СКВАЖИННЫЙ ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ СЧЕТЧИК ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК H01J47/08 G01T1/18 G01V5/06 

Изобретение относится к устройствам для регистрации ионизирующих излучений, в частности гамма-излучения. Основная область применения устройства - регистрация рассеянного в породе гамма-излучения, при определении литологического состава и(или) объемной плотности пород при гамма-гамма-каротаже геологоразведочных скважин.

Для реализации метода селективного гамма-гамма-каротажа с использованием зависимости положения максимума рассеянных гамма-квантов от химического состава пород /В. В.Ларионов Радиометрия скважин. Изд. "Наука". М., 1969, с. 130 - 148/ необходимо применение позиционно-чувствительного детектора в приборах гамма-гамма-каротажа. Тогда по увеличению скорости счета на том или ином расстоянии от источника первичного гамма-излучения можно судить о величине эффективного атомного номера вмещающих пород.

Известны многочисленные конструкции газоразрядных координатно-чувствительных детекторов (патент Франции N 2153562, кл. H 01 J 39/00, G 01 N 23/00; Williams M.E., Kruse T., Bayer D. Particle identification for a position sensitive proportional counter, "Nucl. Instrum and Meth", 1972, 102, N 2, P. 201 - 204; Allemand R., Thomas G. Nouvean detecteur de localisation, Le dispositif a "jen de jacquet". "Nucl. Instrum. and Meth", 1976, 137, N 1, P. 141 - 149).

Практически все конструкции используют многонитяные (многоанодные) пропорциональные проточные счетчики, либо их комбинации со сцинтилляционными детекторами. Эти конструкции громоздки, сложны, предполагают использование прецизионной аппаратуры усиления и анализа амплитуды импульсов, обеспечения счетчиков рабочим газом и напряжением, в результате чего они неприменимы в компактных мобильных устройствах, какими являются скважинные и переносные приборы.

Известны серийные газоразрядные счетчики типа СТС, МС, ВС или малогабаритные сцинтилляционные блоки - счетчики гамма-излучения, состоящие из сцинтилляционного кристалла NaI(Tl) и фотоэлектронного умножителя (Атомная энергия. Краткая энциклопедия. Государственное научное издательство "БСЭ", 1958, с. 99, 417). Они располагаются на жестко фиксированном расстоянии от источника гамма-излучения, не являются поэтому позиционно-чувствительными и не позволяют судить об изменении эффективного атомного номера вмещающих пород во время каротажа, что не позволяет проводить литологическое расчленение пород.

При известном литологическом составе пород, определяя их объемную плотность, оказывается возможным определять пористость пластов и выявлять площади, перспективные на нефть и газ. Для этого, в скважинном приборе устанавливают два сцинтилляционных детектора, один из которых (большой зонд) отслеживает объемную плотность пород, а другой (малый зонд) вносит поправки на влияние ближней зоны на результаты - толщины глинистой корки между прибором и породой, ее плотность, кавернозность скважины /Ю.А.Гулин Гамма-гамма-метод исследования нефтяных скважин. М.: "Недра", 1975, с. 160/. Эта сложная конструкция, которая не позволяет произвольно менять длину зонда (от которой зависит эффективность расчленения пластов по плотности) во время каротажа.

Наиболее близким по конструкции к заявленному счетчику является счетчик Гейгера-Мюллера (С.Корф Счетчики электронов и ядерных частиц. Изд. ИЛ., М., 1947, с. 242, прототип), состоящий из корпуса-катода и анода, выполненного в виде нити и расположенного по оси симметрии корпуса, чувствительный объем между которыми заполнен рабочим газом. Вышеописанные недостатки присущи и счетчику Гейгера-Мюллера.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей газоразрядного детектора для проведения комплексных исследований залегающих пород.

Поставленная задача решена путем изменения конструкции анодной нити газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера, состоящего из корпуса-катода и анода, расположенного по оси симметрии корпуса, чувствительный объем между которыми заполнен рабочим газом. В заявленной конструкции анодная нить снабжена жестко закрепленными на ней перегородками в виде стеклянных бусинок, диаметр которых не менее 1 мм, кроме того, бусинки разделяют анодную нить на секции, длина которых равномерно изменяется от одного конца анодной нити к другому.

Благодаря изменению конструкции анодной нити, оказывается возможным регистрировать раздельно гамма-кванты, зарегистрированные счетчиком в отдельных участках, в пределах отдельных секций, в пределах которых развивается и обрывается соседними бусинками газоразрядная лавина, что превращает его в позиционно-чувствительный. Это позволяет по положению максимума скорости счета рассеянного излучения (т.е. номера секции анодной нити) оценить величину эффективного атомного номера пород и тем самым проводить литологическое расчленение пород. По величине относительной скорости счета в секциях, удаленных от источников излучения, оказывается возможным оценивать величину объемной плотности пород. Таким образом, с помощью одного газоразрядного счетчика осуществляются полностью возможности гамма-гамма-каротажа.

Диаметр бусинок, жестко закрепленных на анодной нити, зависит от давления рабочего газа в корпусе счетчика и величины перенапряжения на нем. Экспериментальным путем получено условие прерывания лавины разряда: d≤1 мм, где d - диаметр бусинки.

Изобретение иллюстрируется чертежом. На чертеже изображен скважинный позиционно-чувствительный счетчик гамма-излучения.

Скважинный позиционно-чувствительный счетчик гамма-излучения состоит из корпуса-катода 1, представляющего собой металлическую или стеклянную трубку с металлическим напылением, внутри которой на опорных изоляторах 2 по оси симметрии корпуса 1 размещен анод 3, выполненный в виде металлической нити. Анод 3 снабжен жестко закрепленными на нем перегородками 4, представляющими собой стеклянные бусинки, диаметр которых 1 мм, служащими для прерывания лавины разряда. Стеклянные бусинки 4 разделяют анодную нить 3 на участки - секции 5, длина которых равномерно изменяется от одного конца анодной нити 3 к другому ее концу. Позиционная чувствительность счетчика пропорциональна количеству секций 5, т.е. количеству бусинок 4. Вместо стеклянных бусинок могут использоваться слюдяные, тефлоновые и др. диски или перегородки. Счетчик заполнен рабочим газом с гасящей добавкой.

Скважинный позиционно-чувствительный счетчик гамма-излучения работает следующим образом. Ионизирующая частица, попадая в корпус 1 счетчика в определенном месте счетчика, вызывает развитие газоразрядной лавины в соответствующем участке анодной нити 3, ограниченном соседними бусинками 4.

Поскольку амплитуда импульса на в ходе счетчика пропорциональна длине участка анодной нити, на котором развивается лавина, по величине амплитуды импульса оказывается возможным точно локализовать место попадания в счетчик ионизирующей частицы. Для этого импульсы от счетчика анализируются многоканальным амплитудным анализатором (например, типа АИ-128).

Если счетчик располагается в скважинном приборе таким образом, что ближе к источнику излучения находятся более короткие участки анодной нити, тогда перемещение максимальной скорости счета в более удаленные звенья анодной нити соответствуют увеличению эффективного атомного номера породы и наоборот, что отвечает требованиям селективного каротажа. При плотности каротажа начальные секции счетчика выполняют роль малого зонда и скорость счета в них отражает характер ближней зоны скважинного прибора - толщину и плотность глинистой корки, кавернозность скважины, скорость счета более удаленных сегментов анодной нити свидетельствует о величине объемной плотности пород, при этом чем выше скорость счета в одном и том же сегменте, тем меньше объемная плотность пород.

Изобретение относится к устройствам для регистрации рассеянного в породе гамма-излучения при определении литологического состава и объемной плотности пород при гамма-гамма-каротаже геологоразведочных скважин. Скважинный позиционно-чувствительный счетчик гамма-излучения состоит из корпуса-катода, по оси симметрии которого на опорных изоляторах размещен анод, выполненный в виде нити с жестко закрепленными на ней перегородками в виде стеклянных бусинок диаметром не менее 1 мм, которые разделяют анодную нить на участки-секции. Длина секций равномерно изменяется от одного конца анодной нити к другому. Технический результат: расширение функциональных возможностей газоразрядного детектора для проведения комплексных исследований залегающих пород. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Скважинный позиционно-чувствительный счетчик гамма-излучения, содержащий корпус-катод и анод, выполненный в виде нити, размещенной по оси симметрии корпуса, чувствительный объем между которыми заполнен рабочим газом, отличающийся тем, что анодная нить снабжена жестко закрепленными на ней перегородками, разделяющими ее на секции, длина которых равномерно изменяется от одного конца анодной нити к другому. 2. Скважинный позиционно-чувствительный счетчик гамма-излучения по п.1, отличающийся тем, что перегородки выполнены в виде одинаковых стеклянных бусинок, диаметр которых не менее 1 мм.