Устройство для селективного гамма-гамма каротажа Советский патент 1993 года по МПК G01V5/12 

Устройство относится к средствам геофизической разведки и может быть использовано для изучения вещественного состава и определения плотности горных пород и

РУД.

Целью изобретения является повышение точности выделения границы контакта порода-руда путем повышения чувствительности устройства в зоне их раздела.

На фиг.1 изображен общий вид устройства для селективного гамма-гамма каротажа; на фиг.2 - схема взаимосвязи конструктивных элементов устройства и распространение рассеянного излучения массивом горных пород вокруг скважины. По этой схеме определяется диаметр экрана и его расположение в устройстве.

Устройство содержит скважинный зонд 1 (фиг.1), в котором расположены контейнер- коллиматор 2 с источником 3 излучения, детектор 4 излучения, свинцовый экран 5. закрепленный на оси 6, которая посредством теги 7 соединена с подвижной частью 8

электромагнита 9, закрепленного к раме 10, которая посредством фиксирующего эле- , мента 11 закреплена к пазу 12 выполненного в корпусе зонда 1, и механизм перемещения 13 зонда 1 с электрическим приводом 14, панель управления 15, состоящую из усилителя 16, нормализатора 17 поступающих с детектора 4 сигналов и за- датчика скорости 19 механизма перемещения 13, и последовательно соединенные аналоговый преобразователь 20, пороговый каскад 21, сумматор 22, второй вход которого соединен с выходом задатчика скорости 19, а выход - с приводом механизма перемещения 13 и с катушкой электромагнита 9, вход аналогового преобразователя 20 соединен с нормализатором 17, второй выход порогового каскада 21 соединен с регистратором 18 через конденсатор С.

На представленной схеме (фиг.2) изображена часть предлагаемого устройства, включая контейнер-коллиматор 2. обеспечивающий своими стенками защиту от прямоfe

00

ю

ь

о о

го попадания излучения источника 3 на детектор 4 излучения, экран 5. помещенная в скважине 23.

Для выяснения вопроса о величине экрана 5 и его расположения в устройстве обозначим Di, D2, Оз - размеры диаметра детектора, экрана, скважины соответственно, L- база (расстояние детектор-источник), d и di - толщина слоя насыщения рудой и породой соответственно, а - расстояние от экрана 5 до детектора 4. При изображенной на схеме геометрии и размерах контейнера -- коллиматора 2 пучок излучения распространяется в угле (в приведенном сечении). Если стенки скважины представлены рудой, то источником рассеянного излучения будет материал стенок, заключенный в трапеции АВСЕ, а если породой - то трапеции AFHE. Площади этих трапеций равны соответст- Г0з а , /0з

венно тд|+ 3-fd) D3+tg +(D3+d,)tgЈl

di

Г0з

2 г 1У 2 2 u ; 1у 2J

Рассматривая указанные трапеции, как источники вторичного рассеянного излучения можно определить влияние экрана 5 на интенсивность регистрируемого детектором 4 излучения для случаев, когда стенки скважины представлены рудой и когда породой. При рассмотрении учитываем фактор поглощения вторичного излучения средой стенок, т.е. излучение не может пройти слой материала большей толщины насыщения. Поэтому в направлении детектора излучения из трапеции АВСЕ (руда;) может выйти только на участке поверхности GE скважины, а из трапеции AFHE - на участке РЕ. Как видно из чертежа экран 5, установленный на расстоянии а от детектора 4 перпендикулярно оси зонда до пересечения прямых MG и NA, экранизирует полностью детектор 4 от попадания на него квантов из трапеции АВСЕ, т.е. из слоя руды. В случае, если стенки скважины представлены породой, то наличие экрана не влияет на интенсивность излучения идущего на детектор из части слоя породы, ограниченного треугольником BFQ и частично перекрывает излучение, идущее от сектора BQHC. В этом положении экрана чувствительность f устройства к обнаружению границы раздела руда - порода максимальная,

где In - интенсивность излучения рассеянного породой,

1р - интенсивность излучения рассеянного рудой

0

Смещение экрана приводит к уменьшению величины 1П, что не желательно из-за увеличения статической погрешности, вправо - увеличивает Ip. Показанное положение экрана является оптимальным с точки зрения .достижения максимальной чувствительности к обнаружению границы порода - руда.

В этом случае расстояние а от детектора до экрана и диаметр экрана определяется из следующих выражений:

L(D3+d)tg«(D2-Dl)

(D

5

а

Di +Оз +2d

° -ffefi

(2)

В приведенном на чертеже случае, выполненном на основе реальных данных в масштабе 1:1 (диаметр детектора DI 4 см, диаметр скважины Оз 6 см, база L 6,5 см, слой насыщения руды ,2cM, а 50, источник излучения ), расчет по формулам (1) и (2) дает размеры D2 5,4 см, а 3,6 см.

Для достижения максимальной чувствительности должны быть удовлетворены следующие требования:

D2 L,

5

0

5

0

5

а +

а

2 2

2

L,

Если эти требования из-за конструктивных размеров зонда не выполнимы, то D2 или а можно уменьшить в определенных пределах, в этом случае величина отношения In/lp будет уменьшаться, но останется выше, чем при отсутствии экрана.

Работу устройства рассмотрим на примере селективного каротажа скважин рудных месторождений по содержанию полезного компонента.

Перед проведением каротажа пороговому каскаду 21 задается порог срабатывания, уровень которого соответствует интенсивности гамма-излучения, рассеянного от стенок скважины с гранитным содержанием полезного компонента. В зависимости от глубины рассеяния на рудном участке и длины распространения рассеянного гамма-излучения до детектора 4, на определенном расстоянии от него устанавливается свинцовой экран 5, плоскость которого располагается параллельно оси зонда, тем самым не перекрывает излучение, поступающее на детектор. Для этого рамка 10, на которой закреплен электромагнит 9 и установлен экран 5 на оси 6, которая посредством тяги 7 соединена с подвижной частью 8 электромагнита 9, передвигается по продольной оси зонда 1. тем самым устанавливается Необходимое расстояние между детектором 4 и экраном 5, с последующим креплением ее фиксирующим элементом 11 в пазу 12 корпуса зонда 1. Посылаем зонд в устье скважины и с задатчика скорости 19 (источник напряжения с регулируемым выходом) через сумматор 22 подаем напряжение на электропривод 14, механизм перемещения - 13 зонда 1 и электромагнит 9. Величина напряжения обеспечивает оптимальную скорость перемещения зонда 1 на рудном участке, при которой (при заданной активности источника 3 излучения, разрешающей способности регистрирующей излучение аппаратуре и ее инерционности) обеспечивается точность и детальность каротажа. В скважине гамма-излучения источника 3, рассеивается горными породами и регистрируется детектором 4 излучения. С детектора 4 электрические импульсы, частота которых пропорциональна интенсивности рассеянного излучения, поступает на усилитель 16 и нормализатор 17, где происходит их усиление и формирование по амплитуде и длительности. С нормализатора 17 импульсы подаются одновременно на регистратор 18 и аналоговый преобразователь 20. Регистратор 18, в качестве которого используется самописец или цифропечатающее устройство, регистрирует частоту поступающих импульсов. Аналоговый преобразователь 20 трансформирует импульс- ный сигнал в аналоговый, величина которого пропорциональна частоте поступающих с нормализатора 17 импульсов. Аналоговый сигнал подается затем на вход порогового каскада 21, в котором происходит его сравнение с уровнем заданного порога и, если уровень аналогового сигнала выше заданного порога, что соответствует прохождению зондом 1 породного участка, пороговый каскад 21 срабатывает, напряжение с его выхода поступает на сумматор 22, где суммируется с напряжением поступающим с задатчика скорости 19 и результирующий сигнал подается на привод 14 механизма перемещения 13, который увеличивает скорость перемещения зонда 1, и на катушку электромагнита 9 механизма поворота свинцового экрана 5, которая образовывает магнитное поле. Сила магнитного поля от данного напряжения достаточна для притягивания подвижной части 8 электромагнита 9, которая посредством тяги 7 поворачивает на оси 6 свинцовый экран 5, тем

самым устанавливает его перпендикулярно оси зонда, тем самым перекрывает излучение, поступающее на детектор. При дости- 5 жении зондом 1 на высокой скорости зоны раздела порода-руда, представленной как породными так и рудными включениями, регистрируется детектором 4 интенсивность

0 гамма - излучения, рассеянного только породными включениями, так как гамма-излучение, рассеянное рудными включениями, поглощается свинцовым экраном 5. Это происходит потому, что глубина рассеива5 ния и длинарэспространения гамма-излучения не рудных включениях меньше, чем на породах. Когда в зоне раздела порода-руда начинают преобладать рудные включения под породными, регистрируемая интенсив0 ность излучения рассеянного породными включениями стает меньше величины интенсивности излучения рассеянного граничным содержанием полезного компонента, на которую настроен уровень срабатывания

5 порога. Это значит, что уровень аналогового сигнала стает меньше уровня сигнала заданного порога, срабатывает пороговый каскад 21, с его выхода не поступает напряжение на вход сумматора 22 и на сум0 маторе 22 остается напряжение, поступающее с задатчика скорости 19, которое обеспечивает только оптимальную скорость перемещения зонда 1. Магнитное Поле катушки электромагнита 9 при таком напряже5 нии не может удерживать подвижную часть 8 и она возвращается в первоначальное положение, и посредством тяги 7 поворачивает ось 6 свинцового экрана 5. Экран 5 располагается параллельно оси зонда, тем

0 самым не перекрывает излучение, поступающее на детектор. В таком положении свинцового экрана 5 производится каротаж остальной части зоны раздела, представленной преимущественно рудными включе5 ниями, и непосредственно следующего за ней рудного участка. При достижении зондом зоны раздела руда-порода, до регистрируемой интенсивности гамма-излучения рассеянного рудой добавляется интенсив0 ность излучения рассеянного породными включениями, которые присутствуют в начальной части зоны раздела. Величина интенсивности стает больше граничной интенсивности, на которую настроен уро5 вень срабатывания порога, поэтому пороговый каскад срабатывает и процесс работы устройства повторяется. Так как второй выход порогового каскада через конденсатор С соединен с регистратором, то в результате срабатывания каскада, т.е. в момент пересечения зондом границ залежей, на вход регистратора подается единичный импульс

напряжения, который регистрируется на ленте регистратора, тем самым выделяя границы оруднения. Конденсатор предназначен для формирования импульса напряжения малой длительности только в момент срабатывания порогового каскада и развязки цепей каскада и регистратора по постоянному току.

При использовании устройства для плотности каротажа с целью изучения плот- местных аномалий в массиве горных пород, уровень порога каскада задается ниже или выше среднего значения интенсивности излучения рассеянного oi стенок скважины с нормальной плотностью.

Преимуществом заявляемого устройства в сравнении с прототипом является увеличение разности между регистрируемой интенсивностью гамма-излучения рассеянного породой и рудой в зоне раздела порода - руда, что повышает чувствительность устройства в зоне этого раздела, тем самым дополнительно вовлекаются участки руды в добычу.

Формулаизобретения

Устройство для селективного гамма- гамма каротажа, содержащее скважинный зонд с источником гамма-излучения и детектором излучения, механизм перемещения зонда с электрическим приводом, панель управления, состоящую из последовательно соединенных усилителя, нормализатора и регистратора, последовательно соединенных с вторым входом усилителя, аналогового преобразователя, порогового каскада, сумматора, второй вход которого соединен с задатчиком скорости, а выход - с приводом механизма перемещения зонда, а также конденсатора, включенного между вторым выходом порогового каскада и вторым входом регистратора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности выделения границы контакта порода-руда, за счет повышения чувствительности в зоне их раздела, оно снабжено свинцовым экраном, установленным между источником гамма- излучения и детектором на подвижной оси, закрепленной к раме, и механизмом поворота экрана, выполненным в виде электромагнита, размещенного на раме, подвижная часть которого посредством тяги соединена с осью экрана, а неподвижная электрически связана с выходом сумматора, рама закреплена в зонде посредством фиксирующего элемента, установленного в пазу, выполненном в корпусе зонда; при этом диаметр экрана и расстояние от него до детектора установлено из следующих соотношений

Ds-Di + -gr0 L D3L 2

f

L-(-rdi)tgg(D2+Di)

аОЗ + DI +26

где D2, Di, Оз - размеры диаметра экрана, детектора, скважины соответственно, см;

L - база, см;

а - угол раскрытия источника излучения, град;

d и di - толщина слоя насыщения для руды и породы соответственно, см.

1 2

1824616 54Ц 1

I «-

/5 1 I1

1.3 14

Использование: в области геофизики для исследования вещественного состава и плотности горных пород и руд. Сущность изобретения: устройство содержит свинцовый экран, закрепленный между источником излучения и детектором излучения на подвижной оси, закрепленной на раме. Механизмом поворота экрана выполнен в виде электромагнита, размещенного на раме, подвижная часть которого посредством тяги соединена с осью экрана, а неподвижная часть электрически связана с выходом сумматора. Рама закреплена в зонде с помощью фиксирующего элемента, установленного в пазу, выполненном в корпусе зонда. 2 ил.

Фмг.1.

F 0

3 2