генератор нейтронов в герметичной трубке, содержащий встроенный детектор связанных альфа-частиц для скважинного каротажа

Формула изобретения

1. Генератор нейтронов в герметичной трубке со встроенным детектором сопутствующих -частиц (-ГНГТ), предназначенный для каротажа скважин, содержащий герметичную оболочку 1, которая имеет продольную ось, источник ионов Пеннинга 3, источник газа 7В, ускоряющий электрод 5 и мишень 12, причем источник ионов Пеннинга 3 и ускоряющий электрод 5 установлены в газонепроницаемой оболочке 1 соосно с ее осью, источник газа 7В закреплен в камере для источника газа в газонепроницаемой оболочке 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит цилиндрическую камеру 10 для мишени, в которой в центральной выемке на нижнем основании 10D закреплена мишень 12, блок 4 вывода и фокусировки ионного пучка, расположенный между источником ионов Пеннинга 3 и ускоряющим электродом 5, трубку 6 для дрейфа ионного пучка, посредством которой газонепроницаемая оболочка 1 и камера 10 для мишени соединены соосно с упомянутой осью; блок 9 сцинтилляционных -детекторов, состоящий из n (где n - целое число больше 1) отдельных малых сцинтилляционных -детекторов, окружающих упомянутую ось и установленных между верхним основанием 10В и мишенью 12 в камере 10 для мишени, и коллиматор 11 -частиц, установленный между -детектором 9 и мишенью 12 в камере 10 для мишени.

2. Генератор нейтронов в герметичной трубке со встроенным детектором сопутствующих -частиц (-ГНГТ), предназначенный для каротажа скважин, содержащий герметичную оболочку 1, которая имеет продольную ось, источник ионов Пеннинга 3, источник газа 7В, ускоряющий электрод 5 и мишень 12, причем источник ионов Пеннинга 3 и ускоряющий электрод 5 установлены в газонепроницаемой оболочке 1 соосно с ее осью, источник газа 7В закреплен в камере для источника газа в газонепроницаемой оболочке 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит цилиндрическую камеру 10 для мишени, в которой в центральной выемке в нижнем основании 10D закреплена мишень 12, блок 4 вывода и фокусировки ионного пучка, расположенный между источником ионов Пеннинга 3 и ускоряющим электродом 5, трубку 6 для дрейфа ионного пучка, посредством которой газонепроницаемая оболочка 1 и камера 10 для мишени соединены соосно с упомянутой осью, блок 9 сцинтилляционного -детектора, расположенный между трубкой 6 для дрейфа ионного пучка и мишенью 12 и состоящий из множества фотоумножительных трубок 9D и интегрального кольцевого -сцинтиллятора 9В, выполненного на прозрачной жесткой подложке 9А, в качестве которой служит верхнее основание камеры 10 для мишени, и коллиматор 11 -частиц, установленный между -детектором 9 и мишенью 12 в камере 10 для мишени.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что дополнительно содержит газопоглотитель 8, закрепленный в камере 1 для источника газа.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что коллиматор 11 -частиц выполнен из множества круглых металлических пластинок с отверстиями разного диаметра, расположенных последовательно в соответствии с размером диаметра.

5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что блок вывода и фокусировки ионов содержит несколько линз, закрепленных последовательно и соосно с упомянутой продольной осью.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок 4 вывода и фокусировки ионов состоит из трех плоских линз 4А, 4В и 4С.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что упомянутые три плоские линзы включают в себя первую плоскую линзу 4А, являющуюся нижним основанием источника ионов Пеннинга 3, вторую плоскую линзу 4В, являющуюся круглой пластиной из термостойкого немагнитного металла с отверстием в центре, третью плоскую линзу 4С, представляющую собой колпак из немагнитной нержавеющей стали с отверстием в центре, который закреплен на источнике ионов Пеннинга 3.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отдельный малый -детектор 9 содержит сцинтиллятор 9В, профилированный стеклянный световод и фотоумножительную трубку 9D, причем стеклянный световод служит подложкой 9А для сцинтиллятора 9В, круглый конец стеклянного световода сплавлен с концом трубки 9С из сплава инвар, сцинтиллятор 9В выполнен на поверхности другого конца стеклянного световода, а другой конец трубки 9С из сплава инвар вварен в отверстие в верхнем основании 10В камеры 10 для мишени, и фотоумножительная трубка 9D вставлена в трубку 9С из сплава инвар.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что форма -сцинтиллятора 9В для отдельного малого -детектора 9 идентична части наружной поверхности усеченного конуса.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что форма -сцинтиллятора 9В для отдельного малого -детектора 9 идентична части наружной поверхности усеченной пирамиды.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отдельный малый -детектор содержит сцинтиллятор 9В, круглую стеклянную пластину и фотоумножительную трубку 9D, причем круглая стеклянная пластина служит подложкой 9А для сцинтиллятора 9В и сплавлена с одним концом трубки 9С из сплава инвар, сцинтиллятор 9В выполнен на наружной поверхности круглой стеклянной пластинки 9А, а другой конец трубки 9С из сплава инвар вварен в отверстие в верхнем основании 10В камеры 10 для мишени, и фотоумножительная трубка 9D вставлена в трубку 9С из сплава инвар.

12. Устройство по п.2, отличающееся тем, что жесткая прозрачная подложка 9А выполнена в форме воронкообразного стеклянного колпака, наружная и внутренняя поверхности которого соответствуют боковым поверхностям усеченного конуса или усеченной пирамиды, при этом узкий и широкий концы колпака приварены соосно к одному концу тонкой трубки 9С из сплава инвар и одному концу широкой трубки 10А из сплава инвар, соответственно, а другой конец широкой трубки 10А из сплава инвар приварен к нижнему основанию 10D камеры для мишени для образования камеры 10 для мишени, другой конец тонкой трубки 9С из сплава инвар продольно и соосно приварен к выходу трубки 6 для дрейфа ионного пучка на газопроницаемой оболочке 1, и фотоумножительные трубки 9D собраны с жесткой прозрачной подложкой 9А вокруг трубки 6А для дрейфа ионного пучка.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что фотоумножительные трубки 9D оптически связаны с наружной поверхностью прозрачной жесткой подложки 9А для -сцинтиллятора 9В посредством профилированного световода 9Е

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что фотоумножительные трубки 9D оптически связаны с наружной поверхностью прозрачной жесткой подложки 9А для -сцинтиллятора 9В посредством тонкого слоя прозрачной среды.

15. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что фотоумножительные трубки 9D имеют наклонную торцевую поверхность фотокатода.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к устройству для генерации нейтронов для каротажа скважин, в частности к генератору нейтронов в герметичной трубке, содержащему встроенный детектор сопутствующих -частиц (-ГНГТ), который может быть использован в устройстве для каротажа методом наведенной активности углерода и кислорода с применением принципа сопутствующих частиц и времени пролета для сбора данных, которые бы удовлетворяли специфическим требованиям каротажа.

Уровень техники

В радиоактивном каротажном зонде, работающем по методу наведенной активности углерода и кислорода, для генерации быстрых нейтронов (n) с энергией 14 МэВ путем ядерной реакции d+t->+n используется генератор нейтронов в герметичной трубке (ГНГТ). Известный ГНГТ, например, описанный в китайском патенте 2052573u, состоит из газонепроницаемого изолятора, электродов, газонепроницаемой оболочки, источника ионов Пеннинга, источника газа, ускоряющего электрода и мишени. При бомбардировке пласта нейтронами с энергией 14 МэВ индуцируется быстрое неупругое гамма-излучение углерода (4,43 МэВ) и кислорода (6,13 МэВ), и в идеальных условиях путем измерения гамма-спектра можно определить атомное соотношение углерод/кислород и, следовательно, нефтенасыщенность пласта.

Однако значения С/О, регистрируемые каротажным зондом с обычным ГНГТ, подвержены значительным ошибкам. Эти ошибки обусловлены в основном материалами обсаженной скважины (включая содержащийся в ней флюид), которые содержат большое количество элементов С, О, S и Са. Излучаемое ими гамма-излучение создает очень высокий фон для регистрируемого гамма-спектра. Кроме того, -излучение от захвата тепловых нейтронов (-захвата) также образует фон для неупругого -спектра. Этот фон оказывает отрицательное воздействие на регистрируемое отношение С/О. Несмотря на то что способ и устройство с использованием обычного ГНГТ в последнее время претерпели ряд усовершенствований, проблема осталась нерешенной.

В китайской заявке 93109244 описан каротажный зонд, работающий по методу наведенной активности углерода и кислорода, в котором для сбора данных используется принцип сопутствующих частиц и времени пролета. Это устройство в дальнейшем будет именоваться как КЗ-С/O-СЧВП. Как видно на фиг.1А, оно содержит ГНГТ с устройством 9 для обнаружения -сигнала (-ГНГТ), быстродействующие схемы синхронизации 25, -детектор на BaF₂ и другие обычные элементы, используемые в каротажных зондах. Устройство 9 для обнаружения -сигнала содержит множество малых -детекторов, которые окружают падающий ионный пучок, при этом каждый малый -детектор состоит из сцинтиллятора, световода и фотоумножительной трубки. При испытании данного прибора для каротажа было установлено, что он позволяет решить упомянутую выше проблему известного каротажного зонда и существенно повышает точность регистрируемого отношения С/О.

Как видно на фиг.1А и 1В, при ядерной реакции T(d,n)He, вызванной бомбардировкой ионами дейтерия по мишени, одновременно генерируются нейтрон с энергией 14 МэВ и связанная с ним -частица с энергией 3,6 МэВ, которая излучается в противоположном направлении. Направление -частицы задает последующую траекторию отдельного нейтрона. Когда нейтрон, излучаемый вперед, претерпевает неупругое рассеяние материалами (как материалом обсаженной скважины 18, так и пластом 16), окружающими -сцинтиллятор 17, излучается -излучение. Поперечные сечения материала 18 обсаженной скважины и анализируемого пласта 16 представляют собой два смежных кольца. Следовательно, при расположении -детектора 9 перед мишенью, за счет использования принципа сопутствующих частиц и времени пролета, можно исключить фон -спектра. Это объясняется следующим образом: допустим, что Tt представляет общее время пролета нейтрона и -частицы, индуцированной этим нейтроном. Поскольку скорость -частицы намного выше скорости нейтрона, то T_t может приблизительно представлять время пролета нейтрона Тn, a также расстояние от мишени до точки Р, в которой нейтроном индуцируется -частица. Поверхность, эквивалентную Тn, можно приблизительно преобразовать в сферическую форму. На фиг. 1А T₁ и Тr представляют две эквивалентные поверхности Тn для предварительного определения регистрируемой области пласта. На фиг.1В выходные сигналы альфа-детектора 9 конфигурируются дискриминатором с постоянной долей (ДПД) и направляются через блок задержки на старт-вход преобразователя время-амплитуда (ПВА); -излучение, генерированное неупругим взаимодействием нейтронов, преобразуется в энергетические спектры -детекторами 17 и 19, синхросигналы конфигурируются в ДПД и направляются через блок задержки на стоп-вход ПВА для получения пропорционального спектра времени пролета (ВП) на выходе (T_t) ПВА. Спектр ВП содержит вклады от времени пролета альфа-частицы и электронных схем, но если эти составляющие приблизительно постоянны, то спектры ВП приблизительно представляют собой относительные спектры времени пролета нейтрона. При использовании SCA для выбора T₁ и Тr в спектре ВП сигналы от участка между T₁ и Тr соответствуют -излучению, имеющему место в анализируемых областях пласта. При анализе продольного сечения этими областями будут области, окруженные кривыми T₁, Тr и лучами Т_D и Т_C, а также области, окруженные кривыми T₁, Тr и лучами T_A и Т_B. Упомянутые выше синхросигналы маршрутизируются на вентильный вход многоканального анализатора (МКА) для включения временного вентиля, энергетические сигналы в энергетическом -спектре маршрутизируются на Е-вход МКА, так что МКА регистрирует только энергетические сигналы -излучения, которое имеет место в заданной области пласта. Гамма-излучение, имеющее место в материалах обсаженной скважины, не регистрируется совсем. Это объясняется тем, что часть его не содержит сопутствующих -частиц (в области между лучами ТВ и ТС), а другая часть находится за рамками области, заданной T₁ и Тr (в области слева от T₁). С другой стороны, процедура, связанная с -захватом, является медленной - порядка 10 мкс, тогда как процедура, связанная с неупругой быстрой -частицей, быстрая - порядка наносекунды, основным же моментом используемого в данном случае принципа сопутствующих частиц времени пролета является быстрота совпадения. Его временное разрешение равно разности Тr -T₁, которая обычно составляет около 8-10 нc. Поэтому определение -захвата, вызванного тепловыми нейтронами, в МКА не является неизбежным, оно может происходить только время от времени.

Ключевым элементом КЗ-O/С-СЧВП является -ГНГТ, но в упомянутой выше китайской заявке не раскрыта его конкретная структура. В ней только сказано, что -ГНГТ, пригодный для использования в КЗ-O/С-СЧВП для каротажа, имеет особую структуру, очень отличающуюся от известного ГНГТ. Специалист в данной области не сможет изготовить -ГНГТ, пригодный для использования в КЗ-О/С-СЧВП, не приложив больших творческих усилий.

В частности, в упомянутой китайской заявке не раскрыта интегральная структура -ГНГТ, который можно использовать в описанном выше каротажном зонде, работающем на основе принципа сопутствующих частиц и времени пролета, форма выполнения деталей, связанных с ионным пучком, и конкретные параметры для проектирования и изготовления устройства обнаружения -сигнала и связанных с ним относительно малых -детекторов. Однако для получения качественного устройства для обнаружения -сигнала проектировщик должен соблюдать определенные стандарты, которые перечислены ниже:

(1) Детектор сопутствующих -частиц должен обладать следующими свойствами:

1. Иметь удовлетворительные геометрические параметры: т.е. иметь достаточно широкий стерадиан для приема сопутствующих -частиц; обладать способностью исключать материалы обсаженной скважины из анализа области пласта; оптимизированная и заданная область пласта должна располагаться вблизи и вокруг -сцинтиллятора; весь его корпус должен быть пригоден для использования в ограниченном пространстве обсаженной скважины.

2. Иметь удовлетворительные параметры сигнала: т.е. выходные сигналы должны иметь достаточно большую величину, чтобы можно было выделить шум и другие помехи; выходные сигналы должны иметь достаточно короткое время фронта, чтобы уменьшить погрешность синхронизации; должна быть обеспечена удовлетворительная поверхность равного удаления по времени пролета нейтрона.

3. Изготовление -детектора должно быть достаточно простым.

(2) Детектор сопутствующих -частиц обычно состоит из сцинтиллятора, световода (при необходимости) и блока фотоумножительной трубки.

1. Сцинтиллятор -детектора для -ГНГТ представляет собой очень тонкий слой материала, поэтому для его поддержки необходима прозрачная жесткая подложка. Получают сцинтиллятор следующим образом: осаждают тонкий слой неорганического сцинтиллятора (например, ZnS, Zn0) на поверхность выбранной подложки; последовательно наносят на него очень тонкие слои органической мембраны и пленки А1, затем их нагревают для удаления органической мембраны и, наконец, осаждают из паровой фазы слой пленки А1 для защиты сцинтиллятора от бомбардировки рассеянными ионами дейтерия. Слои сцинтиллятора и пленки А1 называют -сцинтиллятором. Для этой технологии изготовления необходимо, чтобы подложка имела открытую поверхность, например плоскую, или поверхность в форме усеченного конуса с большим углом раскрытия. Если поверхностью подложки является внутренняя поверхность стеклянной трубки, то очень трудно изготовить качественный -сцинтиллятор. Этот -сцинтиллятор должен иметь достаточную площадь и удовлетворительный стерадиан для приема -частиц.

2. Площадь фотокатода фотоумножительной трубки должна быть по возможности максимально приближенной к площади -сцинтиллятора. Скорость счета альфа-сигнала, принятого каждой фотоумножительной трубкой, может достигать 2 х 10⁵ - 3 х 10⁵ отсчетов в сек; такая высокая скорость счета требует, чтобы фотоумножительная трубка имела достаточно широкую площадь катода, например ее диаметр может быть больше 20 мм. Чтобы фотоумножительная трубка могла обеспечить сигналы достаточно большой величины, она должна иметь достаточно много динодов; это приводит к тому, что фотоумножительная трубка имеет довольно большую длину - больше 50 мм. Исходя из представленного выше описания и известной технологии изготовления высокотемпературных фотоумножительных трубок, пригодные блоки фотоумножительных трубок могут иметь объем больше 24 х 60 мм.

3. Как показано на фиг.2, размер и положение оптимизированной области анализируемого пласта зависят от расстояния S от мишени до центральной точки -сцинтиллятора (S обычно больше 300 мм), наружного диаметра W обсаженной скважины (W обычно около 200 мм), определяемой глубины F области пласта. Геометрические параметры -детектора зависят от его наружного диаметра D, внутреннего диаметра d, высоты Н сцинтиллятора, диаметра t_t мишени и среднего расстояния L между -сцинтиллятором и центральной точкой мишени. Если -сцинтиллятор имеет три геометрические свободы (D, d и Н), то можно легко обеспечить удовлетворительные геометрические параметры путем регулировки D, d, Н, L. Например, его форма может быть сходна с наружной поверхностью круглого усеченного конуса. Если -сцинтиллятор имеет две или меньше геометрические свободы, то трудно обеспечить удовлетворительные геометрические параметры, например, его форма может быть идентична внутренней поверхности полого цилиндра из стекла. В этом случае, когда d и Н принимают меньшее значение, -сцинтиллятор может иметь более широкий стерадиан, но анализируемая область пласта находится далеко от -детектора. Если S равно 300 мм, W равно 20 мм, чтобы получить приемлемые стерадиан и анализируемую область пласта, наружный диаметр -сцинтиллятора D должен быть больше 50 мм. Внутренний диаметр G стального корпуса обычно меньше, чем 90 мм, поэтому будет недостаточно пространства, окружающего полый цилиндр из стекла, чтобы разместить необходимые фотоумножительные трубки.

(3) Принцип сопутствующих частиц и времени пролета требует, чтобы диаметр мишени 12 был меньше 12 мм, и, учитывая необходимость установки камеры для мишени и фотоумножительных трубок, несущая длина ионного пучка в -ГНГТ должна быть намного больше, чем в обычном ГНГТ, поэтому для -ГНГТ необходим блок специальной конструкции, позволяющий выводить, фокусировать и передавать ионный пучок.

Кроме того, конструкция устройства 9 для обнаружения -сигнала в -ГНГТ 14, описанная в упомянутой выше китайской заявке, чрезвычайно сложная, технология ее изготовления очень трудоемкая, внутренние конструкционные материалы слишком массивные, большой объем газов легко высвобождается во время хранения и использования, что укорачивает срок службы такого -ГНГТ. Поэтому требуется дальнейшее усовершенствование.

В другом китайском патенте CN2264332Y раскрыт ГНГТ, содержащий -сцинтиллятор, для каротажа (см. фиг.3). Этот ГНГТ содержит -сцинтиллятор 9, приваренный между блоком мишени 12, и обычный ГНГТ без мишени. Альфа-сцинтиллятор 9 выполнен в форме полой цилиндрической трубки из стекла, на внутреннюю поверхность которой нанесен сцинтиллятор ZnS. Но в этом патенте не раскрыто, как объединить фотоуможительные трубки с -сцинтиллятором, чтобы получить легко используемый ГНГТ. Поскольку вокруг -сцинтиллятора нет достаточного пространства для размещения подходящих фотоумножительных трубок, то и не существует соответствующего способа изготовления -сцинтиллятора такого типа. Следовательно, это известный ГНГТ невозможно использовать в КЗ-С/O-СЧВП для удовлетворения специальных потребностей каротажа.

Кроме того, недостатком известных ГНГТ и -ГНГТ является то, что в их внутренний высокий вакуум может попадать воздух и неизбежно высвобождаются газы из его внутренних частей во время хранения и использования, что также укорачивает срок службы.

Сущность изобретения

В основу изобретения поставлена задача создания ГНГТ для каротажа скважин, который можно было бы использовать в КЗ-С/O-СЧВП, чтобы удовлетворить специальные требования каротажа, исключить отрицательное воздействие материалов обсаженной скважины и захвата тепловых нейтронов и таким образом повысить точность регистрируемого отношения углерод/кислород.

Еще одной задачей изобретения является создание -ГНГТ для каротажа, который можно использовать в КЗ-С/O-СЧВП и который удовлетворяет специфические требования каротажа, причем устройство для обнаружения -сигнала имеет форму встроенного кольцевого детектора. Такое устройство имеет простую конструкцию, содержит меньше внутренних материалов, отличается простым способом изготовления и имеет большую гибкость для установки фотоумножительных трубок.

Изобретение также нацелено на создание -ГНГТ для каротажа, который можно использовать в КЗ-С/O-СЧВП для удовлетворения специфических требований каротажа и который во время хранения и использования может поглощать просачивающийся внутрь воздух и газ, высвобождающийся из внутренних частей, что позволяет увеличить его срок службы.

Для решения первой задачи изобретения предложен генератор нейтронов в герметичной трубке, содержащий встроенный детектор сопутствующих -частиц для скважинного каротажа (-ГНГТ), который содержит герметичную оболочку 1, имеющую продольную ось, источник ионов Пеннинга 3, источник газа 7В, ускоряющий электрод 5 и мишень 12, при этом источник ионов Пеннинга 3 и ускоряющий электрод 5 жестко установлены в газонепроницаемой оболочке 1 вдоль ее оси, источник газа закреплен в камере для источника газа в газонепроницаемой оболочке 1; также предусмотрена цилиндрическая камера 10 для мишени, в которой мишень 12 закреплена в центральной выемке на нижнем основании 10D, блок 4 вывода и фокусировки ионного пучка, расположенный между источником ионов Пеннинга 3 и ускоряющим электродом 5, трубка 6 для дрейфа ионного пучка, посредством которой газонепроницаемая оболочка 1 и камера 10 для мишени соединены вдоль упомянутой оси; блок 9 сцинтилляционных -детекторов, который состоит из n (где n - целое число больше 1) отдельных малых сцинтилляционных -детекторов, окружающих упомянутую ось и установленных между верхним основанием 10В и мишенью 12 в камере 10 для мишени, и коллиматор 11 -частиц, установленный между -детектором 9 и мишенью 12 в камере для мишени.

Другую задачу изобретения решает генератор нейтронов в герметичной трубке, содержащий встроенный детектор сопутствующих -частиц для скважинного каротажа, который содержит герметичную оболочку 1, имеющую продольную ось, источник ионов Пеннинга 3, источник газа 7В, ускоряющий электрод 5 и мишень 12, причем источник ионов Пеннинга 3 и ускоряющий электрод 5 жестко установлены в газонепроницаемой оболочке 1 вдоль ее оси, источник газа 7В закреплен в камере для источника газа в газонепроницаемой оболочке 1; предусмотрены также цилиндрическая камера 10 для мишени, в которой мишень 12 закреплена в центральной выемке на нижнем основании, блок 4 вывода и фокусировки ионного пучка, расположенный между источником ионов Пеннинга 3 и ускоряющим электродом 5; трубка 6 для дрейфа ионного пучка, посредством которой газонепроницаемая оболочка 1 и камера 10 для мишени соединены вдоль упомянутой оси; сцинтилляционный -детектор 9, расположенный между трубкой 6 для дрейфа ионного пучка и мишенью 12, состоящий из множества фотоумножительных трубок 9D и встроенного кольцевого -сцинтиллятора, выполненного на прозрачной жесткой подложке, в качестве которой служит верхнее основание камеры 10 для мишени, и коллиматор 11 -частиц, установленный между -детектором 9 и мишенью 12 в камере 10 для мишени.

Для решения еще одной задачи изобретения предложен -ГНГТ для каротажа, имеющий конструкцию, идентичную описанным выше конструкциям -ГНГТ, за исключением того, что он дополнительно содержит газопоглотитель 8, установленный в -ГНГТ.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение описывается на примере предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемый чертежи, на которых

фиг. 1А изображает продольное сечение известного устройства для каротажа методом наведенной активности углерода и кислорода, в котором используется принцип сопутствующих частиц и времени пролета для сбора данных, а также обсаженную скважину,

фиг. 1В изображает функциональную структурную схему, иллюстрирующую электронные схемы для метода сопутствующих частиц и времени пролета,

фиг. 2 схематически изображает геометрические параметры -детектора и обсаженной скважины,

фиг. 3 изображает продольное сечение известного генератора нейтронов в герметичной трубке, содержащего встроенный -сцинтиллятор, для каротажа скважин,

фиг. 4А изображает продольное сечение -ГНГТ согласно первому варианту изобретения,

фиг. 4В изображает поперечное сечение -ГНГТ, показанного на фиг.4А, по линии F-F в направлении стрелок, где -сцинтиллятор расположен вдоль продольной оси камеры для мишени,

фиг. 4С изображает продольное сечение камеры для мишени -ГНГТ по третьему варианту изобретения,

фиг.5А изображает продольное сечение камеры для мишени в -ГНГТ по четвертому варианту изобретения,

фиг. 5В изображает поперечное сечение камеры для мишени по линии F-F в направлении стрелок, в котором -сцинтиллятор имеет кольцеобразную форму,

фиг.5С изображает продольное сечение камеры для мишени в -ГНГТ по пятому варианту, причем ее поперечное сечение по линии F-F в направлении стрелок показано на фиг.5В.

Обозначения на прилагаемых чертежах: 1 - газонепроницаемая оболочка, 1А - ножка с плоским торцем, 1В - высоковольтный газонепроницаемый изолятор, 1С - трубка из сплава инвар, 1D - верхнее поперечное основание, 1E - полая цилиндрическая трубка из стекла или керамики, 1F - низковольтный газонепроницаемый изолятор, 1G - нижнее поперечное основание, 1H - трубка из сплава инвар, 2 - металлический соединитель, 3 - источник ионов Пеннинга, 3А - ферромагнитная сборка, 3В - кольцо из стали для постоянных магнитов (SmCo5), 3С - антикатод, 3D - анод, 3Е - катод, 3F - кольцо из стали для постоянных магнитов (SmCo5), 3G - электрический изолятор, 3Н - электрический изолятор, 4 - блок вывода и фокусировки ионов, 4А - первая плоская линза, 4В - вторая плоская линза, 4С- третья плоская линза, 4D - керамические кольца, 5 - ускоряющий электрод, 6 - трубка для дрейфа ионного пучка, 6А - верхняя трубка для дрейфа ионного пучка, 6В - нижняя трубка для дрейфа ионного пучка, 6С - сварной шов, 7А - крышка из нержавеющей стали, 7В - источник газа, 8 - газопоглотитель, 9 - -детектор, 9А - прозрачная подложка для -сцинтиллятора, 9В - -сцинтиллятор, 9С - тонкая трубка из сплава инвар, 9D - фотоумножительная трубка, 9Е - световод, 10 - камера для мишени, 10А - широкая трубка из сплава инвар, 10В - верхнее основание камеры для мишени, 10С - стенка камеры для мишени, 10D - нижнее основание камеры для мишени, 11 - коллиматор -частиц, 12 - мишень, 13 - высоковольтный источник питания -ГНГТ, 14 - -ГНГТ, 15 - экран, 16 - анализируемый пласт, 17 - -сцинтиллятор, 18 - слой материала обсаженной скважины, 19 - блок -фотоумножительной трубки, 20 - электронные схемы, 21 - цементированная обсадная колонна, 22 - стальная обсадная колонна, 23 - скважинный флюид, 24 - корпус высокого давления, 25 - электроные схемы синхронизации, 26 - источник питания.

Подробное описание изобретения

Вариант 1

На фиг.4А и 4В показаны ножка 1А с плоским торцом, газонепроницаемый изолятор 1В, трубка 1С из инвара, верхнее поперечное основание 1D, полая цилиндрическая трубка 1Е из стекла или керамики, газонепроницаемый изолятор 1F, трубка 1G из инвара, нижнее поперечное основание 1Н и трубка 6А для дрейфа ионов, которые сварены или соединены сплавлением, образуя газонепроницаемую оболочку 1 с продольной осью, совпадающей с осью -ГНГТ. Ферромагнитная сборка 3А, кольца 3В, 3F из стали для постоянных магнитов, катоды 3С, 3Е и анод 3D вместе образуют источник ионов Пеннинга 3, который закреплен на газонепроницаемой оболочке 1 соосно с осью -ГНГТ с помощью металлического соединителя 2. Анод 3D соединен с центральным проводом одного газонепроницаемого изолятора 1В с помощью проводящего стержня, закрепленного в электрическом изоляторе 3G.

Блок 4 вывода и фокусировки ионов расположен на одной оси между источником ионов Пеннинга 3 и ускоряющим электродом 5. Блок 4 содержит несколько плоских линз, расположенных соосно с упомянутой осью. В данном варианте использованы три плоские линзы. Первая плоская линза 4А является перфорированным нижним основанием источника ионов Пеннинга 3, третья плоская линза 4С является торцевой крышкой из нержавеющей стали с центральным отверстием и закреплена на источнике ионов Пеннинга. Вторая плоская линза 4В представляет собой кольцо из нержавеющей стали с центральным отверстием, она зажата между двумя керамическими кольцами 4D, которые зажаты первой линзой 4А и третьей линзой 4С соосно с упомянутой осью. Линза 4В соединена с центральным проводом в другом газонепроницаемом изоляторе с помощью соединителя, который закреплен в электрическом изоляторе 3Н. Энергию и направление ионов, излучаемых источников ионов 3, нельзя выразить аналитической функций, но можно получить их аналог с помощью метода Монте-Карло. Мишень 12 и ускоряющий электрод 5 имеют потенциал Земли, положительный ускоряющий потенциал около 120 кВ относительно земли прикладывается к катодам 3С, 3Е источника ионов Пеннинга 3 и к третьей плоской линзе 4С, положительный ионизирующий потенциал около 2000 В постоянного тока относительно катода 3С прикладывается к аноду 3D, отрицательный фокусирующий потенциал около 3000 В постоянного тока относительно катода 3С прикладывается ко второй плоской линзе 4В. Диаметр мишени 12 составляет около 10 мм, расстояние от третьей плоской линзы 4С до мишени 12 составляет около 200 мм. Программа ионной оптики используется для регулировки диаметра отверстий плоских линз 4А, 4В и 4С и ускорительного электрода 5, а также зазоров между ними, чтобы обеспечить соответствующую интенсивность ионного пучка и точность его ударения.

Крышка 7А из нержавеющей стали, трубка 1С из инвара, нижнее поперечное основание 1G и трубка 6А для дрейфа ионного пучка образуют камеру, которая соединена с землей, источник газа 7В и газопоглотитель 8 закреплены в этой камере, чтобы защитить их от бомбардировки заряженными частицами. Конструкция газопоглотителя 8 идентична конструкции источника газа, но она дегазируется с помощью высокой температуры после того, как дейтерий или дейтерий-тритиевая смесь была абсорбирована источником газа 7В.

Трубка 6В для дрейфа ионного пучка приварена одним концом в круглое центральное отверстие верхнего основания 10В, причем на верхнем основании 10В имеется множество круглых отверстий вокруг центрального отверстия, в каждое из которых приварен отдельный малый -детектор с другой стороны верхнего основания 10В. Мишень 12 закреплена в центральной выемке нижнего основания 10D. Коллиматор 11 -частиц установлен на нижнем основании 10D. Верхнее основание 10В, стенки 10С камеры для мишени и нижнее основание 10D приварены друг к другу и образуют камеру 10 для мишени. Трубка 6А для дрейфа ионного пучка на газонепроницаемой оболочке 1 приварена своим концом соосно к концу трубки 6В для дрейфа ионного пучка на камере 10 для мишени, чтобы образовать не образующий газов -ГНГТ.

N (в данном варианте n=4) отдельных малых -детекторов 9, смонтированных на верхнем основании и окружающих продольную ось камеры 10 для мишени, образуют блок -детектора, имеющий кольцевой контур, который именуется просто как кольцевой -детектор. Каждый -детектор содержит сцинтиллятор 9В, профилированный световод особой формы и фотоумножительную трубку 9D, причем профилированный стеклянный световод используется в качестве подложки 9А для сцинтиллятора 9В, выполненного на профилированной торцевой поверхности стеклянного световода. Эта профилированная торцевая поверхность идентична части боковой поверхности усеченного конуса, и совокупность множества торцевых поверхностей выглядит как полная или почти полная боковая поверхность усеченного конуса (см. фиг. 4В). Другой круглый конец профилированного стеклянного световода приварен к одному концу трубки 9С из инвара, а другой конец этой трубки 9С вварен в отверстие основания 10В камеры с мишенью, и фотоумножительная трубка 9D расположена в трубке 9С из инвара.

Коллиматор 11 -частиц установлен между кольцевым -детектором 9 и мишенью 12 в камере для мишени. Коллиматор 11 выполнен из множества круглых пластинок из нержавеющей стали, которые имеют отверстия разного диаметра. Круглые пластинки собраны вместе в соответствии с размером диаметров отверстий и образуют приблизительно конический канал, через который пропускаются быстрые сопутствующие -частицы в заданном стерадиане от мишени 12 в -детектор 9, а рассеянные -частицы не пропускаются в -детектор.

И наконец, для ясности следует отметить, что удаление газов из элементов конструкции, а также из всего устройства, поглощение газов источником газа и откачка через ножку с плоским торцом реализуются известными методами.

Описанный выше вариант -ГНГТ обеспечивает выход нейтронов около 10⁷ отсчетов в сек, что удовлетворяет требованиям КЗ-С/O-СЧВП. Если интервал для углерода составляет 3,17-4,65 Мэв, а интервал для кислорода 4,68-6,43 Мэв, разность между значением С/О, регистрируемым в стандартной скважине нефтяной залежи, и значением С/О, регистрируемым в стандартной скважине-водоисточнике, составит более 0,35.

Вариант 2

Конструкция -ГНГТ в этом варианте идентична конструкции в варианте 1 за исключением того, что поверхность стеклянной подложки 9А, на которой выполнен -сцинтиллятор 9В, идентична одной стороне усеченной пирамиды, а не усеченного конуса.

Вариант 3

Конструкция -ГНГТ в этом варианте идентична конструкции в варианте 1 за исключением поверхности стеклянной подложки 9А -сцинтиллятора 9В. Как показано на фиг. 4С, отдельный малый -детектор содержит сцинтиллятор 9В, круглую стеклянную пластинку и фотоумножительную трубку 9D, при этом круглая стеклянная пластинка используется в качестве подложки 9А сцинтиллятора 9В и приварена к одному концу трубки 9С из инвара. Сцинтиллятор 9В выполнен на наружной поверхности круглой стеклянной пластинки на сварном элементе, а другой конец трубки 9С из инвара вварен в отверстие в верхнем основании 10В камеры для мишени, при этом фотоумножительная трубка 9D расположена в трубке 9С из инвара.

Вариант 4

Конструкция -ГНГТ в этом варианте идентична конструкции в варианте 1 за исключением кольцевого -детектора 9 и камеры 10 для мишени. На фиг.5А показано, что -детектор 9 в этом варианте содержит один выполненный за одно целое -сцинтиллятор 9В и множество фотоумножительных трубок 9D. Подложка 9А -сцинтиллятора 9В представляет собой стеклянный воронкообразный колпак, наружная и внутренняя поверхность которого идентичны наружной поверхности усеченного конуса или усеченной пирамиды, и -сцинтиллятор 9В выполнен на внутренней поверхности сцинтиллятора 9В, как видно на фиг.5В. Стеклянная подложка 9А сплавлена своим узким концом с трубкой 9С из инвара, а широким концом с одним концом широкой трубки 10А из инвара, другой же конец трубки 10А из инвара приварен к нижнему основанию 10D, чтобы образовать камеру 10 для мишени. Другой конец трубки 9С из инвара приварен к наружному концу трубки 6А для дрейфа пучка в составе газонепроницаемой оболочки 1, чтобы получить не образующий газов -ГНГТ. Для обеспечения хорошей оптической связи используется профилированный световод 9Е. Один конец профилированного световода 9Е согласуется с фотоумножительной трубкой 9D, выбранной по поперечному сечению, а другой конец имеет поверхность, совпадающую с частью наружной поверхности стеклянной подложки 9А. Поскольку размер световода 9Е может изменяться в зависимости от необходимости, это позволяет собирать разное количество фотоумножительных 9D трубок или трубки разного типа.

Вариант 5

Как показано на фиг.5С, конструкция -ГНГТ в этом варианте идентична конструкции по варианту 4 за исключением того, что фотоумножительные трубки 9D собраны непосредственно на наружной поверхности стеклянной подложки 9А. Фотоумножительные трубки 9D имеют наклонную торцевую поверхность, что позволяет обеспечить прямую оптическую связь с наружной поверхностью подложки 9А, выполненной в форме воронкообразного стеклянного колпака, используя для этого разные средства, например прозрачный силиконовый каучук или т.п.