用于補償中子測井儀器的前端電路系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及石油測井儀器中用于采集和處理信號的電子線路段，更具體地涉及用于補償中子測井儀器的前端電路系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]測井，也叫地球物理測井或石油測井，簡稱測井，是利用巖層的電化學(xué)特性、導(dǎo)電特性、聲學(xué)特性、放射性等地球物理特性，測量地球物理參數(shù)的方法，屬于應(yīng)用地球物理方法之一。在油田勘探與開發(fā)過程中，測井是確定和評價油、氣層的重要手段之一，也是解決一系列地質(zhì)問題的重要手段。石油鉆井時，在鉆到設(shè)計井深深度后都必須進行測井，又稱完井電測，以獲得各種石油地質(zhì)及工程技術(shù)資料，即油層深度、厚度等信息，作為完井和開發(fā)油田的原始資料。
[0003]測井能直接為石油地質(zhì)和工程技術(shù)人員提供各項資料和數(shù)據(jù)。根據(jù)需要，人們研制了各種測井儀器如聲波測井儀、感應(yīng)測井儀和地層傾角測井儀等等、以及各種輔助測井短節(jié)以獲取各種地層的巖石物理參數(shù)和工程技術(shù)參數(shù)。這些測井儀器由于工作在高溫、高壓的惡劣環(huán)境下(例如，在井下深度至7000 m時，溫度可達175°C，壓力達140 MPa)而必須具有耐尚溫、耐尚壓的性能。
[0004]補償中子測井儀器是放射性測井儀器的一種。它有兩個不同源距的熱中子-超熱中子的探測器，通過長、短源距探測器的計數(shù)率比值來確定地層的孔隙度。
[0005]具體而言，補償中子探頭段裝載著16居里的Am-Be中子源，每秒種將產(chǎn)生4X 17個快中子，這些快中子射入地層，與地層中的物質(zhì)碰撞。根據(jù)碰撞學(xué)說，中子碰撞中的能量損失與被碰撞物體的質(zhì)量和入射角有關(guān)?？熘凶优c質(zhì)量相當?shù)奈镔|(zhì)碰撞(彈性碰撞)損失的能量最大。經(jīng)過幾次碰撞后，快中子將被減速，平均能量從5.6MeV衰減到0.25eV，變成熱中子。這些熱中子有一部分進入探測器，撞擊He3核，引起核反應(yīng)，產(chǎn)生H3(氚)和質(zhì)子，該質(zhì)子使其它一部分He3電離，產(chǎn)生帶電的離子和電子。此時，在高壓電場作用下，電子向陽極運動，產(chǎn)生一負脈沖，該脈沖被電子線路放大并記錄下來。因為氫原子的質(zhì)量與中子相當，所以探測器接受熱中子的數(shù)量就反映了地層中氫原子的數(shù)量。因此，由探測器及其電子線路組成的測井儀可以測量地層中的含氫量。
[0006]然而，目前電子線路段對探測器信號的采集和傳輸存在諸多問題，例如穩(wěn)定性差、信噪比低以及耐高溫性能弱等等。因此，由于井下的工作環(huán)境惡劣，存在對改進補償中子測井儀器的前端電路系統(tǒng)的需求。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的目的是提供一種測量準確、操作方便且便于排除故障的用于補償中子測井儀器的前端電路系統(tǒng)。該前端電路系統(tǒng)具有耐高溫高壓、抗振動以及空間結(jié)構(gòu)狹小的優(yōu)點。
[0008]另一方面，由于本實用新型的前端電路系統(tǒng)可以將中子探測器的微弱信號放大，經(jīng)過處理后變成可測量的脈沖信號，同時提供對前端電路系統(tǒng)的監(jiān)控，從而可以降低補償中子測井儀器的前端電路系統(tǒng)的調(diào)試維護難度，容易定位前端電路系統(tǒng)的問題原因，減少人工成本。
[0009]根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種用于補償中子測井儀器的前端電路系統(tǒng)，其特征在于包括:電荷靈敏放大器，經(jīng)由第一電容器與所述補償中子測井儀器中的探測器耦合以將由所述探測器輸出的電荷信號變換成電壓信號；微分放大器，經(jīng)由第二電容器與電荷靈敏放大器耦合以微分放大所述電壓信號以得到第一中間電壓，其中所述第一中間電壓與所述電壓信號的時間變化率成比例且具有與所述電壓信號U相反的符合；比較器，用于比較所述第一中間電壓Ul和可調(diào)閾值電壓以得到脈沖信號，所述脈沖信號具有變化的時間周期；以及脈沖整形電路，用于對所述脈沖信號進行整形以得到寬度相同的脈沖信號，所述寬度相同的脈沖信號被發(fā)送到所述補償中子測井儀器中的控制電路板以用于后續(xù)處理。
[0010]根據(jù)本實用新型的一方面，所述前端電路系統(tǒng)還包括:監(jiān)控電路，布置在所述微分放大器和所述比較器之間以實時監(jiān)控所述第一中間電壓，從而輔助所述前端電路系統(tǒng)中的故障排除。
[0011]根據(jù)本實用新型的另一方面，所述前端電路系統(tǒng)還包括:電源模塊，為所述前端電路系統(tǒng)的電荷靈敏放大器、微分放大器、比較器和脈沖整形電路提供5伏或12伏直流電。
[0012]根據(jù)本實用新型的另一方面，所述前端電路系統(tǒng)還包括:高壓模塊，與所述第一電容器和所述探測器耦合，其中所述第一電容器用于隔離高壓。
[0013]根據(jù)本實用新型的另一方面，在所述電荷靈敏放大器的正相和反相輸入端之間串聯(lián)連接第一電阻器和一個二極管以防止高壓電弧對所述電荷靈敏放大器的損害，其中所述第一電容器經(jīng)由所述第一電阻器連接到所述反相輸入端并且正相輸入端接地。
[0014]根據(jù)本實用新型的另一方面，在所述電荷靈敏放大器的正相和反相輸入端之間并聯(lián)連接第一電阻器和兩個二極管以防止高壓電弧對所述電荷靈敏放大器的損害，其中所述兩個二極管反向并聯(lián)連接，并且其中所述第一電容器經(jīng)由所述第一電阻器連接到所述反相輸入端，并且正相輸入端接地。
[0015]根據(jù)本實用新型的另一方面，所述探測器包括第一探測器和第二探測器。
[0016]根據(jù)本實用新型的另一方面，在所述電荷靈敏放大器的反相輸入端與輸出端之間并聯(lián)連接第三電容器和第二電阻器，所述輸出端經(jīng)由所述第二電容器和第三電阻器連接到所述微分放大器的反相輸入端，其中所述電壓信號與所述第三電容器相關(guān)。
[0017]根據(jù)本實用新型的另一方面，在所述微分放大器的反相輸入端與輸出端之間至少連接第四電阻器，其中所述第一中間電壓與所述第二電容器、第三電阻器和第四電阻器相關(guān)。
[0018]根據(jù)本實用新型的另一方面，所述可調(diào)閾值電壓是通過電阻器分壓方式從所述電源模塊獲取的。
[0019]根據(jù)本實用新型的另一方面，所述脈沖整形電路由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成，其中通過在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的管腳處連接的第五電阻器和第四電容器來調(diào)節(jié)所述脈沖信號的寬度。
[0020]通過結(jié)合附圖來閱讀后面的【具體實施方式】，可以更好地理解本實用新型的特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0021]現(xiàn)在將參照附圖來解釋本實用新型的實施例。應(yīng)當注意，這些實施例用于圖示基本原理，使得僅圖示為了理解基本原理而必需的那些特征。附圖未按比例。另外，相似標號在附圖中通篇表示相似特征。
[0022]圖1是根據(jù)本實用新型的一個實施例的用于補償中子測井儀器的前端電路系統(tǒng)的示意圖。
[0023]圖2A是根據(jù)本實用新型的一個實施例的前端電路系統(tǒng)中包括的電荷靈敏放大器的示意圖。
[0024]圖2B是根據(jù)本實用新型的另一個實施例的前端電路系統(tǒng)中包括的電荷靈敏放大器的示意圖。
[0025]圖3A是根據(jù)本實用新型的一個實施例的前端電路系統(tǒng)中包括的微分放大器的示意圖。
[0026]圖3B是根據(jù)本實用新型的另一個實施例的前端電路系統(tǒng)中包括的微分放大器的示意圖。
[0027]圖4A是根據(jù)本實用新型的一個實施例的前端電路系統(tǒng)中包括的比較器的示意圖。
[0028]圖4B是根據(jù)本實用新型的一個實施例的前端電路系統(tǒng)中包括的比較器的測試信號波形的示意圖。
[0029]圖5是根據(jù)本實用新型的一個實施例的前端電路系統(tǒng)中包括的脈沖整形電路的示意圖。
[0030]圖6是根據(jù)本實用新型的一個實施例的前端電路系統(tǒng)中包括的監(jiān)控電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]以下具體描述涉及附圖，這些附圖通過圖示方式示出了可以實施本實用新型的具體細節(jié)和實施例。充分具體描述這些實施例以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍緦嵱眯滦?。可以利用其它實施例并且可以進行結(jié)構(gòu)、邏輯和電改變而不脫離本實用新型的范圍。各種實施例未必互斥，因為一些實施例可以與一個或者多個其它實施例組合以形成新實施例。
[0032]在下面的詳細描述中參照形成本詳細描述的一部分的附圖，在所述附圖中通過說明的方式示出了其中可以實踐本實用新型的具體實施例。在這方面，參照所描述的附圖的取向使用了諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等等的方向術(shù)語。由于實施例的組件可以被定位在若干種不同的取向中，因此所述方向術(shù)語被用于說明的目的而決不是進行限制。要理解的是，在不背離本實用新型的范圍的情況下可以利用其他實施例并且可以做出結(jié)構(gòu)或邏輯的改變。因此，不要將下面的詳細描述視為限制性意義，并