[發(fā)明專利]基于超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井技術(shù)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310440359.6
• 申請(qǐng)日: 2013-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN103711479A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯彬;王仁波;周書民;張雄杰;王海濤;陳銳;劉志鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華理工大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B49/00
• 分類號(hào): E21B49/00;G01V5/10
• 代理公司: 江西省專利事務(wù)所 36100
• 代理人: 胡里程

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于鈾礦勘探鉆孔的脈沖中子測(cè)井技術(shù)，也是一種基于超熱中子與熱中子比值的“鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井”技術(shù)。

背景技術(shù)

核測(cè)井是在鉆孔中開展的核輻射測(cè)量，是隨著當(dāng)代科技的發(fā)展，以及在礦產(chǎn)(特別是能源礦產(chǎn))勘查中的應(yīng)用而迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)尖端技術(shù)。核測(cè)井是利用地層巖石天然產(chǎn)生或人工誘發(fā)的放射性射線，研究射線沿鉆孔軸線(井軸)分布規(guī)律，進(jìn)而確定地層巖石中是否含有某些核素(元素)，并確定元素含量的一種無(wú)損探測(cè)方法。相比地面開展的核輻射測(cè)量，很多常規(guī)測(cè)量方法難以在井中實(shí)現(xiàn)。核測(cè)井必須克服鉆孔空間狹小、隨井深加大所伴隨的高溫高壓及其它條件約束。目前的核測(cè)井主要有γ測(cè)井、中子測(cè)井等，其中脈沖中子測(cè)井是利用小型可控中子發(fā)生器(氘氚或氘氘加速器制作而成)，以脈沖方式向井下地層巖石(達(dá)數(shù)千米)發(fā)射快中子，探測(cè)中子誘發(fā)的γ能譜、或原生中子或二次中子的時(shí)間譜，是一種先進(jìn)的核測(cè)井技術(shù)。

在鈾礦勘探領(lǐng)域，我國(guó)一直采用自然γ測(cè)井(總量型或能譜型)進(jìn)行鈾礦定量，因鈾元素并非γ核素(而是其衰變子體)，屬于“間接測(cè)鈾”技術(shù)；須經(jīng)巖性取樣與化學(xué)分析求取鈾與子體(特別是鐳及子體)的放射性平衡系數(shù)，以及釷系γ核素與⁴⁰K(鉀同位素)的γ射線份額，以此修正這些影響因素造成的鈾定量偏差；因而具有鉆探效率低、勘探成本高、鈾定量周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井是“直接測(cè)鈾”的一種鈾礦定量測(cè)井技術(shù)，在確定深部地層巖石的鈾含量時(shí)，甚至無(wú)需巖性取樣與化學(xué)分析。

因地層巖石的含鈾量較低，小型中子發(fā)生器產(chǎn)額難以提高，使中子誘發(fā)地層巖石²³⁵U裂變的核反應(yīng)率極低。因而，探測(cè)鈾裂變瞬發(fā)中子(或緩發(fā)中子)的脈沖中子測(cè)井技術(shù)現(xiàn)仍處于理論研究和實(shí)驗(yàn)階段。目前，鈾裂變瞬發(fā)中子(或緩發(fā)中子)測(cè)井還沒(méi)有研制國(guó)產(chǎn)儀器，美歐核大國(guó)的儀器產(chǎn)品一直限制出口我國(guó)。為此，本發(fā)明的主要目的在于：自主研發(fā)鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井技術(shù)、儀器關(guān)鍵部件與鈾礦定量方法，以便擺脫國(guó)外技術(shù)封鎖，促進(jìn)我國(guó)鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井盡快實(shí)用化，以替代現(xiàn)行鈾礦定量的自然γ測(cè)井技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“直接測(cè)鈾”及鈾礦定量解釋。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于研發(fā)了鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井的雙中子探測(cè)器與雙時(shí)間譜儀，并依據(jù)飽和礦層的雙中子時(shí)間譜，設(shè)計(jì)了鈾定量實(shí)時(shí)算法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于超熱中子與熱中子比值的鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井技術(shù)，該技術(shù)由小型可控中子發(fā)生器向鉆孔周圍的地層巖石發(fā)射快中子，也稱為原生中子。原生中子被地層巖石與鉆孔介質(zhì)相繼慢化為超熱中子與熱中子，熱中子誘發(fā)²³⁵U裂變并放射出鈾裂變瞬發(fā)中子，也稱為二次中子。二次中子又相繼慢化成為超熱中子與熱中子，并可再次誘發(fā)²³⁵U裂變，如此反復(fù)，從而由鈾裂變瞬發(fā)中子延長(zhǎng)了超熱中子消逝時(shí)間。當(dāng)原生中子慢化為熱中子后的任意t時(shí)刻，地層巖石中現(xiàn)存的超熱中子總量n_E(t)正比于現(xiàn)存的熱中子總量n_T(t)與鈾含量q_u，即n_E(t)∝n_T(t)·q_u。利用本發(fā)明公開的雙中子探測(cè)器和雙時(shí)間譜儀，自原生中子慢化為熱中子所對(duì)應(yīng)的t_≤200時(shí)刻到任意t時(shí)刻，測(cè)量超熱中子、熱中子的時(shí)間譜，并定義該時(shí)段的超熱中子、熱中子的衰減量比值為“E/T”比，最后以“E/T”比構(gòu)建基于飽和礦層的鈾定量實(shí)時(shí)算法。

在鉆孔中探測(cè)超熱中子、熱中子的雙中子探測(cè)器和雙中子時(shí)間譜儀內(nèi)部包含兩組正比計(jì)數(shù)管、包裹超熱中子探測(cè)器的聚乙烯中子慢化材料、包裹在慢化材料外的金屬鎘皮、探測(cè)器高壓電源、前置放大器、成形與甄別電路，以及記錄雙中子探測(cè)器輸出信號(hào)的脈沖計(jì)數(shù)器、時(shí)間譜分析與緩存電路；其中，探測(cè)器高壓電源與兩組正比計(jì)數(shù)管相連，兩組正比計(jì)數(shù)管輸出端分別與對(duì)應(yīng)的前置放大器相連，前置放大器輸出端與成形及甄別器相連；成形及甄別器輸出端與脈沖計(jì)數(shù)器相連，脈沖計(jì)數(shù)器輸出端連接時(shí)間譜分析與數(shù)據(jù)緩存電路；雙中子時(shí)間譜儀可分別記錄快中子和瞬發(fā)中子慢化而來(lái)的超熱中子和熱中子，也就是超熱中子和熱中子的時(shí)間譜；雙中子時(shí)間譜儀采用485總線與地面測(cè)井計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。