[发明专利]用于油田应用的基于钾冰晶石闪烁体的中子探测器

说明书

技术领域

本申请总体上涉及油田应用中的地质地层的放射学评估分析。更特别地，本公开涉及用在通过闪烁现象探测中子中的器械和方法。

背景技术

许多普通的井下应用依赖于对热中子或超热中子的探测。最重要的之一是中子孔隙度，其是被称为“三元组合（triple combo）”中的一部分，并且是用于任何测井工具管柱的标准。因此井下工具通常包括中子源和几个热中子和超热中子探测器。

由于费用和安全性的关系（例如来自于材料激活），用于产生中子的源的强度受到限制。此外，化学源在尺寸方面受到政府规章的限制；然而，电子中子源，尤其在油田应用中的有效性受到可靠性和热管理的限制。为了对受限的中子源强度进行补偿，用于油田应用（例如井下）的中子探测器的普通要求是高效。由于油田测量工具或探头之内的空间有限，探测器封装也在尺寸方面受到限制（例如，取决于应用，大约13-76mm的直径和13-200mm的长度），其使得效率要求更难被达到。

油田应用中的另一个复杂因素是中子测量工具不断地移动。在这种应用中，信号应被迅速记录，而没有来自内部处理或数据采集的任何延迟。对于某些类型的使用脉冲中子源的测量，探测器应特别快速。这种测量的一个实例是“Sigma”，其中，中子信号衰减以几十微秒的时间标度被测量，具有例如1微秒的分辨率。因此，对于这些探测器的附加要求是适当短的时间衰减，其在微秒范围中。而且，探测器应能经受住恶劣的井眼环境，其包括：冲击、震动、升高的压力和从大约-40℃到大约200℃的温度范围。例如上文提到的那些要求在传统上已仅仅剩下很小数目的可用于中子探测器的选择。

发明内容

提供本发明内容部分用于介绍概念的一个选择，该概念在下文详细的说明书中进一步描述。本发明内容部分不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不是旨在作为一种帮助用于限制所要求保护的主题的范围。

本公开的说明性实施例涉及井眼测井工具。尤其，说明性实施例涉及用在井下以及其它油田应用中的中子探测器。中子探测器包括至少部分由钾冰晶石材料形成的闪烁体。在本公开的更特别的实施例中，闪烁体由掺杂了铈（Cerium，Ce）的Cs₂LiYCl₆（“CLYC”）材料形成。掺杂了Ce的CLYC在超过50℃以及高至至少175℃的高温下保持良好的分辨率，并且在高至200℃下显示出仅仅有限的分辨率损失。这个性质在仪器承受高压高温的井下应用中特别有利。与此相反，例如LiLEu或Li-glass（玻璃）的其它已知的基于闪烁体的探测器会遭受温度退化。在各种实施例中，被掺杂的CLYC（例如，被Ce掺杂的）甚至在高温下明显显示出对中子和伽马射线的不同的探测器响应。处理器可被编程用以基于脉冲形状鉴别抑制由于伽马射线产生的计数。

本公开的说明性实施例涉及一种用于探测中子的方法。该方法包括在井眼中定位闪烁体，该闪烁体包括钾冰晶石材料。中子被释放进入邻近于井眼的一个区域的地层中。闪烁体响应于与从地层返回的中子的相互作用而发射冷光。该方法还包括探测来自闪烁体的冷光。将来自闪烁体的冷光转变为电信号。

附图说明

通过结合附图参考以下的详细说明，进一部分的特征和优点将变得更加容易理解。

图1示出了根据本公开的一个实施例布置的具有基于闪烁体的中子探测器的井眼测井系统的部分横截面；

图2示出了根据本公开的一个实施例布置的具有基于闪烁体的中子探测器的井眼测井系统的部分横截面；

图3示出了根据本公开的另一个实施例布置的具有基于闪烁体的中子探测器阵列的井眼测井系统的部分横截面；

图4示出了根据本公开的另一个实施例的具有被辐射屏蔽的基于闪烁体的中子探测器的测井工具的部分横截面；

图5示出了根据本公开的另一个实施例的具有光导元件用以将光从闪烁体平板改向到光子探测器的测井工具的部分横截面；

图6A示出了从掺杂了铈的CLYC闪烁体的一个实施例获得的代表性脉冲高度谱图；

图6B示出了在多个温度下从掺杂了铈的CLYC闪烁体的一个实施例获得的代表性脉冲高度谱图；

图6C示出了调整图6B使得中子峰的矩心对准的脉冲高度谱；

图7示出了CLYC和Li-glass的半高全宽（FWHM）相对于温度的图；

图8示出了用于为普通的PMT构造（脉冲高度在室温下归一化）确定的闪烁体材料的特别的实例的、来自中子相互作用和伽马射线相互作用的相对脉冲高度随温度的图；