Устройство для селективного гамма-гамма каротажа

(51)5 6 01 Ч 5 й институто, В.Е.Ва тво СССР2, 1983.СЕЛЕ КТИВАласти геоф енного сост НО зики ваи ость ГОСУДАРСТВЕ)+ЮЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(57) Использование: в обдля исследования вещестплотности горных пород Устройство относится к средствам геофизической разведки и может быть использовано для изучения вещественного состава и определения плотности горных пород и РудЦелью изобретения является повышение точности выделения границы контакта порода-руда путем повышения чувствительности устройства в зоне их раздела,На фиг.1 изображен общий вид устройства для селективного гамма-гамма каротажа; на фиг,2 - схема взаимосвязи конструктивных элементов устройства и распространение рассеянного излучения массивом горных пород вокруг скважины. По этой схеме определяется диаметр экрана и его расположение в устройстве,Устройство содержит скважинный зонд 1 (фиг.1), в котором расположены контейнерколлиматор 2 с источником 3 излучения, детектор 4 излучения, свинцовый экран 5. закрепленный на оси 6, которая посредстаюм тяги 7 соединена с подвижной частью 8 824616 А 1изобретения: устроиство содер вый экран, закрепленный меж ком излучения и детектором и подвижной оси, закрепленной н ханизмом поворота экрана вып электромагнита, размещенного движная часть которого посре соединена с осью экрана, а н часть электрически связана с в матора, Рама закреплена в мощью фиксирующего установленного в пазу, еыполн пусе зонда. 2 ил,жит свинцоду источниэлучения наа раме, Мелнен в виде на раме, по дством тяги еподвижная ходом сумонде с по- элемента, нном в корэлектромагнита 9, закрепленного к раме 10, которая посредством фиксирующего эле-, мента 11 закреплена к пазу 12 выполненного в корпусе зонда 1, и механизм Б еремещения 13 зонда 1 с электрическим приводом 14, панель управления 15, состоящую из усилителя 16, нормализатора 17 поступающих с детектора 4 сигналов и задатчика скорости 19 механизма перемещения 13, и последовательно соединенные Ф аналоговый преобразователь 20, пороговый 0 каскад 21, сумматор 22, второй вход которо- д го соединен с выходом задатчика скорости Ос, 19, а выход - с приводом механизма перемещения 13 и с катушкой электромагнита 9, вход аналогового преобразователя 20 сое аюй динен с нормализатором 17, второй выход порогового каскада 21 соединен с регистратором 18 через конденсатор С,На представленной схеме (фиг.2) изображена часть предлагаемого устройства, включая контейнер-коллиматор 2, обеспечивающий своими стенками защиту от прямо 1824616го попадания излучения источника 3 на детектор 4 излучения, экран 5, помещенная в скважине 23,Для выяснения вопроса о величине экрана 5 и его расположения в устройстве обозначим 01, Ог, Оз - размеры диаметра детектора, экрана, скважины соответственно, 1 - база (расстоян ие детектор-источник), б и б 1 - толщина слоя насыщения рудой и породой соответственно, а - расстояние от экрана 5 до детектора 4, При изображенной на схеме геометрии и размерах контейнера - коллиматора 2 пучок излучения распространяется в угле (в приведенном сечении). Если стенки скважины представлены рудой, то источником рассеянного излучения будет материал стенок, заключенный в трапеции АВСЕ, а если породой - то трапеции АГНЕ. Площади этих трапеций равны соответственно - 19 - +( - +б) Щ) д;Оз а Оз а2 2 2( - +ИЗ - +( - +б 1)19 ) б 1Оз а Оз а2 - 2 2 2Рассматривая указанные трапеции, как источники вторичного рассеянного излучения можно определить влияние экрана 5 на интенсивность регистрируемого детектором 4 излучения для случаев, когда стенки скважины представлены рудой и когда породой. При рассмотрении учитываем фактор поглощения вторичного излучения средой стенок, т,е. излучение не может пройти слой материала большей толщины насыщения. Поэтому в направлении детектора излучения из трапеции АВСЕ (руда,) может выйти только на участке поверхности ОЕ скважины, а из трапеции АГНЕ - на участке РЕ. Как видно из чертежа экран 5, установленный на расстоянии а от детектора 4 перпендикулярно оси зонда до пересечения прямых МО и МА, экранизирует полностью детектор 4 от попадания на него квантов из трапеции АВСЕ, т.е, из слоя руды. В случае, если стенки скважины представлены породой, то наличие экрана не влияет на интенсивность излучения идущего на детектор из части слоя породы, ограниченного треугольником ВГО и частично перекрывает излучение, идущее от сектора ВС 1 НС В этом положении экрана чувствительность 1 устройства к обнаружению границы раздела руда - порода максимальная,1 п 1 п- = - =- щах,где 1, - интенсивность излучения рассеянного породой,1 р - интенсивность излучения рассеянного рудой Смещение экрана приводит к уменьшению величины 1 и, что не желательно из-за увеличения статической погрешности, вправо - увеличивает 1 р. Показанное положение 5 экрана является оптимальным с точки зрениядостижения максимальной чувствительности к обнаружению границы порода - руда,В этом случае расстояние а от детектора 10 до экрана и диаметр экрана определяетсяиз следующих выражений:(2)1. -- 19 -01 2В приведенном на чертеже случае, выполненном на основе реальных данных вмасштабе 1:1 (диаметр детектора 01 =4 см,диаметр скважины Оз = 6 см, база 1 = 6,5 см,слой насыщения руды б=1,2 см, а.=50, источник излучения Со - 57), расчет по форму 25лам (1) и (2) дает размеры Ог = 5.4 см, а = 3,6см,Для достижения максимальной чувствительности должны быть удовлетворены следующие требования:Ога+ - 1,Ог2а-Ор35Если эти требования из-за конструктивных размеров зонда не выполнимы, то Огили а можно уменьшить в определенныхпределах, в этом случае величина отноше 40 ния 1 п/1 р будет уменьшаться, но останетсявыше, чем при отсутствии экрана.Работу устройства рассмотрим на примере селективного каротажа скважин рудных месторождений по содержаниюполезного компонента.Перед проведением каротажа пороговому каскаду 21 задается порог срабатывания, уровень которого соответствуетинтенсивности гамма-излучения, рассеяннбго от стенок скважины с гранитным содержанием полезного компонента. Взависимости от глубины рассеяния на рудном участке и длины распространения рассеянного гамма-излучения до детектора 4,на определенном расстоянии от него устанавливается свинцовой экран 5, плоскостькоторого располагается параллельно осизонда, тем самым не перекрывает излучение, поступающее на детектор. Для этогорамка 10, на которой закреплен электромаг 182461610 15 20 30 35 40 45 50 55 ворачивает на оси б свинцовый экран 5, тем ст нит 9 и установлен экран 5 нэ оси 6. которая посредством тяги 7 соединена с подвижной частью 8 электромагнита 9, передвигается по продольной оси зонда 1, тем самым устанавливается необходимое расстояние между детектором 4 и экраном 5, с последующим креплением ее фиксирующим элементом 11 в пазу 12 корпуса зонда 1. Посылаем зонд в устье скважины и с задатчика скорости 19 (источник напряжения с регулируемым выходом) через сумматор 22 подаем напряжение на электропривод 14, механизм перемещения.13.зонда 1 и электромагнит 9. Величина напряжения обеспечивает оптимальную скорость перемещения зонда 1 на рудном участке, при которой (при заданной активности источника 3 излучения, разрешающей способности регистрирующей излучение аппаратуре и ее инерционности) обеспечивается точность и детальность каротажа, В скважине гамма-излучения источника 3. рассеивается горными породами и регистрируется детектором 4 излучения. С детектора 4 электрические импульсы, частота которых пропорциональна интенсивности рассеянного излучения, поступает на усилитель 16 и нормализатор 17, где происходит их усиление и формирование по амплитуде и длительности. С нормализатора 17 импульсы подаются одновременнона регистратор 18 и аналоговый преобразователь 20, Регистратор 18, в качестве которого используется самописец или цифропечатающее устройство, регистрирует частоту поступающих импульсов, Аналоговый преобразователь 20 трансформирует импульсный сигнал в аналоговый, величина которого пропорциональна частоте поступающих с нормализатора 17 импульсов, Аналоговый сигнал подается затем на вход порогового каскада 21, в котором происходит его сравнение с уровнем заданного порога и, если уровень аналогового сигнала выше заданного порога, что соответствует прохождению зондом 1 породного участка, пороговый каскад 21 срабатывает, напряжение с его выхода поступает на сумматор 22, где суммируется с напряжением поступающим с эадатчика скорости 19 и результирующий сигнал подается на привод 14 механизма перемещения 13, который увеличивает скорость перемещения зонда 1, и на катушку электромагнита 9 механизма поворота свинцового экрана 5, которая образовывает магнитное поле. Сила магнитного поля от данного напряжения достаточна для притягивания подвижной части 8 электромагнита 9, которая посредством тяги 7 посамым устанавливает его перпендикулярно оси зонда, тем самым перекрывает излучение,поступающее на детектор. При достижении зондом 1 на высокой скорости зоны раздела порода-руда, представленной как породными так и рудными включениями, регистрируется детектором 4 интенсивность гамма - излучения, рассеянного только породными включениями, так как гамма-излучение, рассеянное рудными включениями, поглощается свинцовым экраном 5. Это происходит потому, что глубина рассеивания и длинараспространения гамма-излучения не рудных включениях меньше, чем на породах. Когда в зоне раздела порода-руда начинают преобладать рудные включения под породными, регистрируемая интенсивность излучения рассеянного породными включениями стает меньше величины интенсивности излучения рассеянного граничным содержанием полезного компонента, на которую настроен уровень срабатывания порога, Это значит, что уровень аналогового сигнала стает меньше уровня сигнала заданного порога, срабатывает пороговый каскад 21, с его выхода не поступает напряжение на вход сумматора 22 и на сумматоре 22 остается напряжение, поступающее с эадатчика скорости 19, которое обеспечивает только оптимальную скорость перемещения зонда 1. Магнитное Поле катушки электромагнита 9 при таком напряжении не может удерживать подвижную часть 8 и она возвращается в первоначальное положение, и посредством тяги 7 поворачивает ось 6 свинцового экрана 5, Экран 5 располагается параллельно оси зонда, тем самым не перекрывает излучение, поступающее на детектор. В таком положении свинцового экрана 5 производится каротаж остальной части зоны раздела. представленной преимущественно рудными включениями, и непосредственно следующего за ней рудного участка, При достижении зондом зоны раздела руда-порода, до регистрируемой интенсивности гамма-излучения рассеянного рудой добавляется интенсивность излучения рассеянного породными включениями, которые присутствуют в начальной части эоны раздела. Величина интенсивности стает больше граничной интенсивности, на которую настроен уровень срабатывания порога, поэтомупороговый каскад срабатывает и процесс работы устройства повторяется. Так как второй выход порогового каскада через конденсатор С соединен с регистратором, то в результате срабатывания каскада, т.е. в момент пересечения зондом границ залежей, на вход региратора ПОДЗЕТСя Единичный импульС182466 25 55 напряжения, который регистрируется на ленте регистратора, тем самым выделяя границы оруднения. Конденсатор предназначен для формирования импульса напряжения малой длительности только в момент срабатывания порогового каскада и развязки цепей каскада и регистратора по постоянному току.При использовании устройства для плотности каротажа с целью изучения плотностных аномалий в массиве горных пород, уровень порога каскада задается ниже или выше среднего значения интенсивности излучения рассеянного от стенок скважины с нормаЛьной плотностью.Преимуществом заявляемого устройства в сравнении с прототипом является увеличение разности между регистрируемой интенсивностью гамма-излучения рассеянного породой и рудой в зоне раздела порода - .руда, что повышает чувствительность устройства в зоне этого раздела, тем самым дополнительно вовлекаются участки руды в добычу.Формула изобретения Устройство для селективного гамма- гамма каротажа, содержащее скважинный зонд с источником гамма-излучения и детектором излучения, механизм перемещения зонда с электрическим приводом, панель управления, состоящую из последовательно соединенных усилителя, нормализатора и регистратора, последовательно соединенных с вторым входом усилитеЛя, аналогового преобразователя, порогового каскада, сумматора, второй вход которого соединен с задатчиком скорости, а выход - с приводом механизма перемещения зонда, а также конденсатора, включенного между вторым выходом порогового каскада и вторым входом регистратора, о т л и ч а ю щ е е с я 5 тем, что, с целью повышения точности выделения границы контакта порода-руда, эа счет повышения чувствительности в зоне их раздела, оно снабжено свинцовым экраном, установленным между источником гамма излучения и детектором на подвижной оси,закрепленной к раме, и механизмом поворота экрана, выполненным в виде электромагнита, размещенного на раме, подвижная часть которого посредством тяги соединена 15 с осью экрана, а неподвижная электрическисвязана с выходом сумматора. рама закреплена в зонде посредством фиксирующего элемента, установленного в пазу, выполненном в корпусе зонда, при этом диаметр эк рана и расстояние от него до детектораустановлено иэ следующих соотношений 02 = 01+Оз, а 3. -- тц -2 2- ( - + 1) то - (Ог + О 1)Оэ аОз+ 01+ 2 бгде Ог, 01, Оз - размеры диаметра экрана, З 0 детектора, скважины соответственно, см;- база, см;а - угол раскрытия источника излучения, град;д и б 1 - толщина слоя насыщения дляруды и породы соответственно, см,182461612Составитель Г. Фаустов Редактор Техред М.Моргентал Корректор Е. П Заказ 2225 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская нэб 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101