[發(fā)明專利]一種基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010179181.4
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111337990A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉軍濤;劉志毅;錢湘萍;蔡山清;田恒
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州大學(xué)
• 主分類號: G01V5/10
• 分類號: G01V5/10;G01V5/12
• 代理公司: 濟南知來知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37276
• 代理人: 曹麗

本發(fā)明公開了一種基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備與方法，涉及石油及天然氣勘探領(lǐng)域。該基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備，包括外殼，外殼呈圓筒狀，采用不銹鋼材料制成，厚度為5mm～11mm，外殼內(nèi)部自下到上設(shè)置有接口、脈沖中子源、中子源屏蔽體、探測器屏蔽體、X射線探測器、伽馬探測器和電子控制單元，充分利用中子與地層元素原子核作用產(chǎn)生的低能次生伽馬射線，激發(fā)地層中金(Au)、鈾(U)等元素的特征X射線；通過采集激發(fā)的特征X射線譜，分析Au、U的特征X射線，進行鉆孔內(nèi)地層Au、U礦的定性識別與定量測量。相對傳統(tǒng)的基于中子活化分析(PGNAA)金屬礦測井方法，本方法具有更低Au、U等金屬礦產(chǎn)的探測下限。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油及天然氣勘探領(lǐng)域，具體涉及一種基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備與方法。

背景技術(shù)

隨著礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)的不斷深入，找礦難度不斷加大，如何有效的提高勘查的深度、精度和分辨能力，對于促進資源勘探產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)找礦突破，緩解經(jīng)濟社會發(fā)展的資源供需矛盾，保障資源能源安全具有重大意義。鉆探是地質(zhì)普查工作的重要手段，而目前鉆探結(jié)果主要依賴于巖心取樣化學(xué)分析方法來獲取，其任務(wù)量大、經(jīng)濟性差、耗時長?；谥凶踊罨?PGNAA)的脈沖中子測井技術(shù)(CN 201710615018.6)，通過采集中子與金屬元素作用產(chǎn)生的伽馬射線，不僅可以實現(xiàn)近井眼礦物元素種類和含量的原位定量評價，還可以在鉆孔測井條件下計算礦層品位，確定礦層厚度，實時提供測量結(jié)果。

基于中子活化分析的金屬礦產(chǎn)測井技術(shù)，通過測量中子與地層元素作用產(chǎn)生的俘獲伽馬射線，可以測量鐵、銅、鎢、金等礦藏。與巖心取樣化學(xué)分析方法結(jié)果相比，井下脈沖中子測井基本能夠?qū)崿F(xiàn)半定量評價礦產(chǎn)品位。但是存在探測下限高，對于含量的較低的金屬元素?zé)o法識別的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述不足，提出了通過增設(shè)X射線探測器采集中子與地層作用產(chǎn)生的次生低能伽馬射線激發(fā)的特征X射線譜，通過X射線能譜分析，降低金屬礦產(chǎn)的探測下限的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備與方法。

本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：

一種基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備，包括外殼，外殼內(nèi)部自下至上設(shè)置有接口、脈沖中子源、中子源屏蔽體、探測器屏蔽體、X射線探測器、伽馬探測器和電子控制單元，探測器屏蔽體用于將X射線探測器、伽馬探測器與脈沖中子源部分屏蔽開，使中子通過地層作用后產(chǎn)生的射線進入伽馬探測器或X射線探測器；X射線探測器對應(yīng)外殼處設(shè)有窗口，有利于探測特征X射線，窗口處由高強度低密度物質(zhì)填充，電子控制單元包括能譜采集部、多道分析部和供電控制部。

優(yōu)選地，外殼呈圓筒狀，采用不銹鋼材料制成，厚度為5mm～11mm。

優(yōu)選地，X射線探測器為半導(dǎo)體探測器，記錄的射線能量為0.01～0.145MeV，伽馬探測器為晶體探測器，記錄射線能量為1～10MeV，伽馬探測器和脈沖中子源之間的距離為45～65cm。

優(yōu)選地，中子源屏蔽體由鋼制成。

優(yōu)選地，探測器屏蔽體是由碳化硼、鉛、鉬、聚乙烯組成的復(fù)合材料。

優(yōu)選地，脈沖中子源為D-T中子源。

一種基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井方法，采用如上所述的設(shè)備，測量過程為：

利用中子與地層作用釋放次生伽馬射線，而次生伽馬射線與礦產(chǎn)元素作用激發(fā)出特征X 射線，將設(shè)備貼近井壁測量，根據(jù)設(shè)備記錄的不同深度處的特征X射線能譜得到井下礦產(chǎn)元素的種類和含量信息；

次生伽馬射線是高能中子與地層發(fā)生非彈性散射和中子俘獲反應(yīng)并釋放的次生伽馬射線；

礦產(chǎn)元素是天然礦物或巖石資源所包含的有用元素；