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CN105866155A - 一种用于深井探测的x射线荧光测井探管 - Google Patents

一种用于深井探测的x射线荧光测井探管 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于深井探测的X射线荧光测井探管，包括：设置于管体(1)内的激发源(4)、探测器、核脉冲信号处理电路、电源电路、通讯电路和冷却装置，所述的管体(1)上开设有探测窗口(2)；所述的冷却装置将探测器密封于管体(1)内，并通过电源电路驱动其冷却探测器。本发明的探管通过采用简单的电制冷结构，使其能够在高温、高压环境下实现X射线荧光测井，直接测量井壁元素含量，从而适合应用在野外的地质勘查中；且该探管所实现的仪器结构简单，通过将冷却装置集成于管体内部，降低了探管的空间，使其能够在小口径测井中使用，满足矿产勘查的需求。

Description

一种用于深井探测的X射线荧光测井探管
技术领域
本发明涉及深井探测技术领域，具体涉及一种用于深井探测的X射线荧光测井探管。
背景技术
X射线荧光测井是一种在井下直接测量井壁元素含量的分析技术，是测井的重要组成部分。
X射线荧光测井探管是由测井绞车下放到目标深度，激发源(X射线光管或同位素激发源)放射出初级射线，使井壁的原子得到激发。原子在退激过程中，产生元素的特征X射线，被测井探管中的探测器探测，转化为电信号后由核脉冲信号电路处理，并转化为数字信号后累计为X射线荧光能谱。而相比于浅井测量，在深井测量中，其所处的压力、工作温度对设备提出了更高的要求。为了实现在深井中测量，需要制作能够抗高压、高温的X射线荧光测井探管。
对于高温问题，目前常采用的是被动和主动两种模式。所谓的被动模式是采用真空保温瓶实现。保温瓶由多层组成，内部被抽成真空，使得保温瓶内容温度不变或者缓慢升高，但是此技术不适合于X射线荧光测井，其原因在于：(1)由于X射线的能量较低，对介质的穿透能力较差，因此需要制作探测窗口。而探测窗口的存在，将影响保温效果；(2)X射线探测器需要高能量分辨率，目前采用Si-PIN或SDD探测器，需要在恒温下工作，而保温瓶内实际温度逐渐升高，因此影响探测器工作。
所谓的主动模式是采用制冷设备降低高温影响，如：利用电制冷片做成了测井制冷装置(专利号：CN 202853191 U)，以及施卢默格海外有限公司设计的斯特林冷却系统(专利号：CN1641185A)均能达到井下工作温度需求。但是，以上装置尺寸、功耗大，不适用于小口径测井，而且其结构复杂，制造成本高。
发明内容
本发明的目的在于，为解决上述现有的X射线荧光测井探管无法满足深井探测环境要求的技术问题，提供了一种用于深井探测的X射线荧光测井探管，该探管采用主动降温式结构，其直径小于60mm，能够工作在100摄氏度、50Mpa压力的深井环境中，以实现深井探测的元素分析。
为实现上述目的，本发明提供的一种用于深井探测的X射线荧光测井探管，包括：设置于管体内的激发源、探测器、核脉冲信号处理电路、电源电路、通讯电路和冷却装置，所述的管体上开设有探测窗口；所述的探测器用于采集由激发源激发井壁后产生的X射线，并转化为核脉冲信号，所述的核脉冲信号处理电路将核脉冲信号进行脉冲幅度的处理后，将生成的数字信号累计形成X射线荧光谱线，所述的通讯电路用于将X射线荧光谱线传输到地面工作站，所述的电源电路提供X射线荧光测井探管中各部分所需的工作电源，所述的冷却装置将探测器密封于管体内，并通过电源电路驱动其冷却探测器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的冷却装置包括：冷指、电制冷片、导热铜片和散热器；所述冷指的前端通过设有的底座安装探测器，所述的电制冷片设置于导热铜片与冷指之间，该电制冷片通过电源电路驱动，以降低冷指温度并传递经探测器产生的热量，所述导热铜片的底部与散热器连接，用于将电制冷片产生的热能传递至散热器，并通过该散热器向外界散热，所述的散热器将探测器密封于管体内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述冷指与探测器暴露在外的表面均采用绝热材料进行热隔离。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的冷指通过设有的温度传感器监测获得冷指的温度数据，所述电源电路通过该温度数据控制调节电制冷片的输出功率。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的冷指、导热铜片和散热器均采用高纯度的铜材料制成。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的探测器采用Si-PIN探测器或者SDD探测器。激发源产生的X射线通过窗口入射到井壁上，产生的X射线由Si-PIN探测器或SDD探测器采集，这两种探测器能量分辨率高，适合于井下原位多元素测量。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的探测窗口采用高纯度的铍材料构成。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的管体采用钛钢材料制成。探管采用钛钢结构加工，能够承受深井下的高压。
为了能够使探测器工作在合适的温度下，探管中采用电制冷片对探测器进行制冷处理，保持探测器在50℃以下的环境中工作，从而保证仪器具有良好的能量分辨率。
本发明的一种用于深井探测的X射线荧光测井探管优点在于：
本发明的探管通过采用简单的电制冷结构，使其能够在高温、高压环境下实现X射线荧光测井，直接测量井壁元素含量，从而适合应用在野外的地质勘查中；且该探管所实现的仪器结构简单，通过将冷却装置集成于管体内部，降低了探管的空间，使其能够在小口径测井中使用，满足矿产勘查的需求。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种用于深井探测的X射线荧光测井探管结构示意图。
图2为本发明实施例中的冷却装置结构示意图。
1、管体 2、探测窗口
3、散热器 4、激发源
5、温度传感器
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种用于深井探测的X射线荧光测井探管进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种用于深井探测的X射线荧光测井探管，包括：设置于管体1内的探测器、核脉冲信号处理电路、电源电路、通讯电路和冷却装置(未图示)，还包括图2所示的激发源4。所述的管体1上开设有探测窗口2；所述的探测器用于采集由激发源4激发井壁后产生的X射线，并转化为核脉冲信号，所述的核脉冲信号处理电路可采用高温器件制作，用于对核脉冲信号进行脉冲幅度处理及ADC转换后，将生成的数字信号在该电路上设置的FPGA芯片上实现脉冲幅度的提取，并累计形成X射线荧光谱线。所述的X射线荧光谱线由通讯电路经过测井线缆传回地面，由地面工作站进行数据采集和处理，并转化为元素含量。所述的电源电路用于为X射线荧光测井探管供电，所述的冷却装置将探测器密封于管体1内，并通过电源电路驱动其冷却探测器。
如图2所示，在本实施例中，所述的冷却装置可包括：冷指、电制冷片、导热铜片和散热器3；所述电制冷片的热端与导热铜片紧密接触，接触面可采用导热硅胶粘合，该电制冷片的冷端与冷指紧密接触，接触面也可采用导热硅胶粘合。电制冷片通过电源电路驱动，以降低冷指温度并传递经探测器产生的热量。所述导热铜片的底部与散热器3连接，用于将电制冷片产生的热量由导热铜片传输到散热器中。散热器可由高纯度铜制成，将探测器密封于管体1内，并同井液紧密接触，以便将热量由井液带走。所述的导热铜片和散热器可由整块的铜线切割而成，从而具有良好的导热性。
在工作过程中，由于电制冷片热端的温度高于井液的温度，因此，电制冷片需要采用高温型电制冷片，需要耐温在135℃以上。电制冷片的功率由电源电路控制，电源电路从测井线缆中接入交流电，并转化为直流电。所述的冷指通过设有的温度传感器5监测获得冷指的温度数据，所述电源电路通过该温度数据控制调节电制冷片的输出功率，冷指与电制冷片之间用导热硅胶进行粘合。
所述的冷指可由高纯度铜制成的手指形结构，其在前端设有的底座安装探测器，以及供核脉冲信号处理电路内设的前置放大器安装盒。冷指的温度维持在50℃以下，保证探测器能够在较好的条件下工作。冷指与探测器暴露在外部高温环境下的表面均采用绝热材料进行热隔离，以降低热辐射和热传导，从而降低电制冷片的功耗。
所述的探测器可采用Si-PIN探测器或者SDD探测器，该探测器内部具有单独设置的电制冷片，使得探测器灵敏区能够工作在零下20℃的环境中；探测器的底部具有导热片。探测器的导热片同冷指充分接触，接触面可采用导热硅胶粘合，由探测器内部产生的热量，经由冷指、电制冷片和导热铜片，将温度传递到散热器上。前置放大器安装在冷指内，其内部采用导热胶进行密封。该前置放大器和探测器都需要工作在50℃环境下，因此冷指需要维持在50℃以下。
所述的探测窗口可采用高纯度的铍材料制成，具有良好的硬度；探管壁可采用钛钢材料制作，铍窗和探管壁之间采用合金材料焊接，以保证探管能够抗压50Mpa。
另外，所述的激发源可采用同位素源，安装在聚苯硫醚(PPS)中，以提高探管的耐高温、耐化学药品性、难燃及热稳定性。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于深井探测的X射线荧光测井探管，其特征在于，包括：设置于管体(1)内的激发源(4)、探测器、核脉冲信号处理电路、电源电路、通讯电路和冷却装置，所述的管体(1)上开设有探测窗口(2)；所述的探测器用于采集由激发源(4)激发井壁后产生的X射线，并转化为核脉冲信号，所述的核脉冲信号处理电路将核脉冲信号进行脉冲幅度处理后，将生成的数字信号累计形成X射线荧光谱线，所述的通讯电路用于将X射线荧光谱线传输至地面，所述的电源电路用于为X射线荧光测井探管供电，所述的冷却装置将探测器密封于管体(1)内，并通过电源电路驱动其冷却探测器。
2.根据权利要求1所述的用于深井探测的X射线荧光测井探管，其特征在于，所述的冷却装置包括：冷指、电制冷片、导热铜片和散热器(3)；所述冷指的前端通过设有的底座安装探测器，所述的电制冷片设置于导热铜片与冷指之间，该电制冷片通过电源电路驱动，以降低冷指温度并传递经探测器产生的热量，所述导热铜片的底部与散热器(3)连接，用于将电制冷片产生的热能传递至散热器(3)，并通过该散热器(3)向外界散热，所述的散热器(3)将探测器密封于管体(1)内。
3.根据权利要求2所述的用于深井探测的X射线荧光测井探管，其特征在于，所述冷指与探测器暴露在外的表面均采用绝热材料进行热隔离。
4.根据权利要求2所述的用于深井探测的X射线荧光测井探管，其特征在于，所述的冷指通过设有的温度传感器(5)监测获得冷指的温度数据，所述电源电路通过该温度数据控制调节电制冷片的输出功率。
5.根据权利要求2所述的用于深井探测的X射线荧光测井探管，其特征在于，所述的冷指、导热铜片和散热器(3)均采用高纯度的铜材料制成。
6.根据权利要求1所述的用于深井探测的X射线荧光测井探管，其特征在于，所述的探测器采用Si-PIN探测器或者SDD探测器。
7.根据权利要求1所述的用于深井探测的X射线荧光测井探管，其特征在于，所述的探测窗口(2)采用高纯度的铍材料构成。
8.根据权利要求1所述的用于深井探测的X射线荧光测井探管，其特征在于，所述的管体(1)采用钛钢材料制成。
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