[發明專利]小口徑伽馬能譜測井裝置及數據采集傳輸和自穩方法

有效

• 申請號: 201510050477.5
• 申請日: 2015-02-02
• 公開（公告）號: CN104536056B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 焦倉文;程紀星;徐傳國;陸士立
• 申請（專利權）人: 核工業北京地質研究院
• 主分類號: G01V5/06
• 分類號: G01V5/06;G01V5/12;G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及測井領域，尤其涉及高精度測量放射性礦物含量的小口徑伽馬能譜測井裝置。

背景技術

自然伽馬能譜測井是在鉆孔內對巖石自然伽馬放射線進行能譜測量與分析，分別測定地層內鈾、釷、鉀含量來研究井剖面地層性質的測井方法。目前，國內伽馬能譜測井儀在石油工業的應用主要是通過自然伽馬能譜測井所測量的U、Th、K含量來識別巖性、研究沉積環境、生油層，尋找儲集層，確定粘土含量等目的，特點是含量測量范圍小、測井儀直徑大(一般大于90mm)。鈾礦勘查中由于鉆孔內放射性物質含量高，伽馬射線強，目前這些測井儀不適宜用于鈾礦勘查的測量要求。國外Mount Sopris、RG、Geovista等公司生產的自然伽馬能譜測井儀直徑大多在50mm-60mm之間，多采用BGO、NaI和BaLr3閃爍晶體探測器。我國一些熱液型鈾礦床屬于鈾、釷混合型礦床，對于此類礦床需要采用伽馬能譜測井方法分別測定礦石的鈾、釷含量，才能準確計算鈾的儲量，而且鉆孔裸眼直徑大都為60mm，因此需要開發小口徑伽馬能譜測井儀。

由于測井儀口徑小，晶體尺寸小，導致晶體探測到的伽馬射線少。為了提高測井效率，提出了實時連續測量的需求，對探測器探測效率、為減小死時間目的對信號高速采集、傳輸及自穩等提出了更高要求。伽馬能譜測井儀自動穩譜精度決定了核素含量的解算精度。伽馬能譜測井不同于車載伽馬譜儀、航空伽馬譜儀，后者在自動穩譜方面主要針對溫度引起的譜漂移問題，采用天然⁴⁰K的1.460MeV光電峰和²⁰⁸Tl的2.614MeV光電峰等作為基準進行穩譜，優點是沒有自穩源引起的本底。而鉆孔中進行伽馬能譜測井，晶體探測器更接近圍巖礦體，放射性強度變化劇烈，要求自動穩譜反應迅速，對于薄礦層尤其如此。

發明內容

本發明的目的是設計小口徑伽馬能譜測井裝置及數據采集、傳輸和自穩方法，用于測量礦床中放射性物質的含量。本發明要解決的另一個技術問題是減小儀器的死時間和快速自穩。

技術方案

本發明的小口徑伽馬能譜測井裝置的原理方框圖如圖1所示，具有：BGO閃爍晶體探測器、¹³³Ba自穩源、光電倍增管、第一放大器、極零相消電路、第二放大器、基線恢復電路、高壓模塊、自穩電路、采樣保持電路、閾值比較電路、A/D轉換電路、地址鎖存器、第一微處理器、雙端口RAM、第二微處理器、時基電路、溫度探測單元。

BGO閃爍晶體探測器探測周圍礦體產生的天然伽馬射線和¹³³Ba自穩源放出的伽馬射線，產生的信號經過光電倍增管放大，傳輸到第一放大器放大后，傳輸到極零相消電路后，再經第二放大器放大，到達基線恢復電路。經過基線恢復后，信號分兩路，分別到達采樣保持電路和閾值比較電路。閾值比較電路將輸入信號與設定的閾值進行比較，若信號大于閾值，則閾值比較電路產生選通脈沖，觸發采樣保持電路采集信號并整形。采樣整形信號傳輸到A/D轉換器，將模擬信號轉換為數字信號，根據信號幅度通過地址鎖存器映射到存儲器相應的地址存儲單元。采樣保持電路、閾值比較電路、A/D轉換電路、地址鎖存電路等構成一個硬件閉環系統。

采用雙端口RAM存儲器和雙CPU，分工協同完成高速伽馬脈沖采集、數據讀取以及自動穩譜等功能，并實時將譜數據發送到地面系統。

具體地，第一微處理器負責高速采集伽馬脈沖，包含自穩峰脈沖。其工作流程如圖2所示。

第一步，開機，初始化；

第二步，延時，使第二微處理器清空雙端口RAM的譜數據存儲區和設定譜采集時間；

第三步，判斷A/D轉換器是否有伽馬脈沖轉換完成中斷輸入？若無，則反復第三步；若有，則進行第四步；

第四步，讀取A/D轉換器的數據；

第五步，根據讀取的A/D轉換結果將其映射到雙端口RAM的相應譜道存儲區進行累加1；

第六步，判斷譜采集時間是否結束？若否，則返回到第三步；若是，則進行第七步；

第七步，切換能譜數據幀后，返回到第三步。

第二微處理器負責讀取并傳輸雙端口RAM存儲器中的譜數據及實現實時自穩控制。第二微處理器的工作流程如圖3所示。

第一步，開機，初始化；

第二步，清空雙端口RAM譜數據存儲區；

第三步，設定譜采集時間；

第四步，依據溫度探測單元讀數設定光電倍增管PMT的高壓初值；

第五步，判斷譜采集時間是否結束？若否，反復第五步；若是，進行第六步；