双探测器碳氧比、四探测器中子寿命同次测量综合仪器脉冲中子发生器结构如图3-1-12所示。
在中子管两端一端放两个BGO晶体γ射线探测器,一端放两个氦三计数管热中子探测器。当两个氦三计数管直径(φ50mm)与中子管一样粗时,或高压电源因买不到合适元件,直径做得较大时,可不采用图3-1-12b方案,而采用图3-1-12a、图3-1-12c方案。图3-1-12c中,屏蔽体用钨、铜、铁做成,再加上两个氦三计数管,这三个部件因为中子管离子源属于低电压,防止爬电绝缘块就起低压与120kV高压的隔离作用,长度为5~10cm。120kV高压线一定要加高压试验,耐压在160kV以上,确保不与低电压元件放电。如果把氦三计数管与中子管封在一起,充SF6气体要达( 0.65~1.25~8 )个大气压;充201甲基硅油时,要根据井深温度、膨胀系数、仪器空间体积,掌握好硅油的量,留有充分的膨胀空间,否则将压坏中子管和氦三计数管。
双探测器碳氧比、四探测器中子寿命同次测量综合仪器一次下井,一遍同时测量碳氧比、中子寿命两个项目参数,从两个侧面(含油饱和度、含水饱和度)解决地质问题。碳氧比项目:两个BGO探测器获得非弹性散射γ能量总谱、非弹性散射γ能量净谱、俘获γ能量谱,中子—时间谱,共8张谱,中子寿命项目:两个BGO探测器获得非弹性散射γ能量谱、俘获γ能量谱,中子—时间谱,共6张谱。两个氦三计数管获得热中子能量谱,中子—时间谱,共4张谱。两个项目共18张谱。所谓一遍同时测量,实际是宏观同时,微观分时。例如:把1s时间分成4段,每段250ms,碳氧比能谱测井在250ms时间段,占用170ms,共1700个周期(打中子频率10kHz ),中子寿命测井占用80ms,第一个周期1ms空,等到碳氧比能谱测井产生热中子消失之后,再开始测中子寿命,中子寿命测井在250ms时间段,占用79ms,共79个周期。在1s时间内,碳氧比能谱测井( 10kHz工作)共占用1700×4=6800周期,即680ms。中子寿命测井( 1kHz工作)共占用79×4=316周期,即316ms,空4ms,共占用320ms,680ms+320ms=1000ms。打中子时序这样安排,测量时序也相应跟着打中子时序变动,即实现了在1s时间内,2 / 3时间测量碳氧比,1 / 3时间测量中子寿命。时序安排可多种,视如何方便而定。
碳氧比能谱测井:近探测器源距为27~34cm,远探测器源距为45~56cm。
中子寿命测井:近探测器源距为27~47cm,远探测器源距为45~77cm。
如果中子发生器采用“悬浮中子管离子源”±60kV或+120kV供高压方式,在中子管一端放置两个BGO晶体γ射线探测器,在另一端怎样放置两个氦三计数管,可参考图3-1-13所示方案。
在中子管离子源氘氚贮藏器变压器T1次级绕组有三个线圈,一个线圈给氘—氚贮藏器供电;一个线圈经整流滤波输出高压1300~2000V,给两个氦三计数管供电;一个线圈经整流滤波输出±15V,作为放大器、甄别器、驱动器电源(变压器T1未画出)。因为氦三计数管输出信号幅度只有1~10mV,两级放大器要放大1000~2000倍。变压器T1、T2、T3初、次级绕组线圈之间耐压160kV。氘—氚贮藏器线圈两个头,一个头接中子管阴极,阴极接在+60kV或+120kV高压上,变压器T1初级线圈,变压器T2、T3次级线圈引出线,用宽度为10mm的聚四氟乙烯薄膜带条分别包裹8~10mm。两个氦三计数管信号经过高压倍加器后,输入给数控电路,作进一步处理后,进入单片机。