[发明专利]小口径伽马能谱测井装置及数据采集传输和自稳方法

说明书

技术领域

本发明涉及测井领域，尤其涉及高精度测量放射性矿物含量的小口径伽马能谱测井装置。

背景技术

自然伽马能谱测井是在钻孔内对岩石自然伽马放射线进行能谱测量与分析，分别测定地层内铀、钍、钾含量来研究井剖面地层性质的测井方法。目前，国内伽马能谱测井仪在石油工业的应用主要是通过自然伽马能谱测井所测量的U、Th、K含量来识别岩性、研究沉积环境、生油层，寻找储集层，确定粘土含量等目的，特点是含量测量范围小、测井仪直径大(一般大于90mm)。铀矿勘查中由于钻孔内放射性物质含量高，伽马射线强，目前这些测井仪不适宜用于铀矿勘查的测量要求。国外Mount Sopris、RG、Geovista等公司生产的自然伽马能谱测井仪直径大多在50mm-60mm之间，多采用BGO、NaI和BaLr3闪烁晶体探测器。我国一些热液型铀矿床属于铀、钍混合型矿床，对于此类矿床需要采用伽马能谱测井方法分别测定矿石的铀、钍含量，才能准确计算铀的储量，而且钻孔裸眼直径大都为60mm，因此需要开发小口径伽马能谱测井仪。

由于测井仪口径小，晶体尺寸小，导致晶体探测到的伽马射线少。为了提高测井效率，提出了实时连续测量的需求，对探测器探测效率、为减小死时间目的对信号高速采集、传输及自稳等提出了更高要求。伽马能谱测井仪自动稳谱精度决定了核素含量的解算精度。伽马能谱测井不同于车载伽马谱仪、航空伽马谱仪，后者在自动稳谱方面主要针对温度引起的谱漂移问题，采用天然⁴⁰K的1.460MeV光电峰和²⁰⁸Tl的2.614MeV光电峰等作为基准进行稳谱，优点是没有自稳源引起的本底。而钻孔中进行伽马能谱测井，晶体探测器更接近围岩矿体，放射性强度变化剧烈，要求自动稳谱反应迅速，对于薄矿层尤其如此。

发明内容

本发明的目的是设计小口径伽马能谱测井装置及数据采集、传输和自稳方法，用于测量矿床中放射性物质的含量。本发明要解决的另一个技术问题是减小仪器的死时间和快速自稳。

技术方案

本发明的小口径伽马能谱测井装置的原理方框图如图1所示，具有：BGO闪烁晶体探测器、¹³³Ba自稳源、光电倍增管、第一放大器、极零相消电路、第二放大器、基线恢复电路、高压模块、自稳电路、采样保持电路、阈值比较电路、A/D转换电路、地址锁存器、第一微处理器、双端口RAM、第二微处理器、时基电路、温度探测单元。

BGO闪烁晶体探测器探测周围矿体产生的天然伽马射线和¹³³Ba自稳源放出的伽马射线，产生的信号经过光电倍增管放大，传输到第一放大器放大后，传输到极零相消电路后，再经第二放大器放大，到达基线恢复电路。经过基线恢复后，信号分两路，分别到达采样保持电路和阈值比较电路。阈值比较电路将输入信号与设定的阈值进行比较，若信号大于阈值，则阈值比较电路产生选通脉冲，触发采样保持电路采集信号并整形。采样整形信号传输到A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号，根据信号幅度通过地址锁存器映射到存储器相应的地址存储单元。采样保持电路、阈值比较电路、A/D转换电路、地址锁存电路等构成一个硬件闭环系统。

采用双端口RAM存储器和双CPU，分工协同完成高速伽马脉冲采集、数据读取以及自动稳谱等功能，并实时将谱数据发送到地面系统。

具体地，第一微处理器负责高速采集伽马脉冲，包含自稳峰脉冲。其工作流程如图2所示。

第一步，开机，初始化；

第二步，延时，使第二微处理器清空双端口RAM的谱数据存储区和设定谱采集时间；

第三步，判断A/D转换器是否有伽马脉冲转换完成中断输入？若无，则反复第三步；若有，则进行第四步；

第四步，读取A/D转换器的数据；

第五步，根据读取的A/D转换结果将其映射到双端口RAM的相应谱道存储区进行累加1；

第六步，判断谱采集时间是否结束？若否，则返回到第三步；若是，则进行第七步；

第七步，切换能谱数据帧后，返回到第三步。

第二微处理器负责读取并传输双端口RAM存储器中的谱数据及实现实时自稳控制。第二微处理器的工作流程如图3所示。

第一步，开机，初始化；

第二步，清空双端口RAM谱数据存储区；

第三步，设定谱采集时间；

第四步，依据温度探测单元读数设定光电倍增管PMT的高压初值；

第五步，判断谱采集时间是否结束？若否，反复第五步；若是，进行第六步；