Способ и устройство радиоактивного каротажа

 

Использование: для определения концентрации естественных и техногенных радиоактивных изотопов при каротаже скважин. Сущность изобретения: измеряют стандартные спектры гамма-излучений в базовых моделях и гамма-спектры в исследуемых образцах, дополнительно измеряют настроечный спектр в образце смеси, содержащем все искомые изотопы, и по нему предварительно согласовывают энергетические шкалы стандартных спектров, а при вычислении долей стандартных спектров в гамма-спектре исследуемого образца его энергетическую шкалу приводят в соответствие с энергетическими шкалами предварительно согласованных стандартных спектров, затем вычисляют концентрации изотопов в исследуемых образцах, используя данные о концентрациях этих изотопов в базовых моделях с учетом различий в поглощающих, рассеивающих и излучающих характеристиках исследуемого образца и базовых моделей. Устройство для реализации этого способа содержит устройство передачи информации на поверхность, выполненное с задающим генератором, счетчиком ячеек памяти, управляющим устройством, вырабатывающим команды считывания и запоминающим триггером, на один вход которого поступает информация с выхода микросхемы памяти, а на другой вход команда, по которой происходит считывание. 2 с. и 18 з.п. ф-лы 2 ил.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при разведке нефтяных месторождений, к нефтедобывающей промышленности для контроля за разработкой нефтяных месторождений, а также для экологического мониторинга окружающей среды. Изобретение применимо в области способов и аппаратуры для элементного анализа в геологических скважинах с помощью спектрометрии гамма-излучения, например, для определения концентраций естественных радиоактивных элементов, а также техногенных и других изотопов, излучающих гамма-кванты при радиационном захвате и неупругом рассеянии нейтронов, активации и других ядерных реакциях.

Известны способы определения концентраций элементов или изотопов по спектру гамма-излучения, измеренному в образце, основанные на том, что спектры самих элементов или изотопов имеют различия интенсивностей или скоростей счета в одних и тех же энергетических областях [1] Известен способ определения концентраций изотопов (элементов) по спектру гамма-излучения, измеренному в исследуемом объекте [2 с.10-12] основанный на том, что искомые концентрации определяются через долевые вклады элементарных спектров, которые получают на образцах с известными концентрациями искомых элементов или определенных изотопов, формирующих полное излучение образца, Долевые вклады элементарных спектров получают путем решения (обычно переопределенной) системы уравнений.

N_i = Tⁿ·Σ_j=1q_iy_ji, где N_i счет в i-ом канале, T время измерения, j 1, 2, n номера частных источников излучения, q_j количественные характеристики их радиоактивности (содержание, концентрация, удельная активность), y_ji скорость счета в i-м канале в присутствии только j-го источника излучения в единичном количестве.

Систему уравнений удобно записать в матричной форме.

B·c s, (1) где искомые долевые вклады являются компонентами вектора-столбца с, элементарные спектры образуют матрицу коэффициентов при неизвестных B, а измеренный спектр образует вектор-столбец s. Приведенную выше систему уравнений обычно решают методом наименьших квадратов [2 с.44-48] который позволяет получить наилучшую оценку решения с одновременной оценкой статистических погрешностей. В случае определения элементов (изотопов), например, по их естественному гамма-излучению для перехода от долевых вкладов к концентрациям остается лишь умножить их на время экспозиции элементарных спектров и разделить на время экспозиции исследуемого образца.

Очевидно, что для получения правильного решения по данному методу необходимо, чтобы спектр образца и все элементарные спектры были измерены в одной и той же энергетической шкале. Однако фотоэлектронный умножитель не обеспечивает требуемой стабильности. Поэтому обычной практикой является применение различных систем стабилизации энергетической шкалы, например, с помощью реперного источника [3] Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения концентраций элементов (изотопов) с исключением влияния помех на форму спектров гамма-излучения [2, с. 52-57] При этом помехами считаются нестабильности шкалы спектрометра, влияние условий измерения на форму спектра неактивным поглотителем. Предлагаются формулы, связывающие компоненты уравнений гамма-спектрального анализа с мешающими факторами. Эти выражения позволяют приводить условия измерений и шкалу элементарных спектров к условиям измерений и шкале рабочего спектра.

Первоначальный спектр разлагается на элементарные спектры с дополнительными неизвестными, в качестве которых выступают отклонения положений двух точек, например двух характерных фотопиков, на первоначальном и каждом элементарном спектре. Затем элементарные спектры приводят к новой шкале, соответствующей шкале первоначального спектра, и разложение спектра повторяется. Если вновь определенные поправки шкалы оказываются незначительными, то дополнительные неизвестные исключаются из уравнений, и выполняется разложение спектра с приведением элементарных спектров к шкале, определенной на последнем шаге. Определенные при этом разложении спектра оценки содержаний считаются окончательными. При наличии промежуточного поглотителя при измерении рабочего спектра элементарные спектры приводят к значению предварительной оценки толщины поглотителя [2 с.55-58] Данные для введения поправок при разложении спектров определяют с помощью моделей, имитирующих отклонения от номинальных условий. Чтобы определить аппроксимационные коэффициенты для каждого канала, достаточно измерить спектры излучения моделей при двух значениях мешающего фактора, рассчитать элементарные спектры для этих двух условий измерений и вычислить коэффициенты для каждого канала [2 с.26-27]
Первым недостатком указанного способа является необходимость идентификации двух точек на первоначальном и каждом элементарном спектре, а это чаще всего невозможно сделать. Например, в способе предлагается использовать два фотопика, но в изучаемом образце может не оказаться двух характерных точек (например, в спектре калия имеется только одна энергетическая линия).

Вторым принципиальным недостатком является использование элементарных спектров, то есть спектров моноэлементов, для получения которых необходимо проводить дополнительные вычислительные процедуры, в которых участвуют спектры, измеренные в моделях с известными концентрациями изотопов. Эта операция вносит дополнительные ошибки в конечные результаты обработки.

В-третьих, если в первоначальном образце один из изотопов содержится в незначительных количествах, то процесс согласования шкал элементарных спектров с измеренными может оказаться расходящимся.

В-четвертых, вычисление аппроксимационные коэффициентов для каждого канала требует точной увязки энергетических шкал элементарные спектры для двух условий измерений. Такая увязка несет дополнительные ошибки в определение коэффициентов и следовательно в концентрации элементов. Другим недостатком этой системы является рассмотрение только неактивной промежуточной поглощающей среды, в то время как при каротаже скважин промежуточная среда может быть и активной, например, буровой раствор содержит в себе естественные радиоактивные элементы, те же что и в изучаемых образцах (пересекаемых пластах породы). Поэтому привести элементарные спектры к условиям при которых получены измеренные спектры по этой системе очень сложно.

Все выше сказанное снижает точность и надежность определения концентраций элементов.

Известны устройства для спектрометрии гамма-излучения, в частности, для каротажа скважин [4] Обычно используются сцинтилляционные детекторы с применением фотоэлектронных умножителей (ФЭУ). Измерительные установки содержат детектор, источник высокого напряжения для подачи требуемых напряжений на диноды ФЭУ, предварительный усилитель, основной спектрометрический усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и устройство памяти для хранения спектров. АЦП определяет некоторое количество амплитудных окон, которые и используют для анализа.

Применяются и упрощенные установки, специализированные для определенных целей, в которых могут отсутствовать некоторые из перечисленных устройств, вместо которых применяются другие устройства, например, вместо АЦП несколько дискриминаторов, которые вместе с некоторым количеством логических элементов образуют систему амплитудных окон [5]
Поскольку амплитуда импульсов пропорциональна энергии гамма-квантов, то амплитудные окна эквивалентны энергетическим. Различные факторы нарушают названную эквивалентность. Самым главным, однако не единственным оказывается нестабильность коэффициента усиления ФЭУ.

Известeн цифровой скважинный гамма-спектрометр, включающий детектор гамма-излучения, усилитель импульсов, АЦП, оперативное запоминающее устройство, которое через интерфейсный адаптер, приборную магистраль, скважинный контроллер, соединенный через каротажный кабель с наземным программно-управляемым контроллером телеметрической системы [6 прототип]
В этом приборе учтены некоторые недостатки существующих типов скважинных гамма-спектрометров за счет накопления спектра в скважинном приборе в цифровой форме и передаче его на поверхность по запросу из наземной ЭВМ по телеметрической системе. Однако применение этой системы привело к ошибкам в определении времени экспозиции спектров, так как периодичность обращения к спектрометру задается программно наземным контроллером телеметрической системы, и время срабатывания таймера до прихода запроса в скважинный прибор определяется особенностями прохождения программы в компьютере.

С другой стороны, так как часть времени спектрометр тратит на передачу данных часть информации теряется, падает статистическая точность.

Применение реперного источника в системе стабилизации дополнительно загружает тракт, увеличивает фон, приводит к ухудшению разрешения спектрометра.

Все вышесказанное приводит к снижению точности в определении концентрации изотопов.

Задачей изобретения является повышение точности и надежности определения концентраций изотопов, получаемых с помощью каротажного гаммаспектрометра.

Эта задача решается следующим образом. Дополнительно измеряют настроечный спектр в образце смеси, содержащем все искомые изотопы, и по этому спектру предварительно согласовывают энергетические шкалы стандартарных спектров, а при вычислении вкладов стандартных спектров в гамма-спектр исследуемого образца его энергетическую шкалу приводят в соответствие с энергетическими шкалами предварительно согласованных стандартных спектров, затем вычисляют концентрации изотопов в исследуемом объекте, используя данные о концентрациях этих изотопов в базовых моделях с учетом различий в поглощающих, рассеивающих и излучающих характеристиках исследуемого образца и базовых моделей, при этом в случае определения концентрации хотя бы одного дополнительного изотопа создаются базовая модель на каждый дополнительный изотоп в известной концентрации, гамма-излучение от которого преобладает над излучением всех других элементов известной концентрации, и образец смеси, в котором должны присутствовать все определяемые изотопы в таком количестве и их соотношении, чтобы их излучения были значимо отличны от фоновых, причем при необходимости учета условий измерений спектров проводят измерения дополнительных спектров в базовых моделях со вставкой промежуточной среды известной плотности и состава, согласуют энергетические шкалы дополнительных спектров с энергетической шкалой настроечного спектра образца смеси без вставки и определяют условные вклады дополнительных спектров в настроечный спектр образца смеси без вставки, после чего вычисляют отношения одноименных концентраций в каждой базовой модели и находят параметры, определяющие поглощающие, рассеивающие и излучающие характеристики промежуточной среды, причем параметры, определяющие поглощающие, рассеивающие и излучающие характеристики промежуточной среды, могут быть вычислены по формуле

где Ψ коэффициент приведения к нормальным условиям, вычисляемый по формуле j = 2·Σ(P_i·z_i)/Σ(P_i·w_i), P_i, z_i, w_i, доля, атомный номер и атомный вес i-го элемента; ρ плотность промежуточной среды; D_внешн., D_внутр. внешний и внутренний диаметр промежуточной среды; C^д_j^о, C^п_j^осле концентрации j-го элемента, определенные в модели до размещения в ней промежуточной среды и после; причем измерения спектров могут быть выполнены при помощи движущегося скважинного прибора за один и тот же период времени, таким образом, что в момент окончания измерения очередного спектра начинают измерение нового спектра, причем при измерении каждого спектра измеряют глубину, на которой находится скважинный прибор, при этом при движении прибора глубину можно определить как среднее арифметическое глубин, на которых находился скважинный прибор в моменты начала и конца измерения данного спектра, при этом согласование энергетических шкал, измеренных в процессе каротажа спектров, можно выполнить групповым способом, для чего проводят суммирование соседних спектров группами и согласуют энергетическую шкалу каждого суммарного спектра с энергетическими шкалами стандартных спектров, причем для получения концентраций для каждого отдельного спектра, полученного в процессе каротажа, этому спектру может быть приписана энергетическая шкала, получаемая интерполяцией или экстраполяцией шкал суммарных спектров.

Наиболее эффективным для реализации вышеописанного способа является устройство, в котором устройство передачи информации на поверхность выполнено с задающим генератором, счетчиком ячеек памяти, управляющим устройством, вырабатывающим команды считывания и запоминающим триггером, на один вход которого поступает информация с выхода микросхемы памяти, а на другой вход команда, по которой происходит считывание, при этом для выравнивания длительности кодовых посылок устройство передачи информации на поверхность может быть снабжено триггером фазировки, на один вход которого поступает сигнал с выхода запоминающего триггера, а на другой вход подается сигнал с задающего генератора, а для синхронизации наземного устройства связи может быть добавлен триггер стартового сигнала, на один вход которого подается сигнал "1", на другой вход поступает сигнал переполнения со счетчика ячеек памяти, а на третий вход поступает сигнал, например, с четвертого разряда счетчика, что определяет длину синхронизирующей последовательности, на один из входов элемента И поступают сигналы с устройства выработки сигналов синхронизирующей последовательности, на другой вход которого поступает сигнал с прямого выхода триггера стартового сигнала, сигнал с инверсного выхода триггера стартового сигнала поступает на один из входов второго элемента И, на другой вход которого поступает сигнал с выхода запоминающего триггера, выходы обоих элементов И соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом триггера фазировки, причем для уменьшения межсимвольной интерференции выходной сигнал с триггера фазировки может быть подан на устройство преобразования в код Манчестер, причем в качестве устройства преобразования в код Манчестер можно использовать элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на один из входов которого поступает сигнал с триггера фазировки, а на другой вход подается сигнал с задающего генератора, при этом может быть использован задающий генератор с вдвое более высокой частотой, но на счетчик ячеек памяти, на управляющее устройство и на триггер фазировки поступает сигнал с выхода делителя частоты на два, а в качестве устройства преобразования в код Манчестер используется триггер, на один вход которого поступает сигнал с задающего генератора, а на другой вход подключен выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем для уменьшения требуемой для передачи информации полосы пропускания сигнал с устройства преобразования в код Манчестер может поступать на устройство преобразования в код Миллера, а в качестве устройства преобразования в код Миллера может быть использован триггер, на один вход которого подается "1", а на другой вход поступает сигнал с выхода устройства преобразования в код Манчестер, причем в качестве устройства выработки сигналов синхронизирующей последовательности можно использовать элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на входы которого поступают сигналы с разрядов счетчика, при этом наземное устройство может содержать преобразователь последовательного кода в параллельный, счетчик принимаемых из скважинного прибора битов информации, счетчик передаваемых в ЭВМ байтов информации, микросхему памяти, узел опознавания стартовой последовательности и узел выработки команд обращения к памяти и выдачи очередных байтов в микроЭВМ, причем для исключения ложных срабатываний узел опознавания стартовой последовательности включает в себя триггер, к одному входу которого подключен выход первой схемы И, входы которой подключены к старшим разрядам счетчика битов, начиная с четвертого, на другой вход которого подается "1", а к третьему входу подключен выход второй схемы И, входы которой соединены с инверсным выходом триггера и с выходами преобразователя последовательного кода в параллельный, причем выходы второй схемы И могут быть соединены с прямыми выходами и с инверсными выходами преобразователя последовательного кода в параллельный, при этом наземное устройство может иметь в своем составе реверсивный счетчик глубины, на входы которого поступают сигналы с датчика глубины, а также регистр текущей глубины и регистр магнитной метки, входы которых соединены с выходами реверсивного счетчика, дополнительный вход регистра текущей глубины соединен с выходом узла опознавания синхронизирующей последовательности, а дополнительный вход регистра магнитной метки с выходом датчика магнитных меток.

Таким образом, заявленный способ и устройство радиоактивного каротажа для определения концентраций изотопов объединены единым изобретательским замыслом.

В результате решения задачи повысилась точность и надежность определения концентраций изотопов, упростилось метрологическое обеспечение, снизились требования к аналоговой части спектрометрического тракта, сократился объем вычислений. Из состава аппаратуры исключен источник радиоактивного излучения. В результате всего вышесказанного повысилась технологичность работ.

Для решения вышеназванной задачи необходимо уменьшить влияния нестабильности спектрометра, более правильно учитывать влияния геометрии измерения и исключить промежуточные расчеты, рациональнее построить систему телеметрии, исключить реперный источник.

Способ реализуется следующим образом.

Помимо измерения стандартных спектров проводят дополнительное измерение в специально приготовленном или выбранном образце образце смеси, в котором должны присутствовать все искомые элементы или изотопы. Приведение энергетических шкал стандартных спектров выполняют в процессе обработки спектра, измеренного в таком образце, для чего вместо линейной системы уравнений метода стандартных спектров строится нелинейная система уравнений, в которой появляются дополнительные неизвестные, а именно, параметры шкал стандартных спектров. Поскольку практически всегда можно пренебречь влиянием нелинейности, то для приведения шкалы одного спектра к шкале другого достаточно двух параметров: сдвига нулевой точки и коэффициента, который показывает как нужно эту шкалу растянуть (сжать).

Систему уравнений решают методом линеаризации. Практически это значит, что в матрицу "В" добавляются столбцы, полученные путем дифференцирования стандартных спектров по параметрам шкал стандартных спектров. В результате решения системы уравнений находят параметры шкал стандартных спектров, по которым пересчитывают их и заново составляют и решают названную систему уравнений. После некоторого количества итераций все стандартных спектры оказываются приведенными к единой шкале. Шкалы исследуемых образцов приводятся к единой шкале аналогично. Во время обработки спектра исследуемого образца его шкала приводится к единой шкале, для чего решается нелинейная система уравнений. В этом случае в матрицу "В" добавляют столбцы, полученные путем дифференцирования спектра исследуемого образца по параметрам его шкалы. Таким образом, параметры шкалы исследуемого образца находят одновременно с нахождением долевых вкладов стандартных спектров в полное излучение образца.

Самой трудоемкой частью является приведение к единой шкале всех стандартных спектров. Для такой операции требуются спектры, измеренные с заведомо более высокой статистической точностью, чем для рядовых измерений. Но операция приведения шкал стандартных спектров к единой шкале выполняется один раз для всей серии измерений в данной геометрии с данным детектором. После этого не требуется никаких калибровочных измерений. Требуется проводить лишь периодические контрольные замеры для проверки работоспособности аппаратуры.

При измерении спектров в процессе каротажа возникает следующая особенность. Отдельно взятые спектры могут не иметь достаточной статистической информации для того, чтобы из нее получить и долевые вклады и параметры его энергетической шкалы. Здесь помогает тот факт, что соседние спектры имеют практически одинаковую шкалу. Поэтому приведение шкалы каротажных спектров выполняют групповым способом. Затем по полученным групповым параметрам строят зависимость параметров, например, от номера спектра внутри массива спектров данного прохода по скважине. В частности зависимость выражают в виде полинома той или иной степени. После этого названные каротажные спектры обрабатываются индивидуально, а для приведения шкалы используют значения полинома для данного спектра по его номеру.

В предлагаемом способе отличие условий измерений исследуемых спектров от условий измерений стандартных спектров учитывается коррекцией определенных концентраций при помощи параметра А_j, свойственного для каждого j-ого определяемого элемента, не зависящего от номера канала. Для этого рассчитываются поправочные факторы поглощения излучения в базовых моделях при измерении стандартных спектров, и поправочные факторы поглощения излучения в исследуемых образцах и поправочные множители, учитывающие ограниченную радиальную мощность промежуточной излучающей среды. Для расчета поглощающих и излучающих поправочных множителей кроме параметров А_j используются данные о диаметре скважины в точке измерения спектра, номинальный диаметр долота, плотность глинистой корки и содержание в ней определяемых элементов, плотность бурового раствора и содержание в нем определяемых элементов для необсаженной скважины. В обсаженной скважине необходимо знание плотности, состава и содержание определяемых элементов в цементном камне, промывочной жидкости и обсадной колонне. Концентрация (Сусл_j), определяемая после разложения измеренного спектра связана с концентрацией этого элемента в пласте (Спл_j) и в скважине (Сскв_j) по следующему выражению:
Сусл_j= Спл_jРпл+Сскв_j·Fскв·Рскв,
где
Рпл, Рскв поправочные множители, учитывающие комптоновское рассеяние гамма-квантов в промежуточных средах для пласта и скважины соответственно;
Рскв поправочный множитель, учитывающий ограниченную радиальную мощность скважины.

Для получения параметров A_j, свойственных для каждого j-ого определяемого элемента, дополнительно проводят измерения в тех же моделях, в которых измерялись стандартные спектры, но при наличии промежуточной среды, известного состава с известной плотностью. Во всех моделях эта среда должна быть одинаковой, например, стальная труба известной толщины. Тогда строится дополнительная система уравнений, где приведение энергетических шкал осуществляется к спектру, снятому в модели, содержащей все определяемые элементы, но без промежуточной среды. Отношения концентраций в одноименных моделях с промежуточной средой к концентрации в этой модели без промежуточной среды используется для расчетов факторов поглощения промежуточной среды в реальных скважинных условиях.

где
Ψ коэффициент приведения к нормальным условиям, вычисляемый по формуле
j = 2·Σ(P_i·z_i)/Σ(P_i·w_i),
где
P_i,z_i,w_i доля, атомный номер и атомный вес i-го элемента;
ρ плотность промежуточной среды;
D_внеш,D_внутр внешний и внутренний диаметр промежуточной среды;
C^д_j^о, C^п_j^осле концентрации j-го элемента, определенные в модели до размещения в ней промежуточной среды, и после.

Для реализации этого способа наиболее целесообразным является устройство с рациональной организацией процесса измерений и системы телеметрии, cущность которого поясняется чертежами, где на фиг.1. приведена блок-схема скважинного снаряда, а на фиг.2 блок-схема наземного устройства.

Каждый спектр измеряется в течение одного и того же промежутка времени так, что в момент окончания измерения одного спектра начинается измерение следующего. Более того, время измерения спектра определяется временем вывода информации из скважинного блока памяти. Частота генератора (или точнее его период), задающего темп вывода информации, вместе с количеством ячеек памяти и определяют полное время вывода информации, а значит и время измерения спектра. Наземный интерфейс переписывает информацию из блока памяти скважинного прибора в свой блок памяти и сообщает бортовому компьютеру о готовности. Бортовой компьютер переписывает информацию на магнитный носитель по мере ее готовности. Для связывания названной информации с глубиной, на которой выполнялся набор очередного спектра, в интерфейсе имеются два регистра, в которые записываются показания счетчика глубины: в один из них в моменты появления сигнала, сообщающего об окончании вывода очередной порции информации и, следовательно, окончании набора очередного спектра, в другой в моменты прихода магнитной метки.

Устройство для реализации изобретения содержит детектор гамма-излучения 1 (фиг. 1), усилитель импульсов 2, АЦП 3, мультиплексор 4, оперативное запоминающее устройство 6, устройство передачи информации на поверхность, наземную микроЭВМ и наземное устройство связи скважинной части с микроЭВМ. Названное устройство передачи информации включает задающий генератор 23, делитель на два на триггере типа Т 24, счетчик ячеек памяти 5, управляющее устройство 26, вырабатывающее команды считывания 27 и запоминающий триггер 8, на вход D которого поступает информация с выхода микросхемы памяти 6, а на вход C команда, по которой происходит считывание 27. Для выравнивания длительности кодовых посылок добавлен триггер фазировки 10, на вход С которого поступает сигнал 7 с выхода триггера 24. Для синхронизации наземного приемника имеется устройство выработки стартовой последовательности, которое включает триггер стартового сигнала 9, две схемы И (15 и 16) и схему ИЛИ 17. На вход D триггера 9 подается сигнал "1", на вход С поступает сигнал переполнения 13 названного счетчика, а на вход R поступает сигнал с его четвертого разряда 14. На один из входов первого элемента И 15 поступают сигналы с устройства выработки сигналов названной синхронизирующей последовательности 20, на другой вход поступает сигнал с прямого выхода триггера стартового сигнала 9, сигнал с инверсного выхода триггера стартового сигнала 9 поступает на один из входов второго элемента И 16, на другой вход которого поступает сигнал с выхода триггера 8, выходы обоих элементов И 15 и 16 соединены со входами элемента ИЛИ 17, выход которого соединен с D входом триггера фазировки 10. Устройство, выработки названных сигналов синхронизирующей последовательности это элемент исключающее ИЛИ 20, один из входов которого соединен с выходом 18 младшего (нулевого) разряда счетчика 5, а другой вход с выходом 19 третьего разряда счетчика 5.

Для уменьшения межсимвольной интерференции выходной сигнал с триггера фазировки 10 подается на устройство преобразования в код Манчестер, для чего используется элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25, на один из входов которого поступает сигнал с триггера фазировки 10, а на другой подается сигнал 7 с триггера 24. Сигнал с выхода ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25 фиксируется на триггере 11, для чего он подается на вход D триггера 11, на вход С которого поступает сигнал с задающего генератора 23.

Сигнал с выхода 22 триггера 11, подается на счетный триггер 12, который, таким образом, служит преобразователем в код Миллера, что позволяет сузить требуемую для передачи полосу частот.

Далее сигнал с выхода 21 триггера 12 поступает в наземное устройство (фиг. 2) через каротажный кабель 28. Здесь в устройстве 45 восстанавливаются синхронизирующие импульсы 46. Данные 47 поступают на шестнадцатиразрядный сдвиговый регистр 29. Выходы сдвигового регистра поступают на схему И 30 выделения стартовой посылки 43. При этом разряды 0, 2, 4, 6, 9, 11, 13, 15 поступают на схему 30 в прямом коде, а разряды 1, 3, 5, 7, 8, 10, 12, 14 инвертируются. Для исключения ложных срабатываний на схему 30 поступает также сигнал разрешения из схемы управления 48. сигнал 43 подается в схему управления 48 и на входы R счетчиков 31 и 32 и на вход С регистра текущей глубины 40.

На входы реверсивного счетчика глубины 34 приходят сигналы с датчика глубины 41 и 42. По сигналу 41 в счетчике происходит добавление 1 по сигналу 42 вычитание 1. Счетчик имеет 20 разрядов, что позволяет отслеживать глубину до 10485,75 м при условии, что сигналы с датчика глубины соответствуют ее изменению на 1 см. По сигналу 44 от датчика магнитных меток значение счетчика глубины запоминается в регистре магнитной метки 35.

Кроме связи со схемой И 30 8 разрядов сдвигого регистра 29 поступают на регистр 39. Выходы этого регистра связаны со входами микросхемы памяти (ОЗУ) 38, куда записывается принимаемая со скважинного прибора информация. Адрес очередного байта определяется старшими разрядами счетчика 31 принимаемых битов через мультиплексор 33. Через тот же мультиплексор 33 определяется адрес передаваемого в ЭВМ 49 очередного байта, который определяется счетчиком 32. В ЭВМ 49 информация передается через мультиплексор 36, ко входам которого подключены регистры 37, 40 и 35, в которых находятся очередные значения прочитанного в ОЗУ байта, текущего значения глубины и значения глубины в момент регистрации магнитной метки, соответственно.

Формула изобретения

1. Способ радиоактивного каротажа для определения концентраций изотопов, состоящий в том, что измеряют стандартные спектры гамма-излучения в базовых моделях, содержащих искомые изотопы в известных концентрациях, измеряют гамма-спектры в исследуемых образцах, отличающийся тем, что дополнительно измеряют настроечный спектр в образце смеси, содержащем все искомые изотопы, и по этому спектру предварительно согласовывают энергетические шкалы стандартных спектров, а при вычислении вкладов стандартных спектров в гамма-спектр исследуемого образца его энергетическую шкалу приводят в соответствие с энергетическими шкалами предварительно согласованных стандартных спектров, затем вычисляют концентрации изотопов в исследуемом образце, используя данные о концентрациях этих изотопов в базовых моделях с учетом различий в поглощающих, рассеивающих и излучающих характеристиках исследуемого образца и базовых моделей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения концентрации хотя бы одного дополнительного изотопа создаются базовая модель на каждый дополнительный изотоп в известной концентрации, гамма-излучение от которого преобладает над излучением всех других элементов известной концентрации, и образец смеси, в котором должны присутствовать все определяемые изотопы в таком количестве и их соотношении, чтобы их излучения были значимо отличны от фоновых.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для учета условий измерений спектров проводят измерения дополнительных спектров в базовых моделях с вставкой промежуточной среды известной плотности и состава, согласуют энергетические шкалы дополнительных спектров с энергетической шкалой настроечного спектра образца смеси без вставки и определяют условные вклады дополнительных спектров в настроечный спектр образца смеси без вставки, после чего вычисляют отношения одноименных концентраций в каждой базовой модели и находят параметры, определяющие поглощающие, рассеивающие и излучающие характеристики промежуточной среды.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что параметры, определяющие поглощающие, рассеивающие и излучающие характеристики промежуточной среды, вычисляют по формуле

где Ψ - коэффициент приведения к нормальным условиям, вычисляемый по формуле
Ψ = 2^*Σ(P^*_iZ_i)/Σ(P^*_iW_i),
где P_i, Z_i, W_i доля, атомный номер и атомный вес i-го элемента;
ρ - плотность промежуточной среды;
D_внешн D_внутр внешний и внутренний диаметр промежуточной среды;
C^д_j^о, C^п_j^осле - концентрации i-го элемента, определенные в модели до размещения в ней промежуточной среды и после.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что измерения спектров выполняют при помощи движущегося скважинного прибора за один и тот же период времени, таким образом, что в момент окончания измерения очередного спектра начинают измерение нового спектра.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что при измерении каждого спектра измеряют глубину, на которой находится скважинный прибор.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при движении прибора глубину определяют как среднее арифметическое глубин, на которых находился скважинный прибор в моменты начала и конца измерения данного спектра.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что согласование энергетических шкал, измеренных в процессе каротажа спектров, выполняют групповым способом, для чего проводят суммирование соседних спектров группами и согласуют энергетическую шкалу каждого суммарного спектра с энергетическими шкалами стандартных спектров.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что для получения концентраций для каждого отдельного спектра, полученного в процессе каротажа, этому спектру приписывается энергетическая шкала, получаемая интерполяцией или экстраполяцией шкал суммарных спектров.

10. Устройство для определения концентраций естественных и техногенных изотопов, содержащее детектор гамма-излучения, усилитель импульсов, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, устройство передачи информации на поверхность, ЭВМ и наземное устройство связи, отличающееся тем, что устройство передачи информации на поверхность выполнено с задающим генератором, счетчиком ячеек памяти, управляющим триггером, на один вход которого поступает информация с выхода микросхемы памяти, а на другой вход команда, по которой происходит считывание.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что для выравнивания длительности кодовых посылок устройство передачи информации на поверхность снабжено триггером фазировки, на один вход которого поступает сигнал с выхода запоминающего триггера, а на другой вход подается сигнал с задающего генератора.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что для синхронизации наземного устройства связи добавлен триггер стартового сигнала, на один вход которого подается сигнал "1", на другой вход поступает сигнал переполнения со счетчика ячеек памяти, а на третий вход поступает сигнал, например, с четвертого разряда счетчика, что определяет длину синхронизирующей последовательности, на один из входов элемента И поступают сигналы с устройства выработки сигналов синхронизирующей последовательности, на другой вход которого поступает сигнал с прямого выхода триггера стартового сигнала, сигнал с инверсного выхода триггера стартового сигнала поступает на один из входов второго элемента И, на другой вход которого поступает сигнал с выхода запоминающего триггера, выходы обоих элементов И соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом триггера фазировки.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что для уменьшения межсимвольной интерференции выходной сигнал с триггера фазировки подается на устройство преобразования в код Манчестер.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что в качестве устройства преобразования в код Манчестер используется элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на один из входов которого поступает сигнал с триггера фазировки, а на другой вход подается сигнал с задающего генератора.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что используется задающий генератор с вдвое более высокой частотой, но на счетчик ячеек памяти, на управляющее устройство и на триггер фазировки поступает сигнал выхода делителя частоты на два, а в качестве устройства преобразования в код Манчестер используется триггер, на один вход которого поступает сигнал с задающего генератора, а на другой вход подключен выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что для уменьшения требуемой для передачи информации полосы пропускания сигнал с устройства преобразования в код Манчестера поступает на устройство преобразования в код Миллера.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что в качестве устройства преобразования в код Миллера используется триггер, на один вход которого подается "1", а на другой вход поступает сигнал с выхода устройства преобразования в код Манчестер.

18. Устройство по пп.12 17, отличающееся тем, что в качестве устройства выработки сигналов синхронизирующей последовательности используется элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на входы которого поступают сигналы с разрядов счетчика.

19. Устройство по пп.13 18, отличающееся тем, что наземное устройство содержит преобразователь последовательного кода в параллельный, счетчик принимаемых из скважинного прибора битов информации, счетчик передаваемых в ЭВМ байтов информации, микросхему памяти, узел опознавания стартовой последовательности и узел выработки команд обращения к памяти и выдачи очередных байтов в микроЭВМ.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что для исключения ложных срабатываний узел опознавания стартовой последовательности включает в себя триггер, к одному входу которого подключен выход первой схемы И, входы которой подключены к старшим разрядам счетчика битов, начиная с четвертого, на другой вход которого подключен выход второй схемы И, входы которой соединение с инверсным выходом триггера и с выходами преобразователя последовательного кода в параллельный.

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что выходы второй схемы И соединены с прямыми выходами и с инверсными выходами преобразователя последовательного кода в параллельный.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что наземное устройство имеет в своем составе реверсивный счетчик глубины, на входы которого поступают сигналы с датчика глубины, а также регистр текущей глубины и регистр магнитной метки, входы которых соединены с выходами реверсивного счетчика, дополнительный вход регистра текущей глубины соединен с выходом узла опознавания синхронизирующей последовательности, а дополнительный вход регистра магнитной метки с выходом датчика магнитных меток.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 31.12.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2004

Извещение опубликовано: 20.03.2004        

---