补偿密度测井仪器讲.ppt

补偿密度测井仪 讲课提纲 仪器简介 测井原理 探测器 电路简介 仪器刻度 仪器构成 仪器简介 微球密度 组合探头 液压 推靠 器 微球电子 线路舱 仪器简介 双源距补偿密度测井仪是测量地层体积 密度的理想仪器，仪器滑板借助推靠器紧贴井 壁，装在滑板下端的放射源放射出中等能量的 伽马射线射向地层，并与地层物质的电子发生 康普顿散射。离放射源一定距离的探测器，所 记录的散射伽马强度与岩石电子密度有关，而 电子密度与地层的体积密度成非常近似的正比 关系，因此，密度测井仪所记录的散射伽马射 线的强度是岩石体积密度的函数，为了消除泥 饼的影响，采用了长、短两种不同源距的探测 器。 仪器测量范围：1.50-3.00 g/cm3 ； 仪器测量精度：0.03 g/cm3 ； 重复误差：0.03g/cm3(井壁平整处)； 可同时测量b、井径三条曲线； 仪器温度性能：在155C条件下正常工作 1小时，高温时的计数率相对室温变化范 围在5%以内； 仪器技术指标 仪器技术指标 泥饼补偿： 地层密度2.2 g/cm3时，泥饼厚度 20mm； 地层密度2.2 g/cm32.5 g/cm3时 ， 泥饼厚度15mm； 地层密度2.5 g/cm3时，泥饼厚度 5mm。 仪器技术指标 仪器最大外压：100Mpa 仪器最大测速：560m/h 测速与源强有关 。 仪器使用电缆长度7000m 仪器测量范围:1.50-3.00 g/cm3 仪器耐温：1550 补偿密度测井的核物理基础 仪器的放射源和探测器装在压向井壁的滑 板上，测井时伽马源向地层发射伽马光子，经 地层散射吸收后，有部分经过散射的光子由密 度测井仪器的两个探测器接收。源和探测器之 间由屏蔽体隔开，使源发射的伽马光子不能直 接射到探测器。仪器背向地层的一侧也加以屏 蔽，以减小井眼的影响。距离源近的探测器叫 短源距探测器，距离源远的叫长源距探测器。 地层的密度不同，对伽马光子的散射和吸收能 力不同，探测器记录到的读数也不同。 密度测井核物理基础 伽马射线与物质的相互作用主要有电子对 效应、康普顿效应和光电效应，而其中只有康 普顿效应才与地层的密度成正比关系。因此密 度的测井原理和技术手段，首先要保证被探测 到的伽马射线的强度主要反映光子在地层中的 康普顿散射过程。密度测井选用Cs137为伽马源 ，它发射能量为0.661MeV的伽马光子，这就排 除了形成电子对的可能性。 密度测井核物理基础 如果将记录伽马射线的阀值定为0.1 0.2MeV，也就是说只记录那些能量较高 的一次散射或多次散射伽马射线，那就很 大程度上避免了光电吸收的影响。在满足 上述条件下，对中等原子系数的原子组成 的一般地层来说，在伽马光子与地层的相 互作用中，康普顿占绝对优势。 密度测井核物理基础 探测器和源的距离叫源距。当源强和源距 选定后，探测器接收到的散射伽马射线的强度 决定于两个作用过程：（1）由源发射出的伽 马光子经地层一次或多次散射使部分伽马光子 射向探测器；（2）射向探测器的伽马光子， 有一部分被再散射而改变方向或者被吸收。当 源距很小时，上述第一个过程是主要的，因而 地层密度越大，计数率也越高。当源距很大时 ，第二个过程的作用超过了第一个过程的作用 ，因而地层密度越大，探测器接收到的光子越 少，计数率也越小。 密度测井的核物理基础 密度测井的核物理基础 在密度大的地层中，计数率随源距的增 大下降得快，而在密度小的地层中，计数率 随源距增大下降得慢。很明显，在不同的地 层中，计数率随源距的衰减的曲线会有一个 交点。相应的源距叫零源距。当仪器的源距 为零源距时，不同密度的地层具有相同的计 数率，仪器对地层的密度的灵敏度为零。密 度测井均采用正源距。因此，密度仪器记录 的脉冲信号计数率与地层密度值之间成反比 关系。 仪器特点 仪器特点 本仪器由探测器、前置放大电路、信号处 理电路以及高压电路组成。探测器由NaI晶体 和光电倍增管组成，它接收由伽马源轰击地层 后地层散射的伽马射线；前置放大电路是把来 自光电倍增管的脉冲信号进行放大；信号处理 电路是一个高温混合电路模块，它把放大后的 信号进行鉴别、分频、整形，然后输出给遥测 短节；高压电路是由两个高压模块组成，分别 提供长、短两个探测器所需要的高电压，它输 出的高压为负高压。 密度仪器调试注意事项 补偿密度仪器中有高压电源，高压接近 2KV。调试过程中要注意避免被高压击伤。 仪器通电后，即使关掉电源，在高压隔 直电容和滤波电容上在短时间内仍然残留高 压电位。调试过程中容易造成触电。需要注 意安全。 电烙铁使用完后及时放回原位，以免在 维修中造成烫伤。探测器是精密部件，制造 过程过程中安装、拆卸的时候要轻拿轻放， 不能碰撞，以免损坏。 在拆卸、安装密度探头时，由于密度 探头较重，在拆卸、安装过程中要注意人 身安全。 往密度滑板里放入线路骨架时，手指 千万不能伸入滑板上的圆孔。 在维修液压推靠器时，要防止由于推 靠器的自锁故障而造成的推靠器付臂突然 崩开。 密度仪器调试注意事项 电阻： 补偿密度测井仪采用的电阻和高温精 密电阻，要求电阻的精度在5以下。电 阻采购回来后，进行抽样检查，确保精度 。 电阻抽样检查合格后，须进行高温老 化。把电阻放入烘箱内加温至175C，并 且恒温二个小时。反复两次后再对电阻进 行抽样检查，保证电阻精度后方可使用。 密度仪器对电子元器件的要求 密度仪器对电子元器件的要求 电容 对胆电容要检查其耐压值是否适合电路要 求，并经过温度试验检查其温漂。要求175C 时电容的容量下降幅度不超过30。 对高压隔直电容要检查其漏电流的大小， 并经过温度试验检查其温漂和漏电流。要求 175C时电容的容量下降幅度不超过30。 密度测井仪采用的贴片电容和其它电容， 须进行高温老化。把电容放入烘箱内加温至 175C，并且恒温二个小时。反复两次后方可 使用。 密度仪器对探测器的要求 探测器晶体（NaI） 尺寸筛选：密度仪器使用的晶体尺寸为2250， 1722。 外观检查：正常的晶体是无色透明，如果晶体发黄 ，则表示晶体已经潮解，不能使用。另外，晶体 上不能有破裂或气泡。高温老化： 将NaI晶体放入烘箱中加温至175C，并且恒 温二个小时。冷却后观察晶体，应该与加温前一 样。晶体的高温老化必须做两次。 探测器 高温筛选闪烁探测器的方法和步骤： 高温坪区筛选 将光电倍增管和晶体耦合好，置于 黑暗的烘箱内，晶体附近放一颗高温检查源(伽马 源)，接好高压线，信号线及相应的测试设备。 在常温下，从1000V开始，高压每升高50V，记 录一组计数率，以电压为横坐标，计数率为纵坐标 ，画出一条坪曲线，烘箱升温到175时，再测一 条坪曲线。 探测器简介 在175恒温一小时后，再测一条坪曲线 。 对比三条坪曲线，选一段重合较好，也就 是高温计数相对常温计数变化较小的，确定出 合适的工作高压。然后再看在该高压情况下， 恒温一小时后的计数与常温时的计数相对变化 范围是否小于5%，若满足则可确定其高压。 光电倍增管的坪宽在150V左右。坪宽太低（ 低于50V）的光电倍增管将不能使用。 密度仪器电路简介 电路简介 密度 探测 器1 密度 探测 器2 密度 源室 密度电子 线路舱 高压电路 高压部分采用的是HVC175PB12-02超小型电源模 块。它可带7M以上负载，且可开路（相当负载为无 穷大）使用。负载电阻越大，高压输出的纹波就越小 ，中子仪器高压输出纹波30mV。 高压模块的输入电压为12V，输出电压最高为 +2000V，工作电流小于30mA。输出电流为250A。 高压模块的输出电压由2个电阻来调节，如图， R21调节长源距的输出高压，此电压一般调节在 1550V1700V之间，再由R23调节短源距高压，此电 压一般选在+1100V1250V，实际工作电压由探测器 的坪曲线决定 高压电路 仪器电路简介 前放电路 由碘化纳晶体和光电倍增管组成的探测器将接收到的伽马射线转换成电脉冲，经电容C1耦合到HA2510运算放大器 。以长道电路为HA2510的工作电压为DC12V，电阻R6、 R7，电容C4、C5分别构成滤波网络对电源进行滤 波。 电阻R1负责收集光电倍增管来的脉冲信号， 并且产生压降输出。 电阻R4、R5和HA2510对信号进行放大，一般 调整电阻R5来实现所需要的放大倍数。密度仪器长 、短道放大倍数都为K=4。 从光电倍增管输出的光电峰（观察点TP1）一 般为1-2V的负脉冲，脉冲宽度在5S左右，经放大 电路放大后，输出幅度（观察点TP3）为7-8V的负 脉冲，脉宽在3S左右。 前放电路 信号处理电路 信号处理电路 密度仪器的信号处理电路只有一块高温混合电路LH117068，它 集跟随、鉴别、分频、整形为一体，外围元件只有两个调鉴别门槛 的电阻，以L道电路为例。LH117068采用DC+12V单电源供电，工 作电流为10mA。 电路中电阻R8、R9起调节鉴别门槛的作用，如果电阻R9固定在 39K，电阻R8应该在3.9K左右，最终鉴别电压应该以电阻R8两端电 压为准，电阻R8两端电压应（TP5-TP10）该调整到U=0.70V。 为防止电缆漏计和消除整形电路可能产生的阻塞现象，所以采 取了分频措施。为方便起见，在电路印制板上的分频部分引出了两 个端子，分别为8分频和16分频。仪器出厂时为8分频，如果需要16 分频，把LH117068的22脚的引出端与LH117068的2脚的引出端短路 即可。 LH117068的输出信号为幅度：+10V，脉宽：35-40S的方波。 此信号直接传输到DTB接口。 信号处理电路的主要波形图 井径电路 井径测量电路原理 井径测量电路由井径电源和井径电位器组成。 井径电源由单独的电源提供，它通过整流、稳压和 滤波获得10V的直流电压。井径电位器是一个三端 可调的拉杆电位器，调节范围在02K之间。仪器 在井下所反映的井径的变化，直接从井径电位器的 可变端上的电压的变化所获得。此电压的变化量接 到电压变压器输入端的中心抽头上，由地面仪器采 样得到。 仪器常规检查 1. 给井下仪器供电AC180V(电流约为50mA)， 观察本底计数，长源距每分钟为805个， 短源距每分钟为102个。如果有标准源， 则在仪器上固定位置，取下标准数，以后 检查对照，效果更好。 2. 推靠器放开过程中，电流不超过100mA。 3. 推靠器收拢过程中，电流不超过200mA。 4. 推靠器在放开、收拢过程中应当很平稳， 不能出现发卡和自锁锁不住现象。 仪器常见故障检查 观察本底时，计数不稳，有跳动现象,此 时可检查探测器避光是否良好，管座是否干 净，高压是否稳定，在排除了上述诸方面原 因外，可检查电路板，更换相应元件，当然 认真检查引入引出的信号线是否破坏也是十 分必要的。 仪器常见故障检查 密度仪器的探测器和电路在滑板之中,维修 时需从滑板中拆卸时,应先把滑板和挂臂头连接 的两个顶丝卸下，用螺丝刀把挂臂接头和滑板 分离，这时再从滑板尾端卸去小顶丝，探测器 和线路此时才能从滑板中旋转卸出。 仪器在室内正常，但测井资料不好，很可 能是井下仪器相应得水密插头绝缘破坏造成。 井径曲线测不好，可能是井径电位器接触 不良。 仪器常见故障检查 密度仪器的探测器和电路部分卸出后， 若要通电检查，则需对探测器(光电倍增管和 碘化纳晶体)进行避光，一般是用黑布将探测 器部分罩起来。若只需检查电路时，可将探 测器的高压断开，这时可不必对探测器采取 避光措施。 探测器维修使用注意事项 在拆卸和安装光电倍增管时一定要小心，注 意轻拿轻放。光电倍增管和晶体是放在一个铝合 金做的圆筒里，为了使光电倍增管和晶体间贴和 好，在光电倍增管的一端和圆筒的内壁里加入了 一个波纹弹簧片，安装光电倍增管时一定要注意 波纹弹簧片不要受力太大，刚好顶住光电倍增管 使它在里面不活动就行，否则容易把光电倍增管 顶碎。 推靠器使用注意事项 密度仪器放开或收拢推靠器时，井下仪 器位置要端正，使滑板正面朝上，以免放开 时，因滑板重量大而倾倒。同时要认真注视 电流表，万一电流过大(超过250mA)要立即断 电，以免传动机构的部分器件损坏。 仪器刻度 密度仪器调试完成后，需要对仪器进行刻度才 能用于测井。由于成批仪器的机械结构和元器件的 不一致性，所以生产出的每支仪器都必须进行二级 刻度。 要对密度仪器进行二级刻度，至少需要两种不 同密度的标准地层或刻度块作为刻度标准，并需要 至少两种比重不同的模拟泥饼对仪器进行泥饼补偿 实验。本节介绍的刻度方法是用标定过的已知密度 的标准地层和比重不同的两种模拟泥饼对仪器进行 二级刻度。 二级刻度器 密度探头放置 在此，滑板面 必须与模块贴 和很好。 密度半 空间模 块 仪器刻度准备 密度探头必须严格按上述调试方法调试好，保 证仪器工作正常。 把模块表面擦拭干净，尤其是模块与仪器滑板 的接触面要保持绝对干净，不能有细沙子和泥土。 并且刻度模块要放置在清水中，清水必须淹没模块 表面。 由于密度探头要放入清水中，所以仪器要做好 绝缘，密度探头与稳压电源和定标器的引线要用水 密插头与探头连接。 刻度注意事项 把密度探头放在刻度模块的半圆 槽内密度滑板面（测井时贴靠井壁的 一面）朝下，与刻度模块完全贴和好 。并且密度探头的源仓要与刻度模块 的垂直端面保持至少15cm 。 车间刻度原理 刻度过程: 在描述密度探头刻度过程中，我们以中国石油 测井技术中心产业化部现有的标定过的已知密度的 标准地层模块为例，测井技术中心产业化部共用三 种刻度模块来刻度补偿密度仪器，它们的密度值分 别为：2.699 g/cm3、2.374 g/cm3、2.185 g/cm3,我 们 分别用2.699、2.374、2.185来表示它们。 车间刻度步骤 把仪器放置在2.699的刻度模块上，给仪器加电预 热2030分钟，此时注意观察仪器的本底计数， 仪器工作正常后进行下一步。 仪器装上测井用源，记录L、S道的计数，每组 数采样时间要求30秒以上，再平均出每秒的计数 ，记录下来。每道不少于五组数，再算出各道 计数的平均数，NL2.699和NS2.699 。 使用现场刻度器的注意事项 把探头依次移到2.374和2.185两个模块上，记录 探头在各个模块上的计数，要求同上步，分 别用NL2.374、NS2.374和NL2.185、NS2.185表示。 在对数坐标纸上以S道计数为横坐标，以L道 计数为纵坐标建立坐标系。这个坐标系就是 密度仪器的脊肋图。把上面三个模块上的点 点在坐标里。分别用A、B、C表示2.699、2.374 和2.185 。A、B、C三个点应该在一条直线上 。这条直线就是密度仪器的脊线。如图所示 ： 使用现场刻度器的注意事项 补偿密度测井仪刻度原理 众所周知，在无泥饼条件下，用不同源距的两个探测器进 行测量，它们的计数率与地层密度关系： =1/A(lnNB) 现分别用角码S及L表示短源距和长源距则有： L=1/AL(lnNLBL) S=1/AS(lnNSBS) 因无泥饼影响 L=S=b 两式和并有 (lnNLBL)= AL/AS(lnNSBS) 即lnNL 与lnNS关系为一直线，其斜率为 AL/AS，我们把这条 线称为脊线，=arctg(AL/AS)称为脊角，A=dlnN/b= Um.D为仪器对地层的灵敏度，与源距成正比，因此，脊角 与长、短探测器的源距有很大的关系。 补偿密度测井仪刻度原理 由式b= 1/AL(lnNLBL)+1/K(lnNLBL)AL/AS(lnNS BS) 在有泥饼影响时，即0 则有： (lnNLBL) =1/(K+1)AL/AS(lnNSBS)+KAS/(K+1) b 每给定一个b值就能做出一条斜率为1/（K+1）AL/AS的 关系式，即一条肋线，其与水平线的夹角为， tg=1/(K+1)AL/AS=1/(K+1)tg， 由此式可知肋角与系数K和脊角有关。K为常数是近似 处理的结果，若要扩大补偿的线性范围和改变肋角还需采 取一些技术措施，如在短源距探测器外面加射线过滤器等 ，在此我们采用了加隔片来滤去低能量的伽玛射线来满足 仪器肋角的设计指标。=55。通过对短源距探测器加不 同厚度隔片的试验，最后定为L=0.5mm，S=3mm。 补偿密度测井仪刻度原理 肋线作为直线处理方式(即通常的补偿方程) 通常所说的密度测井响应方程，是由脊肋图实验资料导出，在假设肋线是直 线的情况下，可以通过三点刻度的方法求出方程中的五个系数，其中K值是 近似的处理结果，只有在肋线为直线时，才近似为一常数，其处理方法如下 ： =ABlnN 对长短分别有 L=ALBLlnNL S=ASBSlnNS b=L+1/K(LS) 当放mgAL时： Lmg= ALBLlnNLmg LAL= ALBLlnNLAL Smg= ASBSlnNSmg SAL= ASBSlnNSAL 分别求出 AL AS BL BS 再放倒mg： 据=1/K(LS) 求出K=？ 则b=(ALBLlnNL)+1/K(ALBLlnNL)(ASBSlnNS) 补偿密度测井仪刻度原理 肋线作为曲线处理方式（一点刻度方式） 实际上，当地层的泥饼加厚时，即密度校正量较大时，肋线将开始弯曲，肋线不能看成 直线，这时如用直线处理就会产生误差，通常用多项式和分等函数来拟合肋线弯曲的背 肋图，这样刻度变得更为简单，操作起来更为方便，即一点刻度方式。 强源处理方式与数据： =ABlnN 则长短源距分别有 L=ALBLlnNL S=ASBSlnNS 当放 b=2.30g/cm3的Mg块时则 有 L=2.30BLlnNL2.30/NL S=2.30BSlnNS2.30/N2.30 当S /L1时 =-270.156S/L3+792.303S/L2-776.515S/L+254.37 当S /L1时 =-26