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第２４卷第４期２００９年８月（页码：１５２１～１５２６）地 球 物 理 学 进 展ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＩＮ ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＶｏｌ．２４，Ｎｏ．４Ａｕｇ．２００９郑世平，秦爱玲，赵舒平．测井中子发生器．地球物理学进展，２００９，２４（４）：１５２１～１５２６，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４ ２９０３．２００９．０４．０４７．ＺｈｅｎｇＳＰ，ＱｉｎＡＬ，ＺｈａｏＳＰ．Ｗｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｎｅｕｔｒｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ．犘狉狅犵狉犲狊狊犻狀犌犲狅狆犺狔狊．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ），２００９，２４（４）：１５２１～１５２６，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４ ２９０３．２００９．０４．０４７．测井中子发生器郑世平， 秦爱玲， 赵舒平（中国石油集团测井有限公司，西安７１００６１）摘 要 测井中子发生器作为中子源目前应用于地层岩性、孔隙度、含油饱和度及地层动态监测测井，是Ｃ／Ｏ测井、中子寿命测井、氧活化水流测井以及脉冲伽马能谱测井等仪器的核心部件．简要介绍了几种国外测井中子发生器的产品．阐述了测井中子发生器的工作原理、基本构成及关键技术．介绍了中国石油测井有限公司测井仪器厂研制生产的中子发生器产品系列．脉冲中子伽马测井是当前油田生产动态监测普遍采用的技术．介绍了实现宽频带、锐截止的技术途径以及目前所取得的成果．中子发生器产额的稳定性及开机重复率指标的提高将会极大拓宽其应用领域，尤其在使用同位素中子源的领域，可以替代同位素中子源发挥独到的优势．介绍了中国石油测井有限公司在中子发生器产额稳定方面所做的工作和取得结果，并列举了稳定产额后的中子发生器在元素分析领域所取得的成功试验．关键词 石油测井，中子发生器，中子管，中子产额，脉冲高压ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４ ２９０３．２００９．０４．０４７ 中图分类号 Ｐ３１５ 文献标识码 Ａ 犠犲犾犾犾狅犵犵犻狀犵狀犲狌狋狉狅狀犵犲狀犲狉犪狋狅狉ＺＨＥＮＧＳｈｉ ｐｉｎｇ， ＱＩＮＡｉ ｌｉｎｇ， ＺＨＡＯＳｈｕ ｐｉｎｇ（犆犺犻狀犪犘犲狋狉狅犾犲狌犿犔狅犵犵犻狀犵犆犗．犔犜犇．，犡犻′犪狀７１００６１，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋 Ｗｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｎｅｕｔｒｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｓａｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅｓｏｕｒｃｅｗｈｉｃｈｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅｌｏｇｇｉｎｇ．ＩｔｉｓａｌｓｏａｃｏｒｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｎｅｕｔｒｏｎｌｏｇｇｉｎｇｔｏｏｌｓｓｕｃｈａｓＣ／Ｏｌｏｇ，ｎｅｕｔｒｏｎｌｉｆｅｔｉｍｅｌｏｇ，ｐｕｌｓｅｄｎｅｕｔｒｏｎｏｘｙｇｅｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎｌｏｇｅｔｃ．Ａｆｅｗｋｉｎｄｓｏｆｗｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｎｅｕｔｒｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｓ，ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｐｕｌｓｅｄｎｅｕｔｒｏｎ／ｇａｍｍａ ｒａｙｌｏｇｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｆｏｒｄｙｎａｍｉｃｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅａｎｓｏｆｂｒｏａｄｂａｎｄａｎｄｓｈａｒｐｃｕｔｏｆｆａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｄｉｓｃｌｏｓｅｄｉｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｓｔａｂｌｅｙｉｅｌｄｏｕｔｐｕｔｏｆｎｅｕｔｒｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒａｎｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｆｏｒｅｌｅｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｉｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊 ｐｅｔｒｏｌｅｕｍｌｏｇ，ＮｅｕｔｒｏｎＧｅｎｅｒａｔｏｒ，ｎｅｕｔｒｏｎｔｕｂｅ，ｎｅｕｔｒｏｎｙｉｅｌｄ，ｐｕｌｓｅｄｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅ收稿日期 ２００８ ０７ １５； 修回日期 ２００８ １１ １５．作者简介 郑世平男，１９６３年出生，高级工程师，１９８２年毕业于兰州大学核物理专业，现从事测井仪器研发制造管理工作．（Ｅ Ｍａｉｌ：ｚｓｐ４０５２＠１２６．ｃｏｍ）０ 引 言中子发生器作为小型加速器中子源，具有轻便、可移动、单色性好、基本上无γ本底、使用安全、无辐射危害等诸多优点，尤其是中子发生器可依据一定的外部触发信号发射脉冲中子，多年来在核测井领域中发挥了独到的作用．随着测井技术的飞速发展，中子发生器技术也得到了很大的提高，由最初的大直径，逐渐发展成小直径、长寿命、耐高温、高产额并且可以批量生产的消耗性产品．中子测井是通过快中子与地层物质相互作用来研究地层岩性、孔隙度和寻找矿藏的测井方法．快中子进入地层后，为地层元素所减速，直至俘获．通过对不同能量中子的测量，可获得地层的某些性质及地层中矿藏等有关信息．采用脉冲调制的加速器中子源的测井方法简称为脉冲中子测井．测井时向地层发射能量为１４ＭｅＶ的中子，经过非弹性散射、弹性散射和俘获辐射等相互作用过程，生成可供测量万方数据地 球 物 理 学 进 展２４卷 的超热中子和次生γ射线．研究这些射线场的时间和空间分布，可确定地层的岩性、孔隙度、含油饱和度以及进行地层动态监测［１］．现今发展比较成熟的脉冲中子测井方法有Ｃ／Ｏ能谱测井、中子寿命测井、氧活化水流测井和脉冲中子伽马能谱测井等，所形成的商业化测井仪器种类与型号很多，而中子发生器则是仪器的核心部件．１ 测井中子发生器的组成及工作原理测井中子发生器由中子管和中子管外接电路组成．１．１ 中子管中子管是将离子源、加速系统、靶子以及气压调节系统密封在一个陶瓷或玻璃管内，形成一个小型的特种电真空器件．中子管实质上是一种最小型的加速器，其性能决定着中子发生器的产额、寿命、稳定性等诸多指标．中子管可以在外接电路的控制下，由离子源产生氘离子，经加速后轰击氚靶，与靶中的氚产生核反应，产生１４ＭｅＶ的快中子［３］．１．２ 中子管外接电路中子管外接电路通常由离子源电路和密封加速高压组成．１．２．１ 离子源电路离子源电路决定于中子管离子源的结构．如采用冷阴极潘宁离子源的中子管需要２ｋＶ左右的阳极脉冲高压，而热阴极中子管所需的阳极高压则很低．我国初期生产的测井中子发生器，对于冷阴极潘宁离子源中子管，离子源电路通常是基于变压器变换升压的思路而设计的，具有电路结构简单、可靠、功耗低、体积小等优点．测井中子发生器为满足测井的需要，要求在中子管阳极极板上所加载的２ｋＶ脉冲高压波形与中子发生器发射出的脉冲中子波形基本一致，但变压器电路产生的脉冲高压通常有上冲、平顶降落、宽后沿等特征，这样的阳极脉冲高压产生的脉冲中子波形对于测井效果有很大负面影响．近年来随着测井技术的发展，逐渐发展起来多种组合脉冲中子测井仪器，多种中子发射模式下的阳极脉冲高压频率是多种频率的组合，而且频率跨度较大，单一变压器升压电路的频率范围，往往无法兼顾很宽的频率范围要求．目前一种开关管电路被广泛采用，例如贝克阿特拉斯公司生产的ＲＰＭ（ＲｅｓｅｒｖｏｉｒＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＭｏｎｉｔｏｒ）、哈里伯顿公司生产的ＲＭＴ（ＲｅｓｅｒｖｏｉｒＭｏｎｉｔｏｒＴｏｏｌ）等仪器阳极脉冲高压均采用该类电路．开关管电路在中子发生器中的运用，使以往变压器电路中出现的低频窄脉冲、高频大占空比带来的电路问题得到有效改善，更重要的是，实现了锐截止功能．１．２．２ 密封加速高压密封加速高压一般采用倍加整流电路，倍加整流电路形式多种多样，如单边高压倍加、双边高压倍加等，也有采用脉冲高压方式为中子管提供加速高压，如Ｈｏｔｗｅｌｌ公司生产的ＰＮＮ，其中子发生器中的中子管与其他厂家所使用的中子管结构及离子源均有较大的区别，该仪器的工作频率很低（≤２０Ｈｚ）且发射时间很短（≤２μｓ）．随着油田开发的不断深入，需要小直径测井仪器以满足过套管测井的要求（直径≤４３ｍｍ）．在井下高温高压工作环境和狭小的仪器空间条件下，１００ｋＶ的直流高压与外钢管及工艺结构间的绝缘，是密封高压稳定工作的技术关键．２ 几种国外测井中子发生器目前国内引进了多种集中子寿命、Ｃ／Ｏ、氧活化测井于一体的脉冲中子伽马能谱测井仪器，如，ＲＰＭ、ＲＭＴ、ＲＳＴ Ａ（ＲｅｓｅｒｖｏｉｒＳａｔｕｒａｔｉｏｎＴｏｏｌ，斯仑贝谢公司生产）以及ＣＯＭＰＵＴＥＬＯＧ公司生产的ＰＮＤ Ｓ等仪器，此类仪器具有以下共同特点：①小直径（４３～５３ｍｍ），可过油管测井；②多探头；③中子发射频带宽（１～２０ｋＨｚ）；④耐高温（１５０℃～１７５℃）．ＲＳＴ Ａ仪器外径为４３ｍｍ，中子发生器采用３０级单边倍压，供电频率高达５０ｋＨｚ，由于中子管结构不同，离子源仅需要几百伏的阳极脉冲高压．ＲＰＭ仪器外径为４３ｍｍ，其中子管机械结构别具匠心，在满足源距的要求下可将阳极脉冲高压电路置于中子管与探测器之间，避免了脉冲高压的传输辐射问题；密封高压短节与探测短节共同装于Φ４３ｍｍ×３０００ｍｍ的承压钢管中，中子发射频率为１～１０ｋＨｚ，倍压电路采用９级单边倍压．ＲＭＴ仪器外径为５０ｍｍ，中子发生器与ＲＰＭ中子发生器非常相似，密封高压短节与探测短节共同装于Φ５０ｍｍ×３０００ｍｍ的承压钢管中，倍压电路采用８～９级单边倍压，中子发射模式为１～１０ｋＨｚ．３ 中国石油集团测井有限公司测井仪器厂研制生产的中子发生器简介中国石油集团测井有限公司测井仪器厂的前身２２５１万方数据 ４期郑世平，等：测井中子发生器为西安石油勘探仪器总厂（以下简称测井仪器厂）．早在５０年代，测井仪器厂就开始研制中子管、中子发生器，几十年来经过几代人辛勤努力，目前已发展成为具有可批量生产中子管及发生器的基地，该基地于１９９６年投资２０００多万元建成，拥有２４１８．８６ｍ２的洁净厂房、包括清洗室、真空工艺室、真空器件焊接室、装架室、排气室、中子实验检测室、元器件筛选室、电路实验室、高压装配室、高压测试标定实验室．拥有１００台专用生产、检测设备．该生产线有年产量２００只中子管的能力，拥有一支具有多年从事研制开发生产中子管经验丰富的技术队伍，每年可向市场批量提供外径Φ３０、耐温１３５℃、寿命超过１００ｈ的测井中子管．多年来，根据市场的发展需求，先后研制推出了一系列密封中子管、中子发生器．３．１ 中子管从上世纪５０年代开始至今成功开发了系列测井密封中子管，主要产品有ＭＺ６０、ＭＺ５０、ＭＺ４０、ＭＺ３０等系列［２～５］，其具体技术参数见表１．产品结构紧凑坚固、小型轻便；离子源均采用冷阴极潘宁离子源，具有效率高、稳定性好、工作频率宽（直流～２０ｋＨＺ）等优点；独特散热结构设计和优良的氚 钛靶制作工艺技术使得中子管具有高产额、长寿命、高稳定性．表１ 系列中子管典型技术参数犜犪犫犾犲１ 犜狔狆犻犮犪犾狋犲犮犺狀犻犮犪犾狆犪狉犪犿犲狋犲狉狅犳狊犲狉犻犲狊狀犲狌狋狉狅狀狋狌犫犲产品系列名称几何尺寸／ｍｍ产额／（ｎ·ｓ－１）工作温度／℃使用寿命／ｈＭＺ６０Φ６０×２３０５．０×１０８１２０８０ＭＺ５０Φ５０×２３０４．５×１０８１２０８０ＭＺ４０Φ４０×２２０４．０×１０８１２０８０ＭＺ３０ＡΦ３０×２１０２．０×１０８１３５１００３．２ 测井中子发生器３．２．１ ＣＺＦ９０ Ｃ／ＯＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ是８０年代末９０年初研制定型的产品，主要配接Ｃ／Ｏ测井仪器．主要技术指标：（１）中子产额：＞１×１０８ｎ／ｓ（２）中子发射持续时间：６～８μｓ（３）中子发射频率：２０ｋＨｚ（４）工作温度：１３５℃（５）中子管寿命：＞１００ｈ（６）仪器尺寸：Φ６８ｍｍ×１３００ｍｍ＋Φ６８ｍｍ×５００ｍｍ高压电路采用三支变压器双边倍压整流电路，高压变压器分成若干独立结构，与单边单支变压器电路相比，内阻低，负载能力强，容易实现匹配．ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ中子发生器可以配接国产的Ｃ／Ｏ测井仪，也可以配接阿特拉斯公司生产的２７２７Ｃ／Ｏ测井仪，其全套的高压绝缘及结构是多年来许多技术人员不断完善、摸索出的经验总结，其后的许多改进型中子发生器在高压绝缘方面均继承、借鉴了ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ高压工艺．３．２．２ ＳＭＪ中子寿命中子发生器用于中子寿命测井的中子发生器与ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ相比尺寸小，发射模式不同，其主要技术指标如下：（１）中子产额：＞１．５×１０８ｎ／ｓ（占空比１０％）（２）中子发射持续时间： １００～８００μｓ（３）中子发射频率：１２５～１０００Ｈｚ（４）工作温度：１３５℃（５）中子管寿命：＞１００ｈ（６）仪器尺寸：Φ４５ｍｍ×１３００ｍｍ＋Φ４５ｍｍ×５００ｍｍ中子寿命发射模式有１２５Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ等四种频率，测井过程中４种频率依据地层情况交替工作．该发生器随着中子寿命测井仪的成功应用，被大量推广使用．３．２．３ ＣＺＦ９０ Ｂ中子发生器该发生器机械结构外形尺寸与ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ完全一样，是原碳氧比仪器的提升产品．其仪器的技术指标如下：（１）中子产额：＞１×１０８ｎ／ｓ（２）中子发射持续时间：６～８μｓ（３）中子发射频率：２０ｋＨｚ（４）工作温度：１５０℃（５）中子管寿命：＞１００ｈ（６）仪器尺寸：Φ６８ｍｍ×１３００ｍｍ＋Φ６８ｍｍ×５００ｍｍＣＺＦ９０ Ｂ中子发生器为满足１５０℃的工作温度要求，高压采用单支变压器单边倍压电路，虽然内阻高，负载能力稍差，但随着中子管的质量稳步提高，通过合理选择设计参数，可以满足仪器工作温度要求．该发生器机械结构外形尺寸与ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ完全一样，可以完全替代ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ．３．２．４ ＳＭＪ Ｆ中子发生器（１）中子产额：＞１．５×１０８ｎ／ｓ（占空比１０％）（２）中子发射持续时间： １００～８００μｓ３２５１万方数据地 球 物 理 学 进 展２４卷 （３）中子发射频率：１２５～１０００Ｈｚ（４）工作温度：１５０℃（５）中子管寿命：＞１５０ｈ（６）仪器尺寸：Φ４５ｍｍ×８００ｍｍ＋Φ４５ｍｍ×５００ｍｍＳＭＪ Ｆ中子发生器是ＳＭＪ中子寿命中子发生器的升级产品，得益于中子管的性能提高，并采用厚膜电路等工艺，结构简单，器件减少，缩短了发生器长度，仪器的使用寿命及温度性能得到了提高．该中子发生器可以配接中子寿命测井仪，还可以配接目前国内市场上出现的氧活化仪器．３．２．５ 脉冲中子伽玛谱测井中子发生器该中子发生器主要是为了满足中子寿命与碳氧比组合仪器而专门研制的．其主要技术指标如下：（１）中子产额：＞１．５×１０８ｎ／ｓ（２）中子发射持续时间：４０μｓ～６０μｓ（３）中子发射频率：１～１０ｋＨｚ（４）工作温度：１５０℃（５）中子管寿命：＞１５０ｈ（６）仪器尺寸：Φ４５ｍｍ×１６００ｍｍ＋Φ４５ｍｍ×１３００ｍｍ．４ 新技术在测井中子发生器的应用４．１ 中子管在早期产品中，中子管采用玻璃管、商品靶．玻璃的软化温度低，寿命得不到保证，此外，商品靶内的氚会被氘置换，浓度降低，中子产额很快下降．最近几年开发的中子管，以后充氚、自生靶、陶瓷封接为主要技术，提高了整体工艺技术，采用先进的设备为基础开发出了耐高温、长寿命中子管，有望近期内可以供应市场．表２ 新开发的中子管技术参数犜犪犫犾犲２ 犜犲犮犺狀犻犮犪犾狆犪狉犪犿犲狋犲狉狅犳犱犲狏犲犾狅狆犲犱狀犲狌狋狉狅狀狋狌犫犲产品系列名称几何尺寸／ｍｍ产额／（ｎ·ｓ－１）工作温度／℃使用寿命／ｈＭＺ３０ＢΦ３０×２１０１．５×１０８１５０１５０ＭＺ２５Φ２５×２１０１．０×１０８１２５１００ 从表１和表２的技术参数对比可知，新开发的中子管在一定程度上满足了测井工程所需要的小管径、长寿命、耐高温的技术需求．图１ 两种阳极脉冲高压输出波形对比Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｗａｖｅｆｏｒｍｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｎｏｄｅｐｕｌｓｅｄｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅ４．２ 中子发生器４．２．１ 宽频带离子源脉冲高压随着电子技术的飞速发展，大功率集成电路、表面贴片工艺等逐渐被中子发生器的设计者们广泛采用，用开关管电路替代以往变压器升压变换电路即为一例．在２ｋＶ左右直流高压输入后，通过开关管交替导通，产生脉冲方波，满足了有些测井仪器对中子发生器宽频带、锐截止的要求．该电路主要技术指标如下：（１）频率范围：１００～１００００Ｈｚ（频率和占空比可调）；（２）脉冲上升沿＜１μｓ，下降沿＜１．５μｓ（带中子管负载，传输线为１．５ｍ）；图２ 稳定中子产额控制电路Ｆｉｇ．２ Ｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｔｏｓｔａｂｌｅｎｅｕｔｒｏｎｙｉｅｌｄ４２５１万方数据 ４期郑世平，等：测井中子发生器（３）脉冲平顶降＜１％．脉冲中子的形状关乎测井的精度和质量，开关管电路的实现，无疑使中子发生器的整体性能得到提升，我们目前研制的脉冲中子伽马谱中子发生器已设计使用了这一技术成果．图３ 加稳定中子产额电路前后效果比较Ｆｉｇ．３ Ｒｅｓｕｌｔｏｆａｄｄｅｄｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｔｏｓｔａｂｌｅｎｅｕｔｒｏｎｙｉｅｌｄｃｏｍｐａｒｅｗｉｔｈｉｔｗｉｔｈｏｕｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔ图４混合样中子次生γ能谱（ａ）非弹γ能谱，（ｂ）活化γ能谱Ｆｉｇ．４ Ｎｅｕｔｒｏｎｉｎｄｕｃｅｄｇａｍｍａｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｍｉｘｔｕｒｅｓａｍｐｌｅ（ａ）Ｉｎｅｌａｓｔｉｃｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｇａｍｍａｓｐｅｃｔｒｕｍ，（ｂ）Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎｇａｍｍａｓｐｅｃｔｒｕｍ４．２．２ 产额的稳定中子管中子源与同位素中子源相比，产额稳定性较差，这不仅与电路的工作情况有关还与中子管的工艺、核反应的随机性等因素有关，以往生产的中子管产额相对波动为１０％，严重的影响了中子发生器的应用范围．为此尝试通过电路控制进行产额稳５２５１万方数据地 球 物 理 学 进 展２４卷 定，该项工作取得了较满意的结果．影响中子管产额的是加速高压、入射离子流，其中加速高压对产额的影响十分明显．基于这种思想，设计稳产控制电路，基本控制原理框图见图２．该控制回路在中子管正常工作时能有效的稳定中子管的产额，为了真实记录稳产的效果，用了两路探测器，一路是ＢＧＯ慢中子探测器，另一路是ＮａＩ伽马探测器，从这两路探测器中得到了结果一致的产额曲线见图３．两条曲线分别是中子探测计数和伽玛探测计数．每条曲线的前半段为增加稳产控制的中子发射，后半段为不加稳产控制的中子发射．从曲线上可以看出，稳产效果十分明显．产额的稳定，无疑拓宽了中子管的使用领域，例如元素含量分析方法对稳定性有较高的要求，若用普通的中子发生器难以满足．我们对混合样品用该稳产中子发生器照射，通过分时处理，一次采集样品中元素的非弹、俘获、活化伽玛，测量结果见图４，通过解谱后计算峰面积就可推知绝对含量．５ 结束语随着科技的发展，脉冲中子发生器不仅在测井领域得到了很大的发展，近几年越来越多的实验室、院校、研究部门也尝试利用脉冲中子发生器进行分析和方法研究，有的研究成果已经成功地运用于我国的工、农等领域．我们相信，随着技术的不断进步，在一定的时期内，脉冲中子发生器作用会得到很好的发挥．参 考 文 献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］ 肖坤祥，周明贵．小型石油测井中子发生器［Ｊ］．石油仪器，２００４，１８（４）：７～９．ＸｉａｏＫＸ，ＺｈｏｕＭＧ．Ａｔｙｐｅｏｆｃｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｎｅｕｔｒｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＰＩ，２００４，１８（４）：７～９．［２］ 梁峰．测井用系列密封中子管［Ｊ］．测井技术，１９９４，１８（６）：４４６～４４９．ＬｉａｎｇＦ．ＳｅａｌｅｄＮｅｕｔｒｏｎＴｕｂｅｓｆｏｒＷｅｌｌＬｏｇｇｉｎｇ［Ｊ］．ＷＬＴ，１９９４，１８（６）：４４６～４４９．［３］ 肖坤祥，周明贵，谈效华等．小型石油测井中子管的参数测试［Ｊ］．中国测试技术，２００４，３０（４）：６６～６８，８０．ＸｉａｏＫＸ，ＺｈｏｕＭＧ，ＴａｎＸＨ，犲狋犪犾．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｔｅｓｔｏｆｓｍａｌｌｗｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｎｅｕｔｒｏｎｔｕｂｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｔｅｓｔ［Ｊ］，２００４，３０（４）：６６～６８，８０．［４］ 梁峰，吴军随，麻惠生．耐高温长寿命测井中子管［Ｊ］．测井技术，１９９９，２３（１）：６２～６４．ＬｉａｎｇＦ，ＷｕＪＳ，ＭａＨＳ．Ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｌｏｎｇ ｌｉｆｅｎｅｕｔｒｏｎｔｕｂｅｆｏｒｌｏｇｇｉｎｇ．ＷＬＴ，１９９９，２３（１）：６２～６４．［５］ 梁峰，麻惠生，等．微型测井中子管［Ｐ］．中国专利大全．ＣＮ２４１６５０４Ｙ．ＬｉａｎｇＦ，ＭａＨＳ，ｅｔａｌ．Ｍｉｎｉｔｙｐｅｎｅｕｔｒｏｎｔｕｂｅｆｏｒｌｏｇｇｉｎｇ［Ｐ］．ＣＮ２４１６５０４Ｙ．６２５１万方数据测井中子发生器作者：郑世平， 秦爱玲， 赵舒平， ZHENG Shi-ping， QIN Ai-ling， ZHAO Shu-ping 作者单位：中国石油集团测井有限公司,西安,710061刊名：地球物理学进展英文刊名：PROGRESS IN GEOPHYSICS年，卷(期)：2009,24(4)参考文献(5条)1.梁峰;麻惠生微型测井中子管 中国专利大全2.梁峰;吴军随;麻惠生耐高温长寿命测井中子管[期刊论文]-测井技术 1999(01)3.肖坤祥;周明贵;谈效华小型石油测井中子管的参数测试[期刊论文]-中国测试技术 2004(04)4.梁峰测井用系列密封中子管 1994(06)5.肖坤祥;周明贵小型石油测井中子发生器[期刊论文]-石油仪器 2004(04)本文链接：/Periodical_dqwlxjz200904047.aspx。
2017·0377工艺与设备Chenmical Intermediate当代化工研究滤器，并在顶部位置设置安全阀，安全阀的开启数值一般为0.9~0.95倍的最高进口压力值为宜。
最后，设计压缩机时应注重安装手动停车装置、联锁装置以及自动控制装置，一旦相关参数超过设定的值能够及时响应，确保CNG加气母站的安全运行。
4.加气存储及配套系统的设计CNG加气母站存储CNG的方式有高压储气井、高压储罐两种方式，其中前者则是将CNG存储在垂直埋在地下的钢管中，存储量大且较为安全。
同时，储气井还具有维护方便、运行费用低、占地面积小等优点，是当前应用率较高的储气方式。
高压储气罐存储CNG储气投资费用较低，不过容易出现漏电，维护费用较高。
依据单瓶水容积，高压储气罐由大容积储气罐、小容积储气罐之分，其中小容积有60L、80L、90L等规格，而大容积有1000L、1750L、2000L 甚至更大的容积，设计CNG存储系统时需综合考虑CNG的实际需求以及成本投入等内容，确保存储CNG既能满足加气的需要，又能易于管理。
另外，CNG加气母站设计还应注重母站配套系统的设计，进一步提高母站服务质量及工作效率。
CNG加气母站配套系统包括建筑、给排水、仪表等系统，其中建筑系统包括压缩机房、办公楼以及加气棚等，对CNG加气母站进行设计时结合CNG加气母站功能要求，提出多套设计方案，并邀请专家组进行充分论证。
同时，设计时还应明确划分不同的区域，如辅助区、加气区及生产区等，尤其应使用钢制栅栏将加气区与生产区区分开来，避免不同区域之间受影响，更好的维护CNG加气母站秩序。
5.总结CNG加气母站一定程度上满足人们使用天然气的需求，其设计不仅需要较高的技术水平，而且需要考虑诸多内容，尤其应保证各子系统的合理设计，保证各子系统安全、稳定运行，性能得以充分发挥，为CNG加气母站的良好运行创造良好的条件。
本文通过研究得出以下结论：(1)CNG加气母站包括诸多子系统，其中任何一个子系统出现问题，往往给加气质量产生不良影响，要求设计人员明确不同子系统作用，从技术及经济可行两方面对进站系统、脱水脱硫系统、压缩系统进行合理设计。
《地球物理测井方法》第九章中子测井中子测井是地球物理测井中一种常用的方法，通过测量自然放射性中子在地下岩石中的吸收和散射情况，给出含氢量，从而判断岩石的岩性和含水性质。
本章主要介绍中子测井的原理、测井曲线的解释和应用。
9.1中子测井的原理中子测井通过探测和测量中子在地下岩石中的吸收和散射情况，来确定地层的物性参数。
中子测井一般使用两种中子源：放射性核素源和中子发生器。
9.1.1放射性核素源放射性核素源一般采用锶-90/钇-90和铯-137源。
当源辐射中子进入地层时，与地层中的核与原子进行散射、吸收和成为散裂中子，从而改变中子的传输规律。
通过测量地层中散射中子和散裂中子的比例，可以确定地层的平均原子质量和中子俘获截面。
9.1.2中子发生器中子发生器一般采用贝里利钠源。
中子发生器产生高速中子，通过地层的散射和核反应，快速减速并且散射成热中子。
测量地层中的散射中子可以得到地层的平均原子质量。
9.2中子测井曲线的解释中子测井曲线是通过记录和测量地下岩石中散射和吸收中子的响应，从而得到岩石的物性参数。
9.2.1中子通量曲线中子测井中，中子源发射的中子流经地层时会发生吸收和散射，散射到测井仪器的中子将与原子核发生散射反应。
记录和测量测井仪器接收到的中子数目，可以得到中子的通量曲线。
中子通量曲线反映了地层中散射和吸收中子的情况，从而可以判断地层的物性参数。
9.2.2归一化中子通量曲线为了消除不同测井工具之间的差异，通常会将中子通量曲线归一化。
将测井仪器接收到的中子数目除以源活度和测井仪器的响应系数，得到归一化的中子通量曲线。
9.2.3中子测井曲线的解释根据中子测井曲线的形态和变化，可以判断地层的物性参数。
当地层中的含水量较高时，中子通量较高，因为水对中子的吸收较强。
而当地层中的含水量较低时，中子通量较低。
通过测量中子测井曲线的斜率，还可以得到地层的氢指数，从而判断地层的岩性。
9.3中子测井的应用中子测井可以用于判断地层的物性参数，从而对地层进行岩性和含水性质的判断。
MZS 系列中子发生器我们从事脉冲中子发生器的研发已经有40多年的历史，在等离子体物理、加速器物理、脉冲功率技术、高电压及绝缘技术、核技术与应用、电真空技术、材料科学领域取得了优异的成果，积累了较丰富的经验，针对油田测井研发了不同尺寸的1021、1042A 、1042B 、1042C 中子管，形成了MZS 系列中子发生器。
● MZS-2中子发生器，Φ76mm ×1025mm ，采用1021中子管，适用于2727系统等碳氧比测井；● MZS-2A 中子发生器，Φ76mm ×846mm ，采用1042A 中子管，适用于PNRMS 系统； ● MZS-4中子发生器，Φ43mm ×1370mm ，采用1042B 中子管，用于碳氧比测井、中子寿命测井和氧活化测井；● MZS-5中子发生器，Φ35mm ×1360mm ，采用1042B 中子管，适用于哈里伯顿RMT 等综合测井；● MZS-6中子发生器，Φ43mm ×2245mm ，采用1042C 中子管，适用于康普乐PND 等综合测井；● MZS-7中子发生器，Φ43mm ×1360mm ，采用1042B 中子管，用于碳氧比测井、中子寿命测井和脉冲中子氧活；● MZS-8中子发生器，Φ34mm ×665mm ，采用1042D 中子管，适用于Htowell 的PNN 等综合测井；● MZS-9中子发生器，Φ35mm ×1115mm ，采用1042C 中子管，适用于贝克休斯RPM 等综合测井。
主要技术指标：● 中子产额 ：最高产额≥1.5×108n/s ；● 工作产额≥1.0×108n/s ；● 产额稳定性 ：保持工作状态，在20分钟产额稳定性优于10%；● 工作方式： 连续或脉冲；● 最高工作温度 ：150℃；● 工作寿命：100小时 。
绵阳中物科学仪器有限公司 ×10+10级倍压高压电源1042A。
第２４卷第４期２００９年８月（页码：１５２１～１５２６）地 球 物 理 学 进 展ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＩＮ ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＶｏｌ．２４，Ｎｏ．４Ａｕｇ．２００９郑世平，秦爱玲，赵舒平．测井中子发生器．地球物理学进展，２００９，２４（４）：１５２１～１５２６，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４ ２９０３．２００９．０４．０４７．ＺｈｅｎｇＳＰ，ＱｉｎＡＬ，ＺｈａｏＳＰ．Ｗｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｎｅｕｔｒｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ．犘狉狅犵狉犲狊狊犻狀犌犲狅狆犺狔狊．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ），２００９，２４（４）：１５２１～１５２６，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４ ２９０３．２００９．０４．０４７．测井中子发生器郑世平， 秦爱玲， 赵舒平（中国石油集团测井有限公司，西安７１００６１）摘 要 测井中子发生器作为中子源目前应用于地层岩性、孔隙度、含油饱和度及地层动态监测测井，是Ｃ／Ｏ测井、中子寿命测井、氧活化水流测井以及脉冲伽马能谱测井等仪器的核心部件．简要介绍了几种国外测井中子发生器的产品．阐述了测井中子发生器的工作原理、基本构成及关键技术．介绍了中国石油测井有限公司测井仪器厂研制生产的中子发生器产品系列．脉冲中子伽马测井是当前油田生产动态监测普遍采用的技术．介绍了实现宽频带、锐截止的技术途径以及目前所取得的成果．中子发生器产额的稳定性及开机重复率指标的提高将会极大拓宽其应用领域，尤其在使用同位素中子源的领域，可以替代同位素中子源发挥独到的优势．介绍了中国石油测井有限公司在中子发生器产额稳定方面所做的工作和取得结果，并列举了稳定产额后的中子发生器在元素分析领域所取得的成功试验．关键词 石油测井，中子发生器，中子管，中子产额，脉冲高压ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４ ２９０３．２００９．０４．０４７ 中图分类号 Ｐ３１５ 文献标识码 Ａ 犠犲犾犾犾狅犵犵犻狀犵狀犲狌狋狉狅狀犵犲狀犲狉犪狋狅狉ＺＨＥＮＧＳｈｉ ｐｉｎｇ， ＱＩＮＡｉ ｌｉｎｇ， ＺＨＡＯＳｈｕ ｐｉｎｇ（犆犺犻狀犪犘犲狋狉狅犾犲狌犿犔狅犵犵犻狀犵犆犗．犔犜犇．，犡犻′犪狀７１００６１，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋 Ｗｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｎｅｕｔｒｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｓａｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅｓｏｕｒｃｅｗｈｉｃｈｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅｌｏｇｇｉｎｇ．ＩｔｉｓａｌｓｏａｃｏｒｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｎｅｕｔｒｏｎｌｏｇｇｉｎｇｔｏｏｌｓｓｕｃｈａｓＣ／Ｏｌｏｇ，ｎｅｕｔｒｏｎｌｉｆｅｔｉｍｅｌｏｇ，ｐｕｌｓｅｄｎｅｕｔｒｏｎｏｘｙｇｅｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎｌｏｇｅｔｃ．Ａｆｅｗｋｉｎｄｓｏｆｗｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｎｅｕｔｒｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｓ，ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｐｕｌｓｅｄｎｅｕｔｒｏｎ／ｇａｍｍａ ｒａｙｌｏｇｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｆｏｒｄｙｎａｍｉｃｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅａｎｓｏｆｂｒｏａｄｂａｎｄａｎｄｓｈａｒｐｃｕｔｏｆｆａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｄｉｓｃｌｏｓｅｄｉｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｓｔａｂｌｅｙｉｅｌｄｏｕｔｐｕｔｏｆｎｅｕｔｒｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒａｎｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｆｏｒｅｌｅｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｉｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊 ｐｅｔｒｏｌｅｕｍｌｏｇ，ＮｅｕｔｒｏｎＧｅｎｅｒａｔｏｒ，ｎｅｕｔｒｏｎｔｕｂｅ，ｎｅｕｔｒｏｎｙｉｅｌｄ，ｐｕｌｓｅｄｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅ收稿日期 ２００８ ０７ １５； 修回日期 ２００８ １１ １５．作者简介 郑世平男，１９６３年出生，高级工程师，１９８２年毕业于兰州大学核物理专业，现从事测井仪器研发制造管理工作．（Ｅ Ｍａｉｌ：ｚｓｐ４０５２＠１２６．ｃｏｍ）０ 引 言中子发生器作为小型加速器中子源，具有轻便、可移动、单色性好、基本上无γ本底、使用安全、无辐射危害等诸多优点，尤其是中子发生器可依据一定的外部触发信号发射脉冲中子，多年来在核测井领域中发挥了独到的作用．随着测井技术的飞速发展，中子发生器技术也得到了很大的提高，由最初的大直径，逐渐发展成小直径、长寿命、耐高温、高产额并且可以批量生产的消耗性产品．中子测井是通过快中子与地层物质相互作用来研究地层岩性、孔隙度和寻找矿藏的测井方法．快中子进入地层后，为地层元素所减速，直至俘获．通过对不同能量中子的测量，可获得地层的某些性质及地层中矿藏等有关信息．采用脉冲调制的加速器中子源的测井方法简称为脉冲中子测井．测井时向地层发射能量为１４ＭｅＶ的中子，经过非弹性散射、弹性散射和俘获辐射等相互作用过程，生成可供测量万方数据地 球 物 理 学 进 展２４卷 的超热中子和次生γ射线．研究这些射线场的时间和空间分布，可确定地层的岩性、孔隙度、含油饱和度以及进行地层动态监测［１］．现今发展比较成熟的脉冲中子测井方法有Ｃ／Ｏ能谱测井、中子寿命测井、氧活化水流测井和脉冲中子伽马能谱测井等，所形成的商业化测井仪器种类与型号很多，而中子发生器则是仪器的核心部件．１ 测井中子发生器的组成及工作原理测井中子发生器由中子管和中子管外接电路组成．１．１ 中子管中子管是将离子源、加速系统、靶子以及气压调节系统密封在一个陶瓷或玻璃管内，形成一个小型的特种电真空器件．中子管实质上是一种最小型的加速器，其性能决定着中子发生器的产额、寿命、稳定性等诸多指标．中子管可以在外接电路的控制下，由离子源产生氘离子，经加速后轰击氚靶，与靶中的氚产生核反应，产生１４ＭｅＶ的快中子［３］．１．２ 中子管外接电路中子管外接电路通常由离子源电路和密封加速高压组成．１．２．１ 离子源电路离子源电路决定于中子管离子源的结构．如采用冷阴极潘宁离子源的中子管需要２ｋＶ左右的阳极脉冲高压，而热阴极中子管所需的阳极高压则很低．我国初期生产的测井中子发生器，对于冷阴极潘宁离子源中子管，离子源电路通常是基于变压器变换升压的思路而设计的，具有电路结构简单、可靠、功耗低、体积小等优点．测井中子发生器为满足测井的需要，要求在中子管阳极极板上所加载的２ｋＶ脉冲高压波形与中子发生器发射出的脉冲中子波形基本一致，但变压器电路产生的脉冲高压通常有上冲、平顶降落、宽后沿等特征，这样的阳极脉冲高压产生的脉冲中子波形对于测井效果有很大负面影响．近年来随着测井技术的发展，逐渐发展起来多种组合脉冲中子测井仪器，多种中子发射模式下的阳极脉冲高压频率是多种频率的组合，而且频率跨度较大，单一变压器升压电路的频率范围，往往无法兼顾很宽的频率范围要求．目前一种开关管电路被广泛采用，例如贝克阿特拉斯公司生产的ＲＰＭ（ＲｅｓｅｒｖｏｉｒＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＭｏｎｉｔｏｒ）、哈里伯顿公司生产的ＲＭＴ（ＲｅｓｅｒｖｏｉｒＭｏｎｉｔｏｒＴｏｏｌ）等仪器阳极脉冲高压均采用该类电路．开关管电路在中子发生器中的运用，使以往变压器电路中出现的低频窄脉冲、高频大占空比带来的电路问题得到有效改善，更重要的是，实现了锐截止功能．１．２．２ 密封加速高压密封加速高压一般采用倍加整流电路，倍加整流电路形式多种多样，如单边高压倍加、双边高压倍加等，也有采用脉冲高压方式为中子管提供加速高压，如Ｈｏｔｗｅｌｌ公司生产的ＰＮＮ，其中子发生器中的中子管与其他厂家所使用的中子管结构及离子源均有较大的区别，该仪器的工作频率很低（≤２０Ｈｚ）且发射时间很短（≤２μｓ）．随着油田开发的不断深入，需要小直径测井仪器以满足过套管测井的要求（直径≤４３ｍｍ）．在井下高温高压工作环境和狭小的仪器空间条件下，１００ｋＶ的直流高压与外钢管及工艺结构间的绝缘，是密封高压稳定工作的技术关键．２ 几种国外测井中子发生器目前国内引进了多种集中子寿命、Ｃ／Ｏ、氧活化测井于一体的脉冲中子伽马能谱测井仪器，如，ＲＰＭ、ＲＭＴ、ＲＳＴ Ａ（ＲｅｓｅｒｖｏｉｒＳａｔｕｒａｔｉｏｎＴｏｏｌ，斯仑贝谢公司生产）以及ＣＯＭＰＵＴＥＬＯＧ公司生产的ＰＮＤ Ｓ等仪器，此类仪器具有以下共同特点：①小直径（４３～５３ｍｍ），可过油管测井；②多探头；③中子发射频带宽（１～２０ｋＨｚ）；④耐高温（１５０℃～１７５℃）．ＲＳＴ Ａ仪器外径为４３ｍｍ，中子发生器采用３０级单边倍压，供电频率高达５０ｋＨｚ，由于中子管结构不同，离子源仅需要几百伏的阳极脉冲高压．ＲＰＭ仪器外径为４３ｍｍ，其中子管机械结构别具匠心，在满足源距的要求下可将阳极脉冲高压电路置于中子管与探测器之间，避免了脉冲高压的传输辐射问题；密封高压短节与探测短节共同装于Φ４３ｍｍ×３０００ｍｍ的承压钢管中，中子发射频率为１～１０ｋＨｚ，倍压电路采用９级单边倍压．ＲＭＴ仪器外径为５０ｍｍ，中子发生器与ＲＰＭ中子发生器非常相似，密封高压短节与探测短节共同装于Φ５０ｍｍ×３０００ｍｍ的承压钢管中，倍压电路采用８～９级单边倍压，中子发射模式为１～１０ｋＨｚ．３ 中国石油集团测井有限公司测井仪器厂研制生产的中子发生器简介中国石油集团测井有限公司测井仪器厂的前身２２５１万方数据 ４期郑世平，等：测井中子发生器为西安石油勘探仪器总厂（以下简称测井仪器厂）．早在５０年代，测井仪器厂就开始研制中子管、中子发生器，几十年来经过几代人辛勤努力，目前已发展成为具有可批量生产中子管及发生器的基地，该基地于１９９６年投资２０００多万元建成，拥有２４１８．８６ｍ２的洁净厂房、包括清洗室、真空工艺室、真空器件焊接室、装架室、排气室、中子实验检测室、元器件筛选室、电路实验室、高压装配室、高压测试标定实验室．拥有１００台专用生产、检测设备．该生产线有年产量２００只中子管的能力，拥有一支具有多年从事研制开发生产中子管经验丰富的技术队伍，每年可向市场批量提供外径Φ３０、耐温１３５℃、寿命超过１００ｈ的测井中子管．多年来，根据市场的发展需求，先后研制推出了一系列密封中子管、中子发生器．３．１ 中子管从上世纪５０年代开始至今成功开发了系列测井密封中子管，主要产品有ＭＺ６０、ＭＺ５０、ＭＺ４０、ＭＺ３０等系列［２～５］，其具体技术参数见表１．产品结构紧凑坚固、小型轻便；离子源均采用冷阴极潘宁离子源，具有效率高、稳定性好、工作频率宽（直流～２０ｋＨＺ）等优点；独特散热结构设计和优良的氚 钛靶制作工艺技术使得中子管具有高产额、长寿命、高稳定性．表１ 系列中子管典型技术参数犜犪犫犾犲１ 犜狔狆犻犮犪犾狋犲犮犺狀犻犮犪犾狆犪狉犪犿犲狋犲狉狅犳狊犲狉犻犲狊狀犲狌狋狉狅狀狋狌犫犲产品系列名称几何尺寸／ｍｍ产额／（ｎ·ｓ－１）工作温度／℃使用寿命／ｈＭＺ６０Φ６０×２３０５．０×１０８１２０８０ＭＺ５０Φ５０×２３０４．５×１０８１２０８０ＭＺ４０Φ４０×２２０４．０×１０８１２０８０ＭＺ３０ＡΦ３０×２１０２．０×１０８１３５１００３．２ 测井中子发生器３．２．１ ＣＺＦ９０ Ｃ／ＯＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ是８０年代末９０年初研制定型的产品，主要配接Ｃ／Ｏ测井仪器．主要技术指标：（１）中子产额：＞１×１０８ｎ／ｓ（２）中子发射持续时间：６～８μｓ（３）中子发射频率：２０ｋＨｚ（４）工作温度：１３５℃（５）中子管寿命：＞１００ｈ（６）仪器尺寸：Φ６８ｍｍ×１３００ｍｍ＋Φ６８ｍｍ×５００ｍｍ高压电路采用三支变压器双边倍压整流电路，高压变压器分成若干独立结构，与单边单支变压器电路相比，内阻低，负载能力强，容易实现匹配．ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ中子发生器可以配接国产的Ｃ／Ｏ测井仪，也可以配接阿特拉斯公司生产的２７２７Ｃ／Ｏ测井仪，其全套的高压绝缘及结构是多年来许多技术人员不断完善、摸索出的经验总结，其后的许多改进型中子发生器在高压绝缘方面均继承、借鉴了ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ高压工艺．３．２．２ ＳＭＪ中子寿命中子发生器用于中子寿命测井的中子发生器与ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ相比尺寸小，发射模式不同，其主要技术指标如下：（１）中子产额：＞１．５×１０８ｎ／ｓ（占空比１０％）（２）中子发射持续时间： １００～８００μｓ（３）中子发射频率：１２５～１０００Ｈｚ（４）工作温度：１３５℃（５）中子管寿命：＞１００ｈ（６）仪器尺寸：Φ４５ｍｍ×１３００ｍｍ＋Φ４５ｍｍ×５００ｍｍ中子寿命发射模式有１２５Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ等四种频率，测井过程中４种频率依据地层情况交替工作．该发生器随着中子寿命测井仪的成功应用，被大量推广使用．３．２．３ ＣＺＦ９０ Ｂ中子发生器该发生器机械结构外形尺寸与ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ完全一样，是原碳氧比仪器的提升产品．其仪器的技术指标如下：（１）中子产额：＞１×１０８ｎ／ｓ（２）中子发射持续时间：６～８μｓ（３）中子发射频率：２０ｋＨｚ（４）工作温度：１５０℃（５）中子管寿命：＞１００ｈ（６）仪器尺寸：Φ６８ｍｍ×１３００ｍｍ＋Φ６８ｍｍ×５００ｍｍＣＺＦ９０ Ｂ中子发生器为满足１５０℃的工作温度要求，高压采用单支变压器单边倍压电路，虽然内阻高，负载能力稍差，但随着中子管的质量稳步提高，通过合理选择设计参数，可以满足仪器工作温度要求．该发生器机械结构外形尺寸与ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ完全一样，可以完全替代ＣＺＦ９０ Ｃ／Ｏ．３．２．４ ＳＭＪ Ｆ中子发生器（１）中子产额：＞１．５×１０８ｎ／ｓ（占空比１０％）（２）中子发射持续时间： １００～８００μｓ３２５１万方数据地 球 物 理 学 进 展２４卷 （３）中子发射频率：１２５～１０００Ｈｚ（４）工作温度：１５０℃（５）中子管寿命：＞１５０ｈ（６）仪器尺寸：Φ４５ｍｍ×８００ｍｍ＋Φ４５ｍｍ×５００ｍｍＳＭＪ Ｆ中子发生器是ＳＭＪ中子寿命中子发生器的升级产品，得益于中子管的性能提高，并采用厚膜电路等工艺，结构简单，器件减少，缩短了发生器长度，仪器的使用寿命及温度性能得到了提高．该中子发生器可以配接中子寿命测井仪，还可以配接目前国内市场上出现的氧活化仪器．３．２．５ 脉冲中子伽玛谱测井中子发生器该中子发生器主要是为了满足中子寿命与碳氧比组合仪器而专门研制的．其主要技术指标如下：（１）中子产额：＞１．５×１０８ｎ／ｓ（２）中子发射持续时间：４０μｓ～６０μｓ（３）中子发射频率：１～１０ｋＨｚ（４）工作温度：１５０℃（５）中子管寿命：＞１５０ｈ（６）仪器尺寸：Φ４５ｍｍ×１６００ｍｍ＋Φ４５ｍｍ×１３００ｍｍ．４ 新技术在测井中子发生器的应用４．１ 中子管在早期产品中，中子管采用玻璃管、商品靶．玻璃的软化温度低，寿命得不到保证，此外，商品靶内的氚会被氘置换，浓度降低，中子产额很快下降．最近几年开发的中子管，以后充氚、自生靶、陶瓷封接为主要技术，提高了整体工艺技术，采用先进的设备为基础开发出了耐高温、长寿命中子管，有望近期内可以供应市场．表２ 新开发的中子管技术参数犜犪犫犾犲２ 犜犲犮犺狀犻犮犪犾狆犪狉犪犿犲狋犲狉狅犳犱犲狏犲犾狅狆犲犱狀犲狌狋狉狅狀狋狌犫犲产品系列名称几何尺寸／ｍｍ产额／（ｎ·ｓ－１）工作温度／℃使用寿命／ｈＭＺ３０ＢΦ３０×２１０１．５×１０８１５０１５０ＭＺ２５Φ２５×２１０１．０×１０８１２５１００ 从表１和表２的技术参数对比可知，新开发的中子管在一定程度上满足了测井工程所需要的小管径、长寿命、耐高温的技术需求．图１ 两种阳极脉冲高压输出波形对比Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｗａｖｅｆｏｒｍｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｎｏｄｅｐｕｌｓｅｄｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅ４．２ 中子发生器４．２．１ 宽频带离子源脉冲高压随着电子技术的飞速发展，大功率集成电路、表面贴片工艺等逐渐被中子发生器的设计者们广泛采用，用开关管电路替代以往变压器升压变换电路即为一例．在２ｋＶ左右直流高压输入后，通过开关管交替导通，产生脉冲方波，满足了有些测井仪器对中子发生器宽频带、锐截止的要求．该电路主要技术指标如下：（１）频率范围：１００～１００００Ｈｚ（频率和占空比可调）；（２）脉冲上升沿＜１μｓ，下降沿＜１．５μｓ（带中子管负载，传输线为１．５ｍ）；图２ 稳定中子产额控制电路Ｆｉｇ．２ Ｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｔｏｓｔａｂｌｅｎｅｕｔｒｏｎｙｉｅｌｄ４２５１万方数据 ４期郑世平，等：测井中子发生器（３）脉冲平顶降＜１％．脉冲中子的形状关乎测井的精度和质量，开关管电路的实现，无疑使中子发生器的整体性能得到提升，我们目前研制的脉冲中子伽马谱中子发生器已设计使用了这一技术成果．图３ 加稳定中子产额电路前后效果比较Ｆｉｇ．３ Ｒｅｓｕｌｔｏｆａｄｄｅｄｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｔｏｓｔａｂｌｅｎｅｕｔｒｏｎｙｉｅｌｄｃｏｍｐａｒｅｗｉｔｈｉｔｗｉｔｈｏｕｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔ图４混合样中子次生γ能谱（ａ）非弹γ能谱，（ｂ）活化γ能谱Ｆｉｇ．４ Ｎｅｕｔｒｏｎｉｎｄｕｃｅｄｇａｍｍａｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｍｉｘｔｕｒｅｓａｍｐｌｅ（ａ）Ｉｎｅｌａｓｔｉｃｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｇａｍｍａｓｐｅｃｔｒｕｍ，（ｂ）Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎｇａｍｍａｓｐｅｃｔｒｕｍ４．２．２ 产额的稳定中子管中子源与同位素中子源相比，产额稳定性较差，这不仅与电路的工作情况有关还与中子管的工艺、核反应的随机性等因素有关，以往生产的中子管产额相对波动为１０％，严重的影响了中子发生器的应用范围．为此尝试通过电路控制进行产额稳５２５１万方数据地 球 物 理 学 进 展２４卷 定，该项工作取得了较满意的结果．影响中子管产额的是加速高压、入射离子流，其中加速高压对产额的影响十分明显．基于这种思想，设计稳产控制电路，基本控制原理框图见图２．该控制回路在中子管正常工作时能有效的稳定中子管的产额，为了真实记录稳产的效果，用了两路探测器，一路是ＢＧＯ慢中子探测器，另一路是ＮａＩ伽马探测器，从这两路探测器中得到了结果一致的产额曲线见图３．两条曲线分别是中子探测计数和伽玛探测计数．每条曲线的前半段为增加稳产控制的中子发射，后半段为不加稳产控制的中子发射．从曲线上可以看出，稳产效果十分明显．产额的稳定，无疑拓宽了中子管的使用领域，例如元素含量分析方法对稳定性有较高的要求，若用普通的中子发生器难以满足．我们对混合样品用该稳产中子发生器照射，通过分时处理，一次采集样品中元素的非弹、俘获、活化伽玛，测量结果见图４，通过解谱后计算峰面积就可推知绝对含量．５ 结束语随着科技的发展，脉冲中子发生器不仅在测井领域得到了很大的发展，近几年越来越多的实验室、院校、研究部门也尝试利用脉冲中子发生器进行分析和方法研究，有的研究成果已经成功地运用于我国的工、农等领域．我们相信，随着技术的不断进步，在一定的时期内，脉冲中子发生器作用会得到很好的发挥．参 考 文 献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］ 肖坤祥，周明贵．小型石油测井中子发生器［Ｊ］．石油仪器，２００４，１８（４）：７～９．ＸｉａｏＫＸ，ＺｈｏｕＭＧ．Ａｔｙｐｅｏｆｃｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｎｅｕｔｒｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＰＩ，２００４，１８（４）：７～９．［２］ 梁峰．测井用系列密封中子管［Ｊ］．测井技术，１９９４，１８（６）：４４６～４４９．ＬｉａｎｇＦ．ＳｅａｌｅｄＮｅｕｔｒｏｎＴｕｂｅｓｆｏｒＷｅｌｌＬｏｇｇｉｎｇ［Ｊ］．ＷＬＴ，１９９４，１８（６）：４４６～４４９．［３］ 肖坤祥，周明贵，谈效华等．小型石油测井中子管的参数测试［Ｊ］．中国测试技术，２００４，３０（４）：６６～６８，８０．ＸｉａｏＫＸ，ＺｈｏｕＭＧ，ＴａｎＸＨ，犲狋犪犾．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｔｅｓｔｏｆｓｍａｌｌｗｅｌｌｌｏｇｇｉｎｇｎｅｕｔｒｏｎｔｕｂｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｔｅｓｔ［Ｊ］，２００４，３０（４）：６６～６８，８０．［４］ 梁峰，吴军随，麻惠生．耐高温长寿命测井中子管［Ｊ］．测井技术，１９９９，２３（１）：６２～６４．ＬｉａｎｇＦ，ＷｕＪＳ，ＭａＨＳ．Ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｌｏｎｇ ｌｉｆｅｎｅｕｔｒｏｎｔｕｂｅｆｏｒｌｏｇｇｉｎｇ．ＷＬＴ，１９９９，２３（１）：６２～６４．［５］ 梁峰，麻惠生，等．微型测井中子管［Ｐ］．中国专利大全．ＣＮ２４１６５０４Ｙ．ＬｉａｎｇＦ，ＭａＨＳ，ｅｔａｌ．Ｍｉｎｉｔｙｐｅｎｅｕｔｒｏｎｔｕｂｅｆｏｒｌｏｇｇｉｎｇ［Ｐ］．ＣＮ２４１６５０４Ｙ．６２５１万方数据测井中子发生器作者：郑世平， 秦爱玲， 赵舒平， ZHENG Shi-ping， QIN Ai-ling， ZHAO Shu-ping 作者单位：中国石油集团测井有限公司,西安,710061刊名：地球物理学进展英文刊名：PROGRESS IN GEOPHYSICS年，卷(期)：2009,24(4)参考文献(5条)1.梁峰;麻惠生微型测井中子管 中国专利大全2.梁峰;吴军随;麻惠生耐高温长寿命测井中子管[期刊论文]-测井技术 1999(01)3.肖坤祥;周明贵;谈效华小型石油测井中子管的参数测试[期刊论文]-中国测试技术 2004(04)4.梁峰测井用系列密封中子管 1994(06)5.肖坤祥;周明贵小型石油测井中子发生器[期刊论文]-石油仪器 2004(04)本文链接：/Periodical_dqwlxjz200904047.aspx。
