀器(探測器、放大器、高壓電源等)和地面儀器(控制、顯示等)組成。地層中的伽馬射線通過泥漿到達探測器，形成電信號，通過電纜到達地面儀器，對電脈沖數(shù)進行記錄。井下儀器在井眼中自下而上移動測量，就連續(xù)記錄不同深度巖層的自然伽馬強度，稱為自然伽馬測井曲線(GR)。
[0005]自然伽馬測井記錄的是能量大于10keV的所有伽馬光子造成的記數(shù)率或標準化讀數(shù)。它只能反映地層中所有放射性核素的總效應，而不能區(qū)分這些核素的種類，地層所能提供的信息沒有得到充分的利用。自然伽馬能譜測井(NGS)不但測量自然放射性造成的總計數(shù)率，而且伽馬射線的能量進行分類，根據(jù)射線能量的信息，可以確定地層鈾、釷、鉀的含量。自然伽馬能譜測井的應用主要有確定地層泥質(zhì)含量、研宄生油層、尋找高放射性儲集層、尋找頁巖儲集層、用Th/U研宄沉積環(huán)境、確定粘土礦物類型等。
[0006]自然伽馬能譜測井儀不但要測出伽馬射線的強度，而且要探測出伽馬射線的能量。由于井下溫度變化范圍很大，晶體和光電倍增管對溫度十分靈敏，溫度變化將引起輸出脈沖幅度的改變，導致譜信號記入錯誤的能窗，因此，穩(wěn)譜措施是自然伽馬能譜測井儀設計中很重要的一環(huán)。
[0007]能譜儀在使用過程中，探測器的發(fā)光效率，光電倍增管的增益，放大器的增益，高壓的穩(wěn)定性等會隨著環(huán)境溫度、溫度的改變而變化，能譜儀測得的能譜形狀及峰位會受到環(huán)境影響而發(fā)生漂移。為克服峰漂，需要峰漂校正(穩(wěn)譜)。常用的峰漂校正方法采用已知能量的參考源(內(nèi)置放射源、內(nèi)置LED發(fā)光模擬射線、天然本底譜特征峰等)，將參考源的信號選擇出來，通過對計數(shù)率的比較，調(diào)節(jié)放大器或高壓，補償有關變化，使參考源給出的信號幅度不變，從而使被測信號幅度也可穩(wěn)定，達到穩(wěn)譜的目的。調(diào)節(jié)放大器或高壓的參數(shù)要反復進行，穩(wěn)譜所需時間長，穩(wěn)譜精度低。
[0008]另外，內(nèi)置LED發(fā)光模擬射線穩(wěn)譜，只能補償光電倍增管的增益，放大器的增益，高壓變化帶來的峰漂，而探測器的發(fā)光效率變化帶來的峰漂沒有校正，穩(wěn)譜精度較低；內(nèi)置放射源穩(wěn)譜，放射源的使用會帶來監(jiān)管和安全等一系列問題；天然本底譜特征峰穩(wěn)譜，由于天然本底變化大，在天然放射性核素含量低的地區(qū)，穩(wěn)譜時間長，甚至無法穩(wěn)譜。
[0009]目前測井用的探測器主要是閃爍晶體探測器，以NaI晶體為主，也有少量Csl、BGO、GSO晶體。NaI晶體在能量分辨率及靈敏度還不足以保證測量數(shù)據(jù)的高精確度。BGO、LaBr3等探測效率和分辨能力更高的探測器將在測井中得到應用。
[0010]國內(nèi)以自然伽馬測井儀為主，自然伽馬能譜測井儀較少。自然伽馬測井只能反映地層中所有放射性核素的總效應，地層所能提供的信息沒有得到充分的利用。自然伽馬能譜測井不但測量自然放射性造成的總計數(shù)率，而且伽馬射線的能量進行分類，能提供更多的信息。用戶對自然伽馬能譜測井產(chǎn)品有很大的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明實際需要解決的技術問題之一是:針對現(xiàn)有技術中的不足，提供一種自然伽馬能譜測井儀，采用BGO或LaBr3(Ce)晶體探測器，靈敏度高、分辨率好，內(nèi)置天然物質(zhì)自動穩(wěn)譜，使用方便，主要測量井下巖石中的自然放射性造成的總計數(shù)率、天然鈾、釷、鉀的含量及分布數(shù)據(jù)資料。
[0012]本發(fā)明實際需要解決的技術問題之一是提供上述自然伽馬能譜測井儀的工作方法。
[0013]本發(fā)明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn):
[0014]自然伽馬能譜測井儀，包括探棒，操作臺及絞車電纜；所述探棒，包括第一外殼，以及設置在所述第一外殼內(nèi)的探測器和第一電子學系統(tǒng)；所述探棒與所述操作臺通過所述絞車電纜連接通訊；
[0015]所述探測器包括屏蔽外殼、以及安裝于所述屏蔽外殼內(nèi)的穩(wěn)譜裝置、探測元件、光導元件、光電倍增管和前置放大電路；所述穩(wěn)譜裝置位于所述探測元件前端，所述探測元件、光導元件、光電倍增管和前置放大電路依次互相連接，所述前置放大電路的輸出端與所述第一電子學系統(tǒng)的信號輸入端連接；
[0016]所述第一電子學系統(tǒng)包括放大器、多道分析器、第一控制器、第一存儲器、高壓電源和第一低壓電源；所述放大器的信號輸入端構(gòu)成所述第一電子學系統(tǒng)的信號輸入端，與所述前置放大電路的的信號輸出端連接；所述放大器的信號輸出端依次連接多道分析器和控制器；所述控制器與存儲器連接，所述低壓電源分別與探測器中的前置放大電路連接進行供電，與所述電子學系統(tǒng)中的放大器、多道分析器、控制器、存儲器連接進行供電，以及與高壓電源連接進行供電；所述高壓電源與所述探測器中的光電倍增管連接供電。
[0017]所述操作臺包括第二外殼，以及設置在所述第二外殼內(nèi)的第二電子學系統(tǒng)；所述第二電子學系統(tǒng)包括第二控制器、第二存儲器、顯示器和第二低壓電源；所述顯示器設置在所述操作臺的第二外殼上；所述低壓電源分別與第二控制器、第二存儲器、顯示器連接供電；所述探棒內(nèi)第一電子學系統(tǒng)的第一控制器與所述操作臺內(nèi)第二電子學系統(tǒng)的第二控制器通過所述絞車電纜連接通訊，其中
[0018]所述探測元件為BGO晶體或LaBr3(Ce)晶體中的一種；所述穩(wěn)譜裝置包括第三殼體以及設置于所述第三殼體中的穩(wěn)譜物質(zhì)，所述穩(wěn)譜裝置壓成餅狀，且放于所述第三殼體中。
[0019]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述探測元件為BGO晶體時，所述穩(wěn)譜物質(zhì)為含天然放射性核素鉀、鈾或釷的物質(zhì)。
[0020]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述探測元件為LaBr3 (Ce)晶體晶體時，所述穩(wěn)譜物質(zhì)為含天然放射性核素鈾或釷的物質(zhì)。
[0021]上述自然伽馬能譜測井儀的工作方法，包括如下步驟:
[0022]首先在0°C _20°C溫度下，采用多種標準源對所述的自然伽馬能譜測井儀進行能量刻度，取得所述探棒中的第一電子學系統(tǒng)的多道分析器道址(^與γ射線能量Ei的對應關系Ei= f (C J，并將其存儲于所述探棒中的第一電子學系統(tǒng)的第一存儲器中；
[0023]所述自然伽馬能譜測井儀具有后臺程序進行自動穩(wěn)譜，工作過程如下:
[0024]所述自然伽馬能譜測井儀開機自檢后，啟動后臺穩(wěn)譜，執(zhí)行以下動作:
[0025]I)采集開機后的能譜，采集時間為設定的時間t。；
[0026]2)在全譜范圍內(nèi)進行尋峰計算，得到穩(wěn)譜物質(zhì)所含天然放射性核素的特征Y射線的峰位Cp;若穩(wěn)譜物質(zhì)分別為含鉀、鈾、釷的物質(zhì)時，特征γ射線能量E。分別為1.46MeV、1.76MeV、2.62MeV ；
[0027]3)將Cp參數(shù)存儲在所述探棒中的第一電子學系統(tǒng)的第一存儲器中；
[0028]4)采集能譜，采集時間為設定的時間t。；
[0029]5)然后讀取存儲在所述探棒中的第一電子學系統(tǒng)的第一存儲器中的Cp參數(shù)，在Cp左右各η道，即Cp-n至Cp+n范圍內(nèi)進行尋峰計算，得到穩(wěn)譜物質(zhì)所含天然放射性核素的特征γ射線的新的峰位cp’ ；
[0030]6)令Cpii = Cp'，將Cpii參數(shù)存儲在所述探棒中的第一電子學系統(tǒng)的第一存儲器中，替換上次得到的穩(wěn)譜物質(zhì)所含天然放射性核素的特征γ射線(能量為Ε。)的峰位Cp;