Аппаратура СРК-01. Назначение, компоновка

Прибор СРК предназначен для исследования нефтяных и газовых скважин методами двухзондового нейтрон-нейтронного каротажа по тепловым и надтепловым нейтронам (2ННКТ и 2ННКНТ), нейтронного гамма-каротажа (НГК) и гамма-каротажа (ГК), по данным которых определяется водонасыщенная пористость (водородосодержание) и мощность экспозиционной дозы естественного гамма-излучения горных пород.

Скважинный прибор эксплуатируется с использованием:

- источника быстрых нейтронов полоний-бериллиевым типа ВНИ-2 или плутоний- бериллиевым типа ИБН8-5;

- кабеля типа КГ3-60-180 длиной до 7000м.

Диапазон измерений мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, обеспечиваемый скважинным прибором, от 1.4 до 251.4 мкР/час.

Диапазон измерений водонасыщенной пористости (водородосодержания), обеспечиваемый скважинным прибором, от 1 до 40%.

Регистрация гамма-излучения осуществляется блоком детектирования, содержащим два детектора NaI(Tl) размерами 40x80 мм два фотоэлектронных умножителя ФЭУ-74А.

Регистрация нейтронного излучения осуществляется блоком детектирования, который содержит два гелиевых счетчика тепловых нейтронов типа СНМ-56 (по 1 шт. в каналах ННКТ МЗ и ННКТ БЗ).

Расстояние между центром источника нейтронов и ближними к нему торцами счетчиков СНМ-56:

- для зонда ННКТ МЗ - 258 ± 5 мм;

- для зонда ННКТ БЗ - 508 ±5 мм.

Схема зондовых установок прибора СРК-01 приведена на рис.14.

Рис.14. Схема зондовых установок прибора СРК-01

9.2. Назначение и устройство детекторов γ -излучения. Принцип их работы

Сцинтилляционные счетчики - Предназначены для преобразования регистрируемых гамма- квантов или нейтронов в электрические импульсы тока

Сцинтилляционный счетчик (рис. 88) имеет два основных элемента: сцинтиллятор, реаги­рующий на ядерное излучение вспышки света, и фотоэлектрон­ный умножитель (ФЭУ), преобразующий эти слабые вспышки света в электрические импульсы и усиливающий последние в миллионы раз.

Сцинтилляторы (люминофоры) работают следующим образом. Гамма-квант, попадая в сцинтиллятор, взаимодей­ствует с его атомами, в результате чего образуются вспышки света.

Рис. 88. Принципиальная схема сцинтилляционного счетчика. /—сцинтиллятор (люминофор); 2 — отражатель; 3 — ФЭУ; 4 — фотокатод;

5 — фокусирующий динод; й—диноды; 7—собирающий электрод (анод); 8— делитель напряжения

Фотоны из сцинтиллятора попадают на фотокатод ФЭУ. Электроны, вылетающие из фотокатода, ускоряются элек­трическим полем и через диафрагму устремляются на первый электрод (динод) умножителя. Вследствие вторичной эмиссии каждый упавший электрон выбивает из диода несколько вто­ричных электронов. Эти электроны, на­ходясь в поле притяжения второго динода, также ускоряются и вызывают вторичную электронную эмиссию на следующем диноде. Таким образом, происходит скачкообразное увеличение числа электронов на каждом диноде фотоэлектрического умно­жителя. Последним электродом в этой цепи служит анод.

Основные преимущества сцинтилляционных счетчиков:

1) высокая чувствительность (эффективность), в том числе к гамма-лучам; 2) большая разрешающая способность ; 3) способность различать частицы по их энергии и из­мерять ее, т. е. проводить спектрометрию радиоактивных излу­чений. Таким образом, сцинтилляционные счетчики, соединяя в себе положительные качества пропорционального счетчика и счетчика Гейгера — Мюллера, обладают более высокой эф­фективностью и разрешающей способностью.

Недостатки сцинтилляционных счетчиков: 1) высокая чув­ствительность к изменению температуры окружающей среды;

2) повышенные требования к стабильности питающего напря­жения; 3) большой разброс параметров фотоумножителей и из­менение характеристик и параметров фотоумножителей в про­цессе их работы.

Газоразрядный счетчик представ­ляет собой газонаполненный прибор, обеспечивающий регистрацию интенсивности ядерных частиц по возникновению газового разряда. Газовым раз­рядом называют явление протекания ионизационного тока через газы.

Газоразрядный счетчик — это своеобразный конденсатор. Одним электродом (анодом) в нем служит тонкая нить из вольфрама, железа или другого металла диаметром 0, 1—0, 5мм, натянутая вдоль оси стеклянного цилиндра диаметром 1—3 см, вторым электродом (катодом) является внутреннее металличе­ское покрытие этого цилиндра. Роль диэлектрика вы­полняет смесь газов, заполняющая под давлением 1, 33-Ю⁴ Па

Принципиальная схема устройства и включения газоразрядных счетчиков.1 — стеклянный баллон; 2 — металлический цилиндр или металлическое покрытие (ка­тод); 3—нить (анод); 4 — контакты и изоляторы. С—емкость; и—сопротивление;

ИТ — источник постоянного тока

К электродам приложена достаточно высо­кая разность потенциалов электриче­ского поля.

Образование ионов и электронов в заполняющем газе происходит под дей­ствием попавших в счетчик движущихся ядерных частиц. гамма-кванты выбивают из металлического покрытия электроны, которые взаимодействуя с молекулами газа в трубке образуют лавину электронов. Электроны, попадая на анод образуют импульс тока, регистрируемый на выходе.тили квантов электромаг­нитных излучений.

Для регистрации гамма-квантов в радиометрии скважин ис­пользуют газоразрядные счетчики, работающие в области Гей­гера — Мюллера, не чувствительной к интенсивности первичной ионизации исследуемых частиц. Счетчики, работающие в таком режиме, называются счетчиками Гейгера — Мюллера. Их осо­бенностью является большая величина выходного сигнала, до­стигающая единиц и даже первых десятков вольт, и, как след­ствие, простота последующей измерительной схемы аппара­туры.

Существуют два основных способа гашения разряда: 1) с при­менением гасящих радиотехнических схем; 2) с заполнением счетчиков подобранными смесями газов. В соответствии с этим в первом случае счетчики называются несамогасящимися, во втором — самогасящимися.

В аппаратуре, применяющейся для радиометрии скважин, используются самогасящиеся счетчики, которые обладают ря­дом преимуществ (быстрота действия, упрощенная схема включения и др.). Чтобы сделать счетчик самогасящимся, следует устранить вырывание электронов из катода при поглощении им ультрафиолетового излучения, так как вырывание является главной причиной образования непрерывного разряда. Для этого к обычному наполнителю — одноатомному газу (напри­мер, аргону) следует добавить до 10 % газа или паров много­атомных молекул некоторых веществ (этиловый спирт, метан, пентан, хлор и др.). Образующиеся фотоны будут полностью поглощаться многоатомными молекулами на расстоянии 1— 2 мм от места их возникновения и не смогут поэтому долететь до катода и вызвать заметный фотоэффект. При этом много­атомные молекулы либо ионизируются, либо распадаются на нейтральные части. Вместе с тем многоатомные молекулы об­ладают связанными электронами и легко отдают их положительным ионам аргона при столкновениях, и к катоду подходят лишь тяжелые, с малой кинетической энергией положительные ионы многоатомных органических молекул, которые там нейтрализуются.

Основные преимущества газоразрядных счетчиков: 1) ста­бильность работы в большом диапазоне изменения темпера­туры (от —55 до -300°С); 2) необязательность постоянства напряжения питания; 3) повышенная чувствительность к жест­кому гамма-излучению при решении некоторых геолого-промыс­ловых задач.

К недостаткам газоразрядных счетчиков относятся: 1) высо­кое рабочее напряжение питания (700—1600 В); 2) ограничен­ный срок службы вследствие диссоциации многоатомных моле­кул; 3) низкая максимальная скорость счета.