小直径石油测井中子发生器研制_肖坤祥

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1、第２９卷第１期原子核物理评论Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．１２０１２年３月ＮｕｃｌｅａｒＰｈｙｓｉｃｓＲｅｖｉｅｗＭａｒ．，２０１２文章编号：１００７－４６２７（２０１２）０１－００８１－０４小直径石油测井中子发生器研制肖坤祥，艾军，史桂娟，向伟，梁川，梅林（中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳６２１９００）摘要：为满足国内油田石油测井的迫切需要，对小直径测井中子发生器进行了研发。该发生器离子源采用微型化冷阴极Ｐｅｎｎｉｎｇ离子源，离子光学采用结构简单的单极加速系统。经实验室测试和用户现场刻度及测井

2、表明，研制的中子发生器具有耐高温、产额高、稳定性好等特点，是目前国内研制的最小直径的工业测井中子发生器。所测数据与其它测井方法相比较，地质资料符合性好，满足了用户测井要求，现已用于油田生产测井。关键词：石油测井；离子源；中子发生器中图分类号：Ｏ４６１文献标志码：Ａ１引言势，在石油测井中得到广泛的应用。新研制一种小型化综合测井仪所使用的中子发石油测井用的密封中子发生器是一种小型化加生器，可满足Ｃ－Ｏ比测井、中子寿命测井、氧活化［１］速器中子源，其基本结构是将离子源、加速系统、测井３种测井模式。国内

3、原有的中子管直径为３０靶以及气压调节系统密封在一个陶瓷或金属管内，［７］ｍｍ，只能装配成外径４３ｍｍ的中子发生器。形成一个小型的电真空器件，简称中子管。测井中为此，提出了新型中子发生器的研制指标，该中子子管主要的优点是体积小、重量轻，与普通放射性发生器具有体积小（３５ｍｍ，为发生器配套研制的同位素中子源相比，其中子产额高和单色性好，既陶瓷中子管直径为２７ｍｍ），重量轻（≤３ｋｇ）、工可输出连续时间中子谱，也可获得石油测井中所要作频率可变（频率范围０～２０ｋＨｚ）、中子产额高求的脉冲时间中

4、子谱。不使用时，既无中子输出也（１．５×１０８ｎｅｕｔｒｏｎｓ／ｓ以上）的特点。该产品的研制无放射性，存储管理方便，不需像同位素中子源那成功，能替代进口同类产品，还可满足国产测井仪样笨重的中子和(射线屏蔽防护层，与实验室常用器的需要，使先进的中子测井技术在全国各油田得的小型加速器相比，结构简单，不需要真空系统和到推广和普及，对于促进采油技术的进步有着深远冷却设备，使用成本也低。的意义。在测井中子发生器中，主要应用（Ｄ，Ｔ）反应获得所需的中子。２中子发生器的组成及原理［２，６］４Ｄ＋Ｔ→Ｈｅ＋ｎ＋

5、Ｑ，Ｑ＝１７．６ＭｅＶ。测井中子发生器主要由中子管和靶端高压电源通过此反应可以获得约１４ＭｅＶ的单能快中子。能组成，中子管和靶端高压电源密封在不锈钢筒内，量较高的快中子具有很强的穿透能力，它能够穿透并在钢筒内充入几个大气压的ＳＦ６气体或绝缘油。测井仪器的钢外壳、套管、水泥环，射入几十厘米高压电源由变压器和倍压线路组成，其作用是输出深的地层，引起各种核反应。快中子的这种特性使高达－１００ｋＶ的高压。中子管的结构如图１所示，得中子测井比电法测井、声法测井等具有独特的优由以下几个部分组成：产生入射粒子

6、的部件，即离收稿日期：２０１１－０５－２３；修改日期：２０１１－０９－１４基金项目：中国工程物理研究院基金资助项目（ＪＭ２０１０５０８０１）作者简介：肖坤祥（１９７５－），男，四川内江人，高级工程师，硕士，从事工业中子管、中子发生器的研究和设计；Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｏｋｕｎ－ｈｕ＠１２６．ｃｏｍ·８２·原子核物理评论第２９卷［１，４］子源；加速带电粒子的部件，即引出、加速系能是为离子源的阳极提供约１．８ｋＶ电压，并决定统；补偿氘气的氘气存贮器（俗称灯丝）；带电粒子中子发生器发射中子束流的方式。高

7、压电源是由变轰击产生中子的靶；玻璃－金属或陶瓷－金属的密封压器和高压倍加器组成，控制器的主要功能是为高外壳。压电源提供１ｋＨｚ的驱动脉冲，用以产生中子管工作时所需的最高约为－１００ｋＶ的工作靶压。发生器的外部接口和供电参数与用户现有测井系统兼容，中子发生器的供电输入参数能满足测井系统的全自动工作模式认证刻度，使工作参数基本在其规定的范围内。图１中子管的内部结构图为使各型号发生器的零部件和器材能统一采购与应用，降低生产成本，提高产品的工作稳定性，一般的石油测井用中子管属于充气型中子管，在未－３－５

8、在中子管靶、源结构、加速间隙、耐高压陶瓷及高工作时管内真空度约１０～１０Ｐａ，工作时，氘气压绝缘等方面可借鉴已有小型中子管。在离子源引从气体存贮器中释放出来，整个中子管内部空间压－２－１［１］出结构、底座结构、密封结构、引线方式等方面进强约１０～１０Ｐａ。测井用中子管的离子源一般行了重新设计，在确保总体尺寸和用户希望的源距则采用结构相对简单、寿命长的冷阴极Ｐｅｎｎｉｎｇ离前提下，满足了中子管各项技术指标要求。子源，离子源是由阳极、阴极和永久磁铁等组成。中子管工作时，抑制二次电子能减小靶流、降离子