[发明专利]用于补偿中子测井仪器的前端电路系统

说明书

技术领域

本发明涉及石油测井仪器中用于采集和处理信号的电子线路段，更具体地涉及用于补偿中子测井仪器的前端电路系统。

背景技术

测井，也叫地球物理测井或石油测井，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法之一。在油田勘探与开发过程中，测井是确定和评价油、气层的重要手段之一，也是解决一系列地质问题的重要手段。石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，又称完井电测，以获得各种石油地质及工程技术资料，即油层深度、厚度等信息，作为完井和开发油田的原始资料。

测井能直接为石油地质和工程技术人员提供各项资料和数据。根据需要，人们研制了各种测井仪器如声波测井仪、感应测井仪和地层倾角测井仪等等、以及各种辅助测井短节以获取各种地层的岩石物理参数和工程技术参数。这些测井仪器由于工作在高温、高压的恶劣环境下（例如，在井下深度至7000m时，温度可达175℃，压力达140MPa）而必须具有耐高温、耐高压的性能。

补偿中子测井仪器是放射性测井仪器的一种。它有两个不同源距的热中子-超热中子的探测器，通过长、短源距探测器的计数率比值来确定地层的孔隙度。

具体而言，补偿中子探头段装载着16居里的Am-Be中子源，每秒种将产生4×10⁷个快中子，这些快中子射入地层，与地层中的物质碰撞。根据碰撞学说，中子碰撞中的能量损失与被碰撞物体的质量和入射角有关。快中子与质量相当的物质碰撞(弹性碰撞)损失的能量最大。经过几次碰撞后，快中子将被减速，平均能量从5.6MeV衰减到0.25eV，变成热中子。这些热中子有一部分进入探测器，撞击He³核，引起核反应，产生H³(氚)和质子，该质子使其它一部分He³电离，产生带电的离子和电子。此时，在高压电场作用下，电子向阳极运动，产生一负脉冲，该脉冲被电子线路放大并记录下来。因为氢原子的质量与中子相当，所以探测器接受热中子的数量就反映了地层中氢原子的数量。因此，由探测器及其电子线路组成的测井仪可以测量地层中的含氢量。

然而，目前电子线路段对探测器信号的采集和传输存在诸多问题，例如稳定性差、信噪比低以及耐高温性能弱等等。因此，由于井下的工作环境恶劣，存在对改进补偿中子测井仪器的前端电路系统的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量准确、操作方便且便于排除故障的用于补偿中子测井仪器的前端电路系统。该前端电路系统具有耐高温高压、抗振动以及空间结构狭小的优点。

另一方面，由于本发明的前端电路系统可以将中子探测器的微弱信号放大，经过处理后变成可测量的脉冲信号，同时提供对前端电路系统的监控，从而可以降低补偿中子测井仪器的前端电路系统的调试维护难度，容易定位前端电路系统的问题原因，减少人工成本。

根据本发明的一方面，提供一种用于补偿中子测井仪器的前端电路系统，其特征在于包括：电荷灵敏放大器，经由第一电容器与所述补偿中子测井仪器中的探测器耦合以将由所述探测器输出的电荷信号变换成电压信号；微分放大器，经由第二电容器与电荷灵敏放大器耦合以微分放大所述电压信号以得到第一中间电压，其中所述第一中间电压与所述电压信号的时间变化率成比例且具有与所述电压信号U相反的符合；比较器，用于比较所述第一中间电压U1和可调阈值电压以得到脉冲信号，所述脉冲信号具有变化的时间周期；以及脉冲整形电路，用于对所述脉冲信号进行整形以得到宽度相同的脉冲信号，所述宽度相同的脉冲信号被发送到所述补偿中子测井仪器中的控制电路板以用于后续处理。

根据本发明的一方面，所述前端电路系统还包括：监控电路，布置在所述微分放大器和所述比较器之间以实时监控所述第一中间电压，从而辅助所述前端电路系统中的故障排除。

根据本发明的另一方面，所述前端电路系统还包括：电源模块，为所述前端电路系统的电荷灵敏放大器、微分放大器、比较器和脉冲整形电路提供5伏或12伏直流电。

根据本发明的另一方面，所述前端电路系统还包括：高压模块，与所述第一电容器和所述探测器耦合，其中所述第一电容器用于隔离高压。

根据本发明的另一方面，在所述电荷灵敏放大器的正相和反相输入端之间串联连接第一电阻器和一个二极管以防止高压电弧对所述电荷灵敏放大器的损害，其中所述第一电容器经由所述第一电阻器连接到所述反相输入端并且正相输入端接地。