[发明专利]基于超热中子与热中子比值的铀裂变瞬发中子测井技术

权利要求书

1.一种基于超热中子与热中子比值的铀裂变瞬发中子测井技术，该技术由小型可控中子发生器向钻孔周围的地层岩石发射快中子，该快中子被地层岩石与钻孔介质相继慢化为超热中子与热中子，热中子诱发²³⁵U裂变并放射出铀裂变瞬发中子；瞬发中子又相继慢化成为超热中子与热中子，并可再次诱发²³⁵U裂变，如此反复，从而由铀裂变瞬发中子延长了超热中子消逝时间；当该快中子慢化为热中子后的任意t时刻，地层岩石中现存的超热中子总量n_E(t)正比于现存的热中子总量n_T(t)与铀含量q_u；其特征在于：利用双中子探测器和双时间谱仪，自该快中子慢化为热中子所对应的t_≤200时刻到任意t时刻，测量超热中子、热中子的时间谱，并定义该时段的超热中子、热中子的衰减量比值为“E/T”比，最后以“E/T”比构建基于饱和矿层的铀定量实时算法。

2.根据权利要求1所述的基于超热中子与热中子比值的铀裂变瞬发中子测井技术，其特征在于：所公开的在钻孔中探测超热中子、热中子的双中子探测器和双中子时间谱仪内部包含两组正比计数管、包裹超热中子探测器的聚乙烯中子慢化材料、包裹在慢化材料外的金属镉皮、探测器高压电源、前置放大器、成形与甄别电路，以及记录双中子探测器输出信号的脉冲计数器、时间谱分析与缓存电路；其中，探测器高压电源与两组正比计数管相连，两组正比计数管输出端分别与对应的前置放大器相连，前置放大器输出端与成形及甄别器相连；成形及甄别器输出端与脉冲计数器相连，脉冲计数器输出端连接时间谱分析与数据缓存电路；双中子时间谱仪可分别记录快中子和瞬发中子慢化而来的超热中子和热中子，也就是超热中子和热中子的时间谱；双中子时间谱仪采用485总线与地面测井计算机进行数据通信。

3.根据权利要求1所述的基于超热中子与热中子比值的铀裂变瞬发中子测井技术，其特征在于：选用³He气体的正比计数管制作双中子探测器，其内部充气压力为0.6Mpa～1.2Mpa；超热中子探测器的正比计数管外围包裹5mm～6mm壁厚的含氢量很高的聚乙烯中子慢化材料，慢化材料外围再包裹0.5mm～1.5mm壁厚的金属镉皮，热中子探测器的正比计数管外围无任何包裹材料；其中慢化材料用于将热中子慢化为超热中子，金属镉皮用于阻挡热中子进入超热中子探测器；双中子探测器的正比计数管采用上下结构，采用上下结构时，超热中子探测器的正比计数管紧靠中子发生器，热中子探测器的正比计数管紧靠超热中子探测器的正比计数管。

4.根据权利要求3所述的基于超热中子与热中子比值的铀裂变瞬发中子测井技术，其特征在于：双中子探测器的正比计数管采用梅花结构，采用梅花结构时，超热中子探测器的正比计数管位于探管截面中心的轴线上，热中子探测器由4～6个小体积正比计数管构成，位于超热中子探测器的正比计数管周围，并以超热中子探测器的正比计数管为中心，形成以轴线对称的梅花状分布，镉皮包裹在慢化材料外沿，轮廓为梅花状。

5.根据权利要求1所述的基于超热中子与热中子比值的铀裂变瞬发中子测井技术，其特征在于：中子管发射快中子与²³⁵U裂变发射二次中子的瞬间，这些中子均为快中子，快中子与物质原子核发生弹性散射、非弹性散射核相互作用，被慢化为超热中子，继而迅速慢化为热中子；热中子易与物质原子核发生辐射俘获、裂变及其它核相互作用，而被物质吸收并消逝殆尽；在中子生命周期内，热中子易于²³⁵U裂变，并产生铀裂变瞬发中子，从而延长了超热中子消逝时间，是探测铀裂变发生与否及铀矿定量的依据；根据铀裂变理论，以发射快中子为时间起点，不足200μs后，这些快中子均已慢化为热中子，将该时刻记为t_≤200时刻；其后的任意t时刻，均匀介质中现存超热中子总量n_E(t)正比于现存的热中子总量n_T(t)与铀含量q_u，即n_E(t)∝n_T(t)·q_u；若自t_≤200时刻到任意t时刻，测量地层岩石中某特定区域的超热中子时间谱N_E(t)、热中子时间谱N_T(t)，并利用该时段的超热中子衰减量N_E(t_≤200～t)、热中子衰减量N_T(t_≤200～t)的比值N_E/T(t_≤200～t)定义E/T比，可按下式计算地层岩石铀含量：

qu=NE/T(t≤200~t)-ηK]]>

式中，

NE/T(t≤200~t)=τT·(1-e-(t-t≤200)/τT)τE·(1-e-(t-t≤200)/τE)·NE(t≤200~t)NT(t≤200~t)]]>

计算地层岩石铀含量时，N_E/T(t_≤200～t)作为测量量，K、η作为已知量，q_u作为待求量；其中，求取某测点的E/T比时，须对超热中子、热中子的时间谱进行负指数函数拟合，以此求得τ_E、τ_T的取值，继而求得E/T比；

为此，应事先对已知铀含量q_u但含量值不同的两个以上的模型井进行刻度测井，由刻度测井求得K、η，并应用于野外井的铀含量q_u计算中；也就是选择与野外井的岩性结构、物质成分、井中介质基本相近的合适模型井，利用参数调至相同的同一测井仪，在模型井的饱和矿层中部进行刻度测井；通常，还需要从600μs～1000μs中选定一个合适的t值；

此外，野外井很难为饱和矿层，所求得的铀含量q_u仅表示矿层铀含量的平均效应，此时应采用平均含量法求得矿层的平均铀含量，可参见伽马测井定量解释的相关资料。