Способ стабилизации энергетической шкалы каротажной радиометрической аппаратуры и устройство для его осуществления

Давыдов А.В., Коргуль Г.Г., Шампаров А.Г.  Авт. св. № 1106284, 1984

Изобретение относится к области ядерногеофизических методов исследования скважин и может быть использовано в геолого­разведочной практике при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.

Известны способы стабилизации энергетической шкалы радиометрической и спектрометрической аппаратуры без световых или гамма - реперов, основанные на сравнении скоростей счета регистрируемых ионизирующих частиц в двух или более энергетических интервалах спектра излучения. Недостатком таких систем стабилизации является высокая чувствительность к изменениям спектрального состава регистрируемого излучения при изменении физических условий измерений, а последнее является постоянным дестабилизирующим фактором каротажных исследований.

Реализация цели в устройстве достигается тем, что в устройство, содержащее соединенные последовательно основной сцинтилляционный блок детектирования гамма - излучения и блок амплитудной дискриминации сигналов, выход которого подключен к первому входу схемы определения отношения скоростей следования импульсов, выход которой соединен с входом схемы формирования сигнала регулирования, а выход последней подключен к управляющему входу основного сцинтилляционного блока детектирования, введен дополнительный сцинтилляционный блок детектирования гамма-излучения, выход которого подключен ко второму входу схемы определения отношения скоростей следования импульсов.

Сущность способа заключается в следующем. Основное влияние на стабильность энергетической шкалы радиометрического прибора со сцинтилляционным блоком детектирования и соответственно на точность измерений оказывает температурный фактор: изменение коэффициента усиления фотоумножителя сцинтилляционного счетчика на 10-15% при изменении температуры на 10°С.

При регистрации естественного гамма - излучения физические условия измерений (эффективный атомный номер горных пород, плотность пород, диаметр скважины и т.д.) по разному влияют на различные участки спектра излучения, причем максимальное влияние нелинейного характера они оказывают на низкоэнергетическое излучение (менее 200 кэв).

Низкоэнергетическая часть регистрируемого спектра излучения может быть срезана двумя методами: методом амплитудной селекции импульсов на выходе блока детектирования и методом поглощения низкоэнергетических гамма - квантов в защитном экране, причем, как это следует из проведенных исследований, проверенных практикой гамма - каротажа, влияние физических условий  измерений на остающуюся высокоэнергетическую часть регистрируемого спектра естественного излучения в обоих случаях тождественно в качественном и количественном отношении.

Важным фактором второго способа дискриминации низкоэнергетической части излучения является то обстоятельство, что при этом резко возрастает точность измерения плотности потока остающейся части высокоэнергетического излучения, т.к. энергетический порог регистрации блока детектирования может быть установлен порядка 20-30 кэв в области, где отсутствуют гамма-кванты излучения горной породы, поглощаемые в защитном экране, при этом температурные изменения порога регистрации даже в пределах до 100% изменяют регистрируемую скорость счета импульсов не более чем на 1-2%. Это обстоятельство и используется в предлагаемом способе стабилизации.

Из регистрируемого амплитудного спектра импульсов детектора, энергетическую шкалу преобразования которого требуется стабилизировать, проводится амплитудная селекция импульсов, соответствующих гамма - квантам с энергией выше 200-300 кэв. В зоне действия первого детектора помешается второй детектор, имеющий дополнительную защиту от низкоэнергетических гамма - квантов, и этим детектором одновременно с первым также проводится измерение регистрируемого излучения. Выделенные потоки импульсов обоих детекторов направляются на измерение отношения их средних скоростей следования. Так как оба потока импульсов соответствуют регистрации одной и той же высокоэнергетической части спектра излучения, то при изменении физических условий измерений их отношение остается величиной постоянной независимо от абсолютной величины потоков и может быть принято за базовое для стабилизации энергетической шкалы первого детектора. Для этого производится измерение среднего отношения интенсивности потоков импульсов в нормальных условиях при отсутствии  влияния дестабилизирующих факторов, электрический сигнал отношения соответствующим образом усиливается, формируется и преобразуется в сигнал обратной связи, который подается на вход управления коэффициентом преобразования сцинтилляционного блока детектирования. Собственно изменение коэффициента преобразования может производиться либо по цепи усиления сигнала путем изменения коэффициента усиления усилителя, либо по цепи питания фотоумножителя путем изменения общего напряжения фотоумножителя или напряжения питания одного из динодов.

В процессе работы при появлении дестабилизирующих факторов, например при изменении температуры, происходит изменение коэффициента энергетического преобразования первого детектора и сдвиг энергетического порога регистрации первого потока, при этом регистрируемое отношение потоков импульсов изменяется, и сигнал обратной связи производит изменение коэффициента преобразования первого блока детектирования таким образом, чтобы восстановить прежнее значение отношения интенсивностей потоков импульсов.

Функциональная схема устройства реализации способа приведена на чертеже. Устройство содержит основной I и дополнительный 2 сцинтилляционные блоки детектирования гамма - излучения, блок амплитудной дискриминации сигналов 3, схему 4 определения отношения скоростей следования импульсов и схему формирования сигнала регулирования 5, Выход блока детектирования I соединен с входом блока амплитудной дискриминации сигналов 3. Входы схемы 4 соединены с выходами блоков 2 и 3, а выход соединен с входом схемы 5, выход которой в свою очередь соединен с входом управления коэффициентом преобразования блока I. Сцинтилляционный блок детектирования I состоит из сцинтилляционного счетчика 6, предварительного усилителя импульсов 7, подключенного на вход счетчика 6, и источника напряжения питания сцинтилляционного счетчика 8. Схема определения отношения скоростей следования импульсов 4 выполнена в виде входных схем 9 и 10 формирователей импульсов и схемы измерителя среднего отношения входных потоков импульсов.

Устройство работает следующим образом. Гамма - излучение регистрируется сцинтилляционным счетчиком 6 и преобразуется в электрические импульсы, которые усиливаются усилителем 7. Блоком 3 из общего спектрального распределения сигналов на выходе блока I выделяются импульсы с энергетическим эквивалентом выше 200-300 кэв и направляются на один из входов схемы 4. На второй вход схемы 4 поступают импульсы с блока детектирования 4, детектор которого экранирован дополнительной свинцовой защитой от низкоэнергетического излучения.

Схема 4 производит измерение отношения интенсивностей входных потоков импульсов с усреднением по определенному временному интервалу для снижения статистических флюктуации выходного сигнала. При аналоговом принципе измерения отношения интенсивностей потоков в схеме II на выходе измерителя отношения осуществляется формирование стандартных сигналов схемами 9 и 10. С выхода схемы 4 сигнал поступает на усиление, формирование, и выделение сигнала обратной связи - сигнала регулирования, которое производится схемой 5. Как правило, схема 5 выполняется в виде дифференциального усилителя, на один из входов которого подается напряжение со схемы 4, а на втором входе устанавливается напряжение, соответствующее напряжению на входе схемы 4 при начальной установке энергетической шкалы в отсутствие дестабилизирующих факторов. С выхода схемы 5 сигнал регулирования поступает на вход управления коэффициентом преобразования блока I и является управляющим сигналом либо по цепи питания сцинтилляционного счетчика, либо по цепи усиления сигнала на выходе счетчика.

Устройство было испытано в полевых условиях на контрольной скважине в сравнении с известным устройством. Результаты сравнительных испытаний подтверждают преимущество предлагаемого способа, применение которого позволяет снизить уровень статистических флюктуации и исключить динамические искажения значений регистрируемой интенсивности, достигающие в случае использования способа - прототипа в резко дифференцированном по Zэфф поле 10-12% отн. ед. В качестве контрольного для сопоставления результатов использован каротаж, выполненный прибором СГСЛ-2, стабилизация шкалы в котором осуществляется с помощью светового репера.

Формула изобретения

I. Способ стабилизации энергетической шкалы каротажной радиометрической аппаратуры, включающий регистрацию первым детектором интенсивности потока высокоэнергетического гамма - излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно регистрируют интенсивность потока высокоэнергетического гамма - излучения, вторым детектором, экранированным от низкоэнергетического гамма - излучения, определяют отношение зарегистрированных первым и вторым детекторами интенсивностей потоков высокоэнергетического  гамма - излучения, нормируют величину полученного отношения к значению отношения, полученного аналогичным путем при отсутствии дестабилизирующих факторов, формируют сигнал рассогласования, в соответствии с которым производят регулировку коэффициента преобразования энергии гамма - излучения в амплитуду регистрируемых импульсов.

2. Устройство для стабилизации энергетической шкалы каротажной радиометрической аппаратуры, содержащее соединенные последовательно сцинтилляционный блок детектирования и блок амплитудной дискриминации сигналов, выход которого подключен к первому входу схемы определения отношения скоростей следования импульсов, выход которой соединен с входом схемы формирования сигнала регулирования, а выход последней подключен к управляющему входу основного сцинтилляционного блока детектирования, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, устройство дополнительно содержит дополнительный сцинтилляционный блок детектирования гамма - излучения, выход которого подключен ко второму входу схемы определения отношения скоростей следования импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США № 3767921,  кл. G01V 5/00, опублик. 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 764494, кл. G01V 5/12 (прототип).


Это фрейм страницы "Скважинныя геофизика".
Для просмотра всей страницы, нажмите здесь!

Об ошибках, предложениях и мертвых ссылках: davpro@yandex.ru
Copyright © 2007-2010 Davydov