一種雙探測器x射線螢光測井探管及方法
2023-11-07 17:25:57
一種雙探測器x射線螢光測井探管及方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙探測器X射線螢光測井探管及方法，主要包括探測窗口和激發探測系統，所述探測窗口包括光管準直器、D1準直器、D2準直器、鈹窗、光管S、探測器D1和探測器D2組成，光管S、探測器D1和探測器D2組成激發探測系統，光管S與工作電源連接，探測器D1和D2獨立與放大器、數位化多道脈衝幅度分析器、雙通道數據採集與控制器、接口電路、地面工作站依次連接。本發明解決了利用X射線管激發X射線螢光測井中井液校正的問題，提高了X射線螢光測井探管的輻射安全性。
【專利說明】一種雙探測器X射線螢光測井探管及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於地質勘查【技術領域】，涉及一種雙探測器X射線螢光測井探管及方法。
【背景技術】
[0002] 在X射線螢光測井中，井液對於激發源的初始射線和井壁中目標元素產生的特徵 X射線都有吸收和散射的作用，而且對不同能量的射線吸收係數不同。井液對初始射線和 特徵X射線的吸收，減小了目標元素特徵X射線螢光的計數率；而高能量的射線的散射作用 (大於目標元素特徵X射線能量），增加了測量譜線的散射本底，從而增加了儀器譜中特徵X 射線全峰計數率。因此在測井過程中，由於井液的存在改變了特徵X射線同目標元素含量 之間的線性，增加了 X射線螢光測井目標元素含量的誤差。
[0003] 同位素源激發的X射線螢光測井中對井液影響校正從兩方面解決。一方面是在 X射線螢光測井探管的硬體上，採用貼井壁裝置以儘可能減小探測窗與井壁之間的井液厚 度。另一方面，採用數學方法進行井液校正，提高X射線螢光測井中目標元素含量測量的精 確度。伍嶽、林玉飛、白雲生等推導了井液校正公式（CBWE)，並在模擬鑽孔中取得了較好的 應用效果；葛良全、周四春等人提出基於散射峰的井液校正方法，在Y411型X射線螢光測井 儀上得到使用。以上的研究都是基於正比計數器展開，限於探測器的能量解析度，其校準精 度較差。在"十一五"期間，在Y421型X螢光測井儀上也開展了井液校正方法的初步研究， 任翔、葛良全、張慶賢等人採用激發源的特徵反散射峰計算井液厚度並對測量元素的特徵X 射線計數率進行校正，取得了較好的校正效果。
[0004] X射線光管是目前常用的X射線螢光激發源，也是今後X射線螢光測井的首選激發 源。針對X射線光管激發X射線螢光測井的井液校正方法研究目前還未有相關的報導。與 同位素激發源不同，X射線光管輸出的譜線為連續譜，在X射線螢光測井儀器譜中特徵反散 射峰不明顯，因此基於反散射的井液校正方法，在X射線光管作為激發源的X射線螢光測井 中不能使用，需要研究針對X射線光管激發的X射線螢光測井的井液校正新方法。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種雙探測器X射線螢光測井探管 及方法，通過數據處理，可以有效校正井液對測量結果的影響，提高X射線螢光測井的精確 度與實用性。其技術方案如下：
[0006] 一種雙探測器X射線螢光測井探管，主要包括探測窗口和激發探測系統，所述探 測窗口包括光管準直器、D1準直器、D2準直器、鈹窗、光管S、探測器D1和探測器D2組成， 光管S、探測器D1和探測器D2組成激發探測系統，光管S與工作電源連接，探測器D1和D2 獨立與放大器、數位化多道脈衝幅度分析器、雙通道數據採集與控制器、接口電路、地面工 作站依次連接。由雙通道數據採集與控制器實現探測器D1和探測器D2的同步與數據採集， 並控制光管S工作。採集得到的譜數據由接口電路傳輸至地面工作站。
[0007] 進一步優選，探測器D1、探測器D2與光管S中心軸線相交於一點0,並且探測器D1 與探測器D2到0點等距離，光管S與管壁成45°，探測器D1與管壁成90°，探測器D2與 管壁成30°。
[0008] 進一步優選，所述準直器由純鋁製作。
[0009] 進一步優選，探測器D1和探測器D2採用Si-PIN電製冷探測器。
[0010] 一種雙探測器X射線螢光測井探管數據處理方法，包括以下步驟：
[0011] 1)由數據接收模塊接收到的譜數據進行分別處理，處理流程為譜線光滑、散射本 底扣除、元素特徵X射線淨峰面積計算，通過以上處理後，獲取井壁元素特徵X射線信息；
[0012] 2)對探測器D1與探測器D2獲取的元素特徵X射線淨峰面積進行分析，計算井壁 中的主量元素，並利用公式計算井液厚度；
[0013] 3)對探測器D1與探測器D2獲取的元素特徵X射線淨峰面積進行分析，計算井壁 中元素含量；
[0014] 4)利用步驟2中獲得的井液厚度，對元素含量進行井液校正，獲取最終測井含量。
[0015] 本發明的有益效果為：
[0016] 1.本發明解決了利用X射線管激發X射線螢光測井中井液校正的問題，提高了 X 射線螢光測井探管的輻射安全性。
[0017] 2.採用雙探測器進行譜線採集，並對測量譜線進行分析，計算出井液厚度，並對測 量得到的元素含量進行井液校正，提高X射線螢光測井的準確度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是X射線螢光測井探管功能區域圖；
[0019] 圖2是X射線螢光測井雙探測器機械結構圖，S為微型X射線管；D1為Si-PIN探 測器1 ;D2為Si-PIN探測器2;
[0020] 圖3是雙探測器X螢光測井探管核信號處理與數據採集結構圖；
[0021] 圖4是雙探測器X螢光測井探管數據處理流程圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。
[0023] 參照圖1-圖3, 一種雙探測器X射線螢光測井探管，主要包括探測窗口和激發探測 系統，所述探測窗口包括光管準直器、D1準直器、D2準直器、鈹窗、光管S、探測器D1和探測 器D2組成，光管S、探測器D1和探測器D2組成激發探測系統，光管S與工作電源連接，探測 器D1和D2獨立與放大器、數位化多道脈衝幅度分析器、雙通道數據採集與控制器、接口電 路、地面工作站依次連接。由雙通道數據採集與控制器實現探測器D1和探測器D2的同步 與數據採集，並控制光管S工作。採集得到的譜數據由接口電路傳輸至地面工作站。
[0024] 探測器D1、探測器D2與光管S中心軸線相交於一點0,並且探測器D1與探測器D2 到〇點等距離，光管S與管壁成45°，探測器D1與管壁成90°，探測器D2與管壁成30°所 述準直器由純鋁製作。探測器D1和探測器D2採用Si-PIN電製冷探測器。
[0025] 本設計的主要技術路線：本發明中雙探測器X螢光測井探管由光管s、探測器D1、 探測器D2、數位化多道脈衝幅度分析器、雙通道數據採集與控制器、鈹窗等主城。探管壁採 用高硬度鋼結構加工，能夠在深井下工作。在探管上採用Be材料製成鈹窗。激發源產生的 X射線通過鈹窗入射到井壁上，產生的X射線由探測器D1和探測器D2同時採集，分別通過 放大器，由多道脈衝幅度分析器轉化為數位訊號，並由雙通道數據採集與控制器收集，通過 接口電路傳輸到地面工作站。
[0026] 在測井工作站上，由分析軟體，對採集的譜線進行處理，提取出測量譜線中的井液 厚度信息。同時通過測量譜線分析，將測量核素的特徵峰面積轉化為元素含量，並進行井液 厚度校正，得到測量井壁中準確的核素含量信息。
[0027] 如圖2,基於雙探測器X螢光測井探管中光管S產生的X射線，由光管準直器準直 為平行射線束，準直器的長度為3cm。準直後的射線束通過Be窗射入井液和井壁上。入射 射線激發井壁中的原子，產生特徵X射線。特徵X射線通過Be窗和準直器D1、準直器D2進 入探測器D1和探測器D2。光管準直器、D1準直器和準直器D2的中心軸線匯交到同一點， 並且探測器D1和探測器D2與匯交點的距離相同，保證探測器D1、探測器D2對測量點所張 立體角相同。為防止準直器材料產生特徵X射線，進而影響測量結果，選用低雜質的鋁材料 或者有機玻璃製作。
[0028] 儀器的工作電路如圖3所表示。由探測器D1、探測器D2產生的電信號通過放大器、 數位化多道脈衝幅度分析器轉化為數位訊號，由雙通道數據採集與控制器進行數據採集與 累積，轉化為X射線螢光儀器譜，通過接口電路傳輸至地面工作站。在儀器工作過程中，有 雙通道數據採集與控制器同步2個探測器的工作，確保數據在同點同時測量。
[0029] 地面工作站採集譜線後，對譜線進行處理，處理流程如圖4表示。首先對傳輸的譜 線進行拆分，提取出探測器D1、探測器D2獲取的儀器譜，對儀器譜線進行光滑、散射本底扣 除和重疊峰剝離後，得到元素特徵X射線的淨峰面積。
[0030] (1)提取主量元素，計算井液厚度。當Si-PIN探測器1與井壁成90°，Si-PIN探 測器2與井壁成30°，計算公式如下：
[0031]
【權利要求】
1. 一種雙探測器X射線螢光測井探管，其特徵在於，主要包括探測窗口和激發探測系 統，所述探測窗口包括光管準直器、D1準直器、D2準直器、鈹窗、光管S、探測器D1和探測器 D2組成，光管S、探測器D1和探測器D2組成激發探測系統，光管S與工作電源連接，探測器 D1和D2獨立與放大器、數位化多道脈衝幅度分析器、雙通道數據採集與控制器、接口電路、 地面工作站依次連接。
2. 根據權利要求1所述的雙探測器X射線螢光測井探管，其特徵在於，探測器D1、探測 器D2與光管S中心軸線相交於一點0,並且探測器D1與探測器D2到0點等距離，光管S與 管壁成45°，探測器D1與管壁成90°，探測器D2與管壁成30°。
3. 根據權利要求1所述的雙探測器X射線螢光測井探管，其特徵在於，所述準直器由純 錯製作。
4. 根據權利要求1所述的雙探測器X射線螢光測井探管，其特徵在於，探測器D1和探 測器D2採用Si-PIN電製冷探測器。
5. -種雙探測器X射線螢光測井探管數據處理方法，其特徵在於，包括以下步驟： 1) 由數據接收模塊接收到的譜數據進行分別處理，處理流程為譜線光滑、散射本底扣 除、元素特徵X射線淨峰面積計算，通過以上處理後，獲取井壁元素特徵X射線信息； 2) 對探測器D1與探測器D2獲取的元素特徵X射線淨峰面積進行分析，計算井壁中的 主量元素，並利用公式計算井液厚度； 3) 對探測器D1與探測器D2獲取的元素特徵X射線淨峰面積進行分析，計算井壁中元 素含量； 4) 利用步驟2中獲得的井液厚度，對元素含量進行井液校正，獲取最終測井含量。
【文檔編號】G01V5/08GK104111482SQ201410326116
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】張慶賢, 葛良全, 曾國強, 羅耀耀, 谷懿, 楊海 申請人:成都理工大學