權(quán)利要求

1.基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備，包括外殼，其特征在于，外殼內(nèi)部自下至上設(shè)置有接口、脈沖中子源、中子源屏蔽體、探測器屏蔽體、X射線探測器、伽馬探測器和電子控制單元，探測器屏蔽體用于將X射線探測器、伽馬探測器與脈沖中子源部分屏蔽開，使中子通過地層作用后產(chǎn)生的射線進入伽馬探測器或X射線探測器；X射線探測器對應外殼處設(shè)有窗口，有利于探測特征X射線，窗口處由高強度低密度物質(zhì)填充，電子控制單元包括能譜采集部、多道分析部和供電控制部。

2.如權(quán)利要求1所述的基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備，其特征在于，外殼呈圓筒狀，采用不銹鋼材料制成，厚度為5mm～11mm。

3.如權(quán)利要求1所述的基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備，其特征在于，X射線探測器為半導體探測器，記錄的射線能量為0.01～0.145MeV，伽馬探測器為晶體探測器，記錄射線能量為1～10MeV，伽馬探測器和脈沖中子源之間的距離為45～65cm。

4.如權(quán)利要求1所述的基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備，其特征在于，中子源屏蔽體由鋼制成。

5.如權(quán)利要求1所述的基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備，其特征在于，探測器屏蔽體是由碳化硼、鉛、鉬、聚乙烯組成的復合材料。

6.如權(quán)利要求1所述的基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備，其特征在于，脈沖中子源為D-T中子源。

7.基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井方法，采用如權(quán)利要求1-6任一所述的設(shè)備，其特征在于，測量過程為：

利用中子與地層作用產(chǎn)生次生伽馬射線，次生伽馬射線與礦產(chǎn)元素作用激發(fā)出特征X射線，將設(shè)備貼近井壁測量，根據(jù)設(shè)備記錄的不同深度處的特征X射線能譜得到井下礦產(chǎn)元素的種類和含量信息；

次生伽馬射線是高能中子與地層發(fā)生非彈性散射和中子俘獲反應并釋放的次生伽馬射線；

礦產(chǎn)元素是天然礦物或巖石資源所包含的有用元素；

貼近井壁測量是指采用推靠臂使設(shè)備與井壁之間的距離小于5mm，測量是通過井上動力裝置上提儀器進行測量，為點測或勻速測量；

井下礦產(chǎn)元素的種類和含量信息是通過能譜處理和能譜解析方法獲取，X射線探測器通過記錄的能譜中特征X射線的峰位置確定礦產(chǎn)元素的種類，特征峰的強度確定礦產(chǎn)元素的含量，能譜處理是指利用對原始測量進行尋峰、穩(wěn)譜、譜平滑；能譜解析方法為利用最小二乘法得到所測地層中目標礦物元素含量與特征X射線計數(shù)之關(guān)系。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油及天然氣勘探領(lǐng)域，具體涉及基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備與方法。

背景技術(shù)

隨著礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)的不斷深入，找礦難度不斷加大，如何有效的提高勘查的深度、精度和分辨能力，對于促進資源勘探產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)找礦突破，緩解經(jīng)濟社會發(fā)展的資源供需矛盾，保障資源能源安全具有重大意義。鉆探是地質(zhì)普查工作的重要手段，而目前鉆探結(jié)果主要依賴于巖心取樣化學分析方法來獲取，其任務量大、經(jīng)濟性差、耗時長。基于中子活化(PGNAA)的脈沖中子測井技術(shù)(CN 201710615018.6)，通過采集中子與金屬元素作用產(chǎn)生的伽馬射線，不僅可以實現(xiàn)近井眼礦物元素種類和含量的原位定量評價，還可以在鉆孔測井條件下計算礦層品位，確定礦層厚度，實時提供測量結(jié)果。

基于中子活化分析的金屬礦產(chǎn)測井技術(shù)，通過測量中子與地層元素作用產(chǎn)生的俘獲伽馬射線，可以測量鐵、銅、鎢、金等礦藏。與巖心取樣化學分析方法結(jié)果相比，井下脈沖中子測井基本能夠?qū)崿F(xiàn)半定量評價礦產(chǎn)品位。但是存在探測下限高，對于含量的較低的金屬元素無法識別的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述不足，提出了通過增設(shè)X射線探測器采集中子與地層作用產(chǎn)生的次生低能伽馬射線激發(fā)的特征X射線譜，通過X射線能譜分析，降低金屬礦產(chǎn)的探測下限的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備與方法。

本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：

一種基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備，包括外殼，外殼內(nèi)部自下至上設(shè)置有接口、脈沖中子源、中子源屏蔽體、探測器屏蔽體、X射線探測器、伽馬探測器和電子控制單元，探測器屏蔽體用于將X射線探測器、伽馬探測器與脈沖中子源部分屏蔽開，使中子通過地層作用后產(chǎn)生的射線進入伽馬探測器或X射線探測器；X射線探測器對應外殼處設(shè)有窗口，有利于探測特征X射線，窗口處由高強度低密度物質(zhì)填充，電子控制單元包括能譜采集部、多道分析部和供電控制部。

優(yōu)選地，外殼呈圓筒狀，采用不銹鋼材料制成，厚度為5mm～11mm。

優(yōu)選地，X射線探測器為半導體探測器，記錄的射線能量為0.01～0.145MeV，伽馬探測器為晶體探測器，記錄射線能量為1～10MeV，伽馬探測器和脈沖中子源之間的距離為45～65cm。

優(yōu)選地，中子源屏蔽體由鋼制成。

優(yōu)選地，探測器屏蔽體是由碳化硼、鉛、鉬、聚乙烯組成的復合材料。

優(yōu)選地，脈沖中子源為D-T中子源。

一種基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井方法，采用如上所述的設(shè)備，測量過程為：

利用中子與地層作用釋放次生伽馬射線，而次生伽馬射線與礦產(chǎn)元素作用激發(fā)出特征X 射線，將設(shè)備貼近井壁測量，根據(jù)設(shè)備記錄的不同深度處的特征X射線能譜得到井下礦產(chǎn)元素的種類和含量信息；

次生伽馬射線是高能中子與地層發(fā)生非彈性散射和中子俘獲反應并釋放的次生伽馬射線；

礦產(chǎn)元素是天然礦物或巖石資源所包含的有用元素；

貼近井壁測量是指采用推靠臂使設(shè)備與井壁之間的距離小于5mm，測量是通過井上動力裝置上提儀器進行測量，為點測或勻速測量；

井下礦產(chǎn)元素的種類和含量信息是通過能譜處理和能譜解析方法獲取，X射線探測器通過記錄的能譜中特征X射線峰位置確定礦產(chǎn)元素的種類，特征峰的強度確定礦產(chǎn)元素的含量，能譜處理是指利用對原始測量進行尋峰、穩(wěn)譜、譜平滑；能譜解析方法為利用最小二乘法得到所測地層中目標礦物元素含量與特征X射線計數(shù)之關(guān)系。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明在傳統(tǒng)脈沖中子測井技術(shù)上增加X射線探測器，測量低能次生伽馬射線與地層元素作用產(chǎn)生的X特征射線，用于確定地層礦產(chǎn)元素的種類及含量，降低金屬元素探測下限，從而提高了礦產(chǎn)元素測量精度。

附圖說明

圖1為基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備的一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為中子與金屬Au作用產(chǎn)生伽馬射線能量預期對應強度示意圖；

圖3為本方案評價金屬礦產(chǎn)Au含量的方法流程圖；

圖4為實施例條件下次生伽馬激發(fā)特征X射線計數(shù)與Au含量關(guān)系示意圖；

圖5為實施例條件下傳統(tǒng)脈沖中子測井技術(shù)測量Au俘獲伽馬計數(shù)與Au含量關(guān)系示意圖。

其中，1為脈沖中子源，2為中子源屏蔽體，3為窗口，4為X射線探測器，5為伽馬探測器，6為光電倍增管，7為外殼。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的具體實施方式做進一步說明：

結(jié)合圖1，一種基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井設(shè)備，包括外殼7，外殼呈圓筒狀，采用不銹鋼材料制成，厚度為5mm～11mm，外殼內(nèi)部自下到上設(shè)置有接口、脈沖中子源1、中子源屏蔽體2、探測器屏蔽體、X射線探測器4、伽馬探測器5和電子控制單元，伽馬探測器5的后部設(shè)設(shè)置光電倍增管6，接口用于與井下其他設(shè)備相連，脈沖中子源可以為D-T中子源，探測器屏蔽體用于將X射線探測器、伽馬探測器與脈沖中子源部分屏蔽開，使中子通過地層作用后產(chǎn)生的射線進入伽馬探測器或是X射線探測器；X射線探測器對應外殼處設(shè)有窗口，有利于探測特征X射線，窗口處由高強度低密度物質(zhì)填充，優(yōu)選金屬鈹，電子控制單元包括能譜采集部、多道分析部和供電控制部。

脈沖中子源放出的高能中子轟擊地層釋放次生伽馬射線，而次生伽馬射線與礦產(chǎn)元素作用可以激發(fā)出特征X射線；通過能譜處理和能譜解析技術(shù)，X射線探測器記錄的能譜中特征峰位置可以確定礦產(chǎn)元素的種類，特征峰的強度可以確定礦產(chǎn)元素的含量，從而建立特征熒光射線計數(shù)與地層目標礦物元素含量直接的關(guān)系。

X射線探測器為半導體探測器，記錄的射線能量為0.01～0.145MeV，伽馬探測器為晶體探測器，記錄射線能量為1～10MeV，伽馬探測器和脈沖中子源之間的距離為45～65cm。

中子源屏蔽體可以由鋼制成；探測器屏蔽體是由碳化硼、鉛、鉬、聚乙烯組成的復合材料。

一種基于脈沖中子源的金屬礦產(chǎn)測井方法，采用如上所述的設(shè)備，測量過程為：

利用中子與地層作用釋放次生伽馬射線，而次生伽馬射線與礦產(chǎn)元素作用激發(fā)出特征X 射線，將設(shè)備貼近井壁測量，根據(jù)設(shè)備記錄的不同深度處的特征X射線能譜得到井下礦產(chǎn)元素的種類和含量信息；

次生伽馬射線是高能中子與地層發(fā)生非彈性散射和中子俘獲反應并釋放的次生伽馬射線；特征X射線由次生伽馬射線激發(fā)產(chǎn)生。

礦產(chǎn)元素是天然礦物或巖石資源所包含的有用元素；

貼近井壁測量是指采用推靠臂使設(shè)備與井壁之間的距離小于5mm，測量是通過井上動力裝置上提儀器進行測量，為點測或勻速測量；

井下礦產(chǎn)元素的種類和含量信息是通過能譜處理和能譜解析方法獲取，X射線探測器通過記錄的能譜中特征X射線峰位置確定礦產(chǎn)元素的種類，特征峰的強度確定礦產(chǎn)元素的含量，能譜處理是指利用對原始測量進行尋峰、穩(wěn)譜、譜平滑；能譜解析方法為利用最小二乘法得到所測地層中目標礦物元素含量與特征X射線計數(shù)之關(guān)系。

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，本實例在不同品位的金礦地層中進行測量為例。已知金礦地層中Au元素的含量分別為0.036％、0.073％、0.109％、0.145％、0.725％，設(shè)備X射線探測器收集Au元素特征熒光射線計數(shù)，圖4為得到的地層中金元素含量與鎢元素特征X射線計數(shù)關(guān)系(具體流程如圖2)?？梢钥闯?，次生伽馬激發(fā)的礦物元素特征X射線計數(shù)與礦物元素含量的線性相關(guān)性較好。圖5為傳統(tǒng)脈沖中子金屬礦產(chǎn)測井技術(shù)測量得到Au特征俘獲伽馬計數(shù)與Au元素含量關(guān)系，兩者的線性關(guān)系較差(采用的特征俘獲伽馬射線能量為1.693MeV，如圖3中所示)；可以看出當金屬元素含量較低時，傳統(tǒng)的脈沖中子測井方法很難進行金屬礦產(chǎn)含量與品位的評價。

當然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發(fā)明的保護范圍。