自然伽马能谱测井仪及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及放射性测量设备领域，具体地说，特别涉及到一种测量岩石中铀、钍、钾等含量的自然伽马能谱测井仪及其工作方法。
【背景技术】
[0002]自然伽马测井是在井内测量岩层的天然伽马射线强度来研宄地质问题的一种测井方法。岩石一般都含有不同数量的放射性元素，并且不断地放出射线。利用这些规律，根据自然伽马测井结果就有可能划分出钻孔的地质剖面、确定砂泥岩剖面中砂岩泥质含量和定性地判断岩层的渗透性。
[0003]自然伽马测井的一个直接用途是用来找出放射性矿产(铀、钍等)，以及具有放射性的其他矿产，如钾盐。
[0004]自然伽马测井仪器由井下仪器(探测器、放大器、高压电源等)和地面仪器(控制、显示等)组成。地层中的伽马射线通过泥浆到达探测器，形成电信号，通过电缆到达地面仪器，对电脉冲数进行记录。井下仪器在井眼中自下而上移动测量，就连续记录不同深度岩层的自然伽马强度，称为自然伽马测井曲线(GR)。
[0005]自然伽马测井记录的是能量大于10keV的所有伽马光子造成的记数率或标准化读数。它只能反映地层中所有放射性核素的总效应，而不能区分这些核素的种类，地层所能提供的信息没有得到充分的利用。自然伽马能谱测井(NGS)不但测量自然放射性造成的总计数率，而且伽马射线的能量进行分类，根据射线能量的信息，可以确定地层铀、钍、钾的含量。自然伽马能谱测井的应用主要有确定地层泥质含量、研宄生油层、寻找高放射性储集层、寻找页岩储集层、用Th/U研宄沉积环境、确定粘土矿物类型等。
[0006]自然伽马能谱测井仪不但要测出伽马射线的强度，而且要探测出伽马射线的能量。由于井下温度变化范围很大，晶体和光电倍增管对温度十分灵敏，温度变化将引起输出脉冲幅度的改变，导致谱信号记入错误的能窗，因此，稳谱措施是自然伽马能谱测井仪设计中很重要的一环。
[0007]能谱仪在使用过程中，探测器的发光效率，光电倍增管的增益，放大器的增益，高压的稳定性等会随着环境温度、温度的改变而变化，能谱仪测得的能谱形状及峰位会受到环境影响而发生漂移。为克服峰漂，需要峰漂校正(稳谱)。常用的峰漂校正方法采用已知能量的参考源(内置放射源、内置LED发光模拟射线、天然本底谱特征峰等)，将参考源的信号选择出来，通过对计数率的比较，调节放大器或高压，补偿有关变化，使参考源给出的信号幅度不变，从而使被测信号幅度也可稳定，达到稳谱的目的。调节放大器或高压的参数要反复进行，稳谱所需时间长，稳谱精度低。
[0008]另外，内置LED发光模拟射线稳谱，只能补偿光电倍增管的增益，放大器的增益，高压变化带来的峰漂，而探测器的发光效率变化带来的峰漂没有校正，稳谱精度较低；内置放射源稳谱，放射源的使用会带来监管和安全等一系列问题；天然本底谱特征峰稳谱，由于天然本底变化大，在天然放射性核素含量低的地区，稳谱时间长，甚至无法稳谱。
[0009]目前测井用的探测器主要是闪烁晶体探测器，以NaI晶体为主，也有少量Csl、BGO、GSO晶体。NaI晶体在能量分辨率及灵敏度还不足以保证测量数据的高精确度。BGO、LaBr3等探测效率和分辨能力更高的探测器将在测井中得到应用。
[0010]国内以自然伽马测井仪为主，自然伽马能谱测井仪较少。自然伽马测井只能反映地层中所有放射性核素的总效应，地层所能提供的信息没有得到充分的利用。自然伽马能谱测井不但测量自然放射性造成的总计数率，而且伽马射线的能量进行分类，能提供更多的信息。用户对自然伽马能谱测井产品有很大的需求。
【发明内容】
[0011]本发明实际需要解决的技术问题之一是:针对现有技术中的不足，提供一种自然伽马能谱测井仪，采用BGO或LaBr3(Ce)晶体探测器，灵敏度高、分辨率好，内置天然物质自动稳谱，使用方便，主要测量井下岩石中的自然放射性造成的总计数率、天然铀、钍、钾的含量及分布数据资料。
[0012]本发明实际需要解决的技术问题之一是提供上述自然伽马能谱测井仪的工作方法。
[0013]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0014]自然伽马能谱测井仪，包括探棒，操作台及绞车电缆；所述探棒，包括第一外壳，以及设置在所述第一外壳内的探测器和第一电子学系统；所述探棒与所述操作台通过所述绞车电缆连接通讯；
[0015]所述探测器包括屏蔽外壳、以及安装于所述屏蔽外壳内的稳谱装置、探测元件、光导元件、光电倍增管和前置放大电路；所述稳谱装置位于所述探测元件前端，所述探测元件、光导元件、光电倍增管和前置放大电路依次互相连接，所述前置放大电路的输出端与所述第一电子学系统的信号输入端连接；
[0016]所述第一电子学系统包括放大器、多道分析器、第一控制器、第一存储器、高压电源和第一低压电源；所述放大器的信号输入端构成所述第一电子学系统的信号输入端，与所述前置放大电路的的信号输出端连接；所述放大器的信号输出端依次连接多道分析器和控制器；所述控制器与存储器连接，所述低压电源分别与探测器中的前置放大电路连接进行供电，与所述电子学系统中的放大器、多道分析器、控制器、存储器连接进行供电，以及与高压电源连接进行供电；所述高压电源与所述探测器中的光电倍增管连接供电。
[0017]所述操作台包括第二外壳，以及设置在所述第二外壳内的第二电子学系统；所述第二电子学系统包括第二控制器、第二存储器、显示器和第二低压电源；所述显示器设置在所述操作台的第二外壳上；所述低压电源分别与第二控制器、第二存储器、显示器连接供电；所述探棒内第一电子学系统的第一控制器与所述操作台内第二电子学系统的第二控制器通过所述绞车电缆连接通讯，其中
[0018]所述探测元件为BGO晶体或LaBr3(Ce)晶体中的一种；所述稳谱装置包括第三壳体以及设置于所述第三壳体中的稳谱物质，所述稳谱装置压成饼状，且放于所述第三壳体中。
[0019]在本发明的一个优选实施例中，所述探测元件为BGO晶体时，所述稳谱物质为含天然放射性核素钾、铀或钍的物质。
[0020]在本发明的一个优选实施例中，所述探测元件为LaBr3 (Ce)晶体晶体时，所述稳谱物质为含天然放射性核素铀或钍的物质。
[0021]上述自然伽马能谱测井仪的工作方法，包括如下步骤:
[0022]首先在0°C _20°C温度下，采用多种标准源对所述的自然伽马能谱测井仪进行能量刻度，取得所述探棒中的第一电子学系统的多道分析器道址(^与γ射线能量Ei的对应关系Ei= f (C J，并将其存储于所述探棒中的第一电子学系统的第一存储器中；
[0023]所述自然伽马能谱测井仪具有后台程序进行自动稳谱，工作过程如下:
[0024]所述自然伽马能谱测井仪开机自检后，启动后台稳谱，执行以下动作:
[0025]I)采集开机后的能谱，采集时间为设定的时间t。；
[0026]2)在全谱范围内进行寻峰计算，得到稳谱物质所含天然放射性核素的特征Y射线的峰位Cp;若稳谱物质分别为含钾、铀、钍的物质时，特征γ射线能量E。分别为1.46MeV、1.76MeV、2.62MeV ；
[0027]3)将Cp参数存储在所述探棒中的第一电子学系统的第一存储器中；
[0028]4)采集能谱，采集时间为设定的时间t。；
[0029]5)然后读取存储在所述探棒中的第一电子学系统的第一存储器中的Cp参数，在Cp左右各η道，即Cp-n至Cp+n范围内进行寻峰计算，得到稳谱物质所含天然放射性核素的特征γ射线的新的峰位cp’ ；
[0030]6)令Cpii = Cp'，将Cpii参数存储在所述探棒中的第一电子学系统的第一存储器中，替换上次得到的稳谱物质所含天然放射性核素的特征γ射线(能量为Ε。)的峰位Cp;