Устройство для радиоактивного каротажа Советский патент 1982 года по МПК G01V5/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИОАКТИВНСГО КАРОТАЖА

I

Изобретение относится к радиоизотопному приборостроению, а именно к устройствам для гамма-гамма каротажа, позволяющим определить плотность и состав пород, окружающих скважину, и может быть использовано в геофизике, а также как приставной датчик для эксперессного определения состава и плотности проб руд полезньсс ископаемых, например содержания железа в железных рудах, золы в углях, марганца в . марганцевых рудах и т.п.

Известны устройства для геофизического исследования скважин, которые содержат два источника гамма-излучения различных энергий, установленные на. таких расстояниях от детектора, чтобы зависимости обоих интенсивностей были одинаковы от плотности и состава, при определении воздушного зазора между скважинным я стенкой скважины ti.,,

Однако из-за использования двух ист чников гамма-излучения различной энергии устройство лредпопагает спвктрометршо, регистрируемого детектором гаммаизлучения, что снижает его наде шость и увел:ичивает сложность. Кроме того, это устройство не позволяет одновременно определять плотность и состав и руд. Недостатком таких устройств явля., ется также трудность достижения ыезвя. виси мости интенсивности от плотности или состава различных и руд в

to одном и том же устройстве

Наиболее близким по технической, рущности к предлагаемому изобретению является устройство для радиоактивного каротажа, содержащее глубинный измери15тельный зонд, снабженный 1фижимным устройством, несущий.источник гамма-излучения и детектор, а также измерительную схему, состоящую из амплитудного анализатора ц регистраторов, нащзимер из20мерителей скорости счета и сзтношония скоростей счета, в для повышения точности имеется механизм-с мены положения источника с приводом в изме- рительном зонде и распределительное устройство с тактовым renqaaTOpOM и двумя группами схем И, хдэичем один из выходов расгфеделительного устройства, угфавляемого тактовом генератстром, сое динен с цепью питания привода, а два других парафааных выхода распредели- ; тельного устройства соединены соответственно с первыми входами двух групп схем И, к вторым входам которых подключены выходы амплитудного анализатора, а -выходы схем И соединены с входами регистраторов 2. Недостатками известного устройства , являются: низкая точность, так как при обоих положениях источника зависимости регистрируемой интенсивности от состава мало отличаются лишь характером зависимости от плотности (доинверсионное и заинверсионное положение источника); невысокая надежность, так как в процессе каждого цикла измерения необходимо с помощью электромеханического привода изменять положение источника по отношению к детектору; сложность конструкщш, так как в каждом положении очень точно воспроизводимая установка источ,ника и его коллимация; большие линейные габариты зовда, так как предполагается близкое и дальнее по отношению к детектору положение источника гамма-излучения. Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности, а также упрощение конструкции и уменьшение линейный габаритов зонда Указанная цель достигается тем, что устройство для радиоактивного каротажа, содержащее зонд, в котором смонтированы источник гамма-излучения и детектор измерительную схему, состоящую из двух измерителей скорости счета, измерителя отношения скоростей счета, и распредели тельного устройства с тактовым генера тароы, двух схем И, хфичем два парафааных выхода распределительного уст ройства соединены соответственно с первыми входами двух схем И, выходы кото рых соединены со входами двух измерителей скоростей счета, выход одного из соединен с первым входом измерителя отн мцения скоростей счета, снабжено фильтром из тулия посредством 1фивода соединенным с механизмом смен его положения, и установленным перед коллимационным отверстием детектора, а в измерительную схему введен триггер и измеритель разности скоростей счета. первый вход которого через триггер соединен с выходом второго измерителя скорости счета, а второй вход соединен с выходом первого измерителя скорости счета, а выход измерителя разности скоростей счета соединен со вторым входом измерителя отношения скоростей счета, выход детектора соединен со вторыми входами схем И, третий выход распределительного устройства соединен с механизмом смены положения фильтра, а источник излучения выполнен из америния241. На фиг. 1 схематически показано устройство для радиоактивного каротажа с зонда; на фиг. 2 - зависимость массового коэффициента ослабления гаммаизлучения тулием от энергии гаммаквантов. Устройство для радиоактивного каротажа имеет зонд 1, в котором смонтированы источник гамма-излучения 2 из америция-241, привод 3 с механизмом смены положения состоящим из ферромагнитного сердечника 4 и штока 5, детектор, состоящий из сцитилляционного кристалла 6 и фотоумножителя 7, электронная схема детектора 8 и цепь питания привода 9. В Kqjnyce зонда 1 перед источником гамма-излучения имеется коллимационное отверстие Ю, перед детектором имеется коллимационное отверстие 11. На штоке 5 жестко закреплен фильтр 12 из тулия. Зонд 1 расположен в скважине, стенками которой является горная порода 13. Измерительная схема состоит из тактового генератора 14, распределительного устройства 15, двух схем И 16 и 17, двух измерителей скоростей счета 18 и 19, триггера 20, измерителя разности скоростей счета 21 и измерителя отношения скоростей счета 22. Выход тактового генератора 14 соединен со входом расгфеделительного устройства 15, один из выходов которого соединен с цепью питания хфивода 9, а два других парафазных выхода соединены соответственно с первыми входами схем И 16 и 17, выходы которых соединены соответственно с входами измерителей скоростей счета 18 и 19. Выход первого изм ителя скорости счета 19 соединен с первым входом измерителя разности скоростей счета 21. Выход втсрого измерителя скорости счета 18 соединен со входом триггера 20, выход которого соединен с вторым входом измерителя разности скоростей счета 21. Выход измерителя раанскгги скоростей счета 21 соединен со вторым входом измерителя отношения скоростей счета 22. Выход фотоумножителя 7 соединен со входом электронной схемы 8, выход которой соединен со вторыми входами схем И 16 и 17. Устройство для радиоактивного карота жа работает следуюишм образом. При включении устройства тактовый генератяр вырабатывает запускающий имny jbc, под действием которого распределительное устройство открывает схему И 17. В это время из цепи питания 9 в хфивод 3 не поступает ток и коллимаци онное отверстие 11 перед сцинтилляционным кристаллом перекрыто тулиевым фильтром 12. Гамма-кванты от источника 2 с энергией 59-59,6 кэВ попадают .на горную породу 13. Рассеянные горной родой кванты попадают на тулиевый фильтр 12. Для хфимера поверхностная плотност pd фильтра выбрана равной 0,225 г/см Некогерентно рассеянные гамма-кванты будут иметь энергию ниже энергии Кскачка тулия (Е 59,39 кэВ) так как угол рассеяния квантов всегда больше . Для этой энергии массовый коэффициент ослабления излучения тулием (фиг. 2 равен 3,1 г/см. Некогерентно рассеян. ные кванты ослабляются фильтром и их поток на детектор против попадающего на фильтр потока Эц составляет: р; 3„ехрИра)-.з„ехр С-зи-о,ВД о.бОЛн. и Когерентно рассеянные гамма-кванты не изменяют энергию и для них Mij d.4,4 г/см. Поток когерентно рассеянiibix квантов также ослабится фильтром и на детектор попадет лишь часть попадающего на фильтр потока : Ь(9с1)(-14д o,aiu) S 0,04-1 J, Таким образом, на сцинтилляционный кристалл попадает лишь 4,1% когерентно рассеянных квантов и 5О% некогерентно рассеянных квантов, попавших на фильтр. Так как вклад когерентно рассеянных квантов в регистрируемую интенсивность мал, то сигнал с фотоумножителя, а, следовательно, и средняя частота импуль сов на выходе схемы И 17 ,, будет уменьшаться с ростом плотности р i среднего атомного номера породы i . ,, 13) 9 226 где а, b и с, - коэффициенты уравнения регрессии. В течение первого такта измерения длительностью с а измеритель скорости счета 19 фихоаит и импульсов на1фяжени5. По истечении первого такта длитолыс иэ тактового генератора ностью поступает второй импульс, под двйствиен которого рас15)еделительное устройство 15 открывает схему И 16, закрывает схему И 17 и включает цепь питания 9 щтвоца 3. Из цепи питания 9 на привел 3 поступает ток, ферромагнитный сердеч.ник 4 втягивается в катушку арквоца 3 и с помощью щтока 5 перемещает тулиевый фильтр 12. Коллимационное отверстие 11 перед детектором 2 больше не перекрыто фильтром. На сцинтилляционный кристалл детектяра попадают когерентно рассеяннь е в породе кванты (поток и некогерентно рассеянные кванты (поток 3ц ). Частота импульсов на выходе схемы И 16 fj будет уменьшаться с ростом плотности р и среднего атомнотак как , го номера пqpoды 7 . то где аг, BQ и ci - коэффициентьь градуировочнрго уравнения зависимости частоты ( (при открытом отверстии) от р и 2 Частота (j на выходе триггера 2О уменьшается вдвое. По истечении второго такта длительностью t| тфоизойдет следующее: на первый вход измерителя разности скоростей счета 21 поступит частота - , пропорциональная сумме потоков ЗУ, и JK : )t5) На второй.вход измерителя разности скоростей счет-а 21 поступит частота , -,ni°.5V.) (ь) где - эффективность детектора.. На выходе измерителя разности скоростей счета 22 образуется сигнал А: rV-i-JH4 -TV°° t:H ольгНа выходе измерителя отношения скороотей счета 22 образуется сигнал В: аЛ .t(05 HQ° K) . ... л .. ч-1.. о. 79 Сигнал А увеличивается с ростом 2. и уменьшается с ростом р , а сигнал В будет уменьшаться с ростом 1 и ipajcTH ческн не будет изменяться с Изменением Р . Таким образом, гфедлагаемое устройство позволяет о феделить, как состав породы (по сигналу В) так и плотность шрсды (по сигналу А с учетом значения сигнала В). Дащюе щюимушество (т.е. высокая точность охфеделения р и 2 так как система уравнения () и (8) хо рошо ощэеделена) реализовано простымустройством с небольшими линейными габаритами, прн этом чувствительность сигнала В к изменению) Состава породы вышр, чем в известном устройстве. Формула из об р е т е н и я Устройство для радиоактивного каротажа, содержашее зонд, в котором смон- {фованы источник гамма-излучения и детектор, измерительную схему, состоящую из двух измерителей ск фости счета измерителя отношения скоростей счета, ра 1феделительного устройства с тактовым ге teepaTOpoM, двух схем И, прячем два парафгюных выхода расщ)еделительного устройства соединены соответственно с первыми входами двух схем И, выходы ко2торых соединены со. входами двух измерителей скоростей счета, выход одного из кото|я 1Х соединен с первым входом иамери- теля отношения скоростей счета, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, оно дополн{ггельно снабжено фильтром из тулия, посредством гфивода соединенным с механизмом смены его положения, и установленным перед коллимационным отверстием детектора, а в измерительную схему введен триггер и измеритель разности скоростей счета, первый вход которого через триггер соединен с выходом второго измерителя скорости счеа-а, а вт(фой вход соединен с выходом первого измерителя скорости счета, а выход измерителя разности скоростей счета соединен со вторым входом измерителя отношения скоростей счета, выход детектора соединен со входами схем И, третий Выход рас1феделительного устройства соединен с механиомэм смены Положения фильтра, а источник излучения выполнен из америция-241. Источники инфqpмaции, хфинятые во внимание прк экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 206739, кл. Q OIV 5/00, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР N 458289, кл..(5 OIV о/ОО, 1974 (прототип). fi CH/t ff/yff/