專利名稱：伽馬吸收法測量巖樣光電吸收截面指數的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種測量巖樣光電吸收截面指數(Pe值)的測量裝置及方法。
光電吸收截面指數(Pe值)是石油測井行業中用確定地層巖性的有效參數之一。迄今為止，只見到散射伽馬法測量全直徑(直徑大于6CM)巖心Pe值的專利報到，而對于非全直徑的小巖樣(包括不成形的松散巖樣)其Pe值的測量方法還未見報到。本發明的目的在于解決小巖樣Pe值的測量方法。本發明采用與測量全直徑巖心不同的伽馬吸收法來測量小巖樣的(Pe值)。本發明不僅適合用于石油地質行業的巖石樣品測量，對于其它樣品如金屬樣品也同樣適用。
經國際聯機檢索和湖北省專利局、湖北省科學技術情報所查新的報告證明查到有關文獻十八篇。其中文獻[1]用伽馬-伽馬測井技術確定巖心參數(英國專利、專利號GB2236177A發布日期為1991年3月27日)，描述了用散射伽馬測量全直徑巖心Pe的方法，未見關于用透射伽馬或伽馬吸收法測量巖樣的光電吸收截面指數Pe的文獻報道。
由此可見，目前在國外，只有英國研制出一種測量全直徑巖心Pe值的方法，還未發現用透射伽馬或伽馬吸收法測量巖樣的光電吸收截面指數Pe的方法報道。
本項發明的目的是要提供一種可精確測量巖樣光電吸收截面指數Pe值的裝置及方法，用于巖樣的巖性確定及與其它巖樣物性參數綜合確定巖樣的礦物成份、孔隙度等參數的研究；還用于檢驗測井曲線質量及巖樣的綜合測量分析。
本發明是以如下方式完成的首先將源灌、巖樣支架、準直器、NaI(Tl)組合探測器、其各部位安裝在可自由調節的導軌上。然后依次連接線性放大器、微機多道譜儀和電源開關。在測量巖樣時，要調整機械導軌上的準直器，使準直器孔道與源罐的射線出射孔成一直線，且與導軌平行，調整樣品架及NaI(Tl)探測器以使經準直的伽馬射線垂直照射在樣品及探測器的中心部位，然后放置241Am同位素源，通過由高壓供電、NaI(Tl)探測器、線性放大器、微機多道譜儀等組成測量系統，測量241Am同位素源對應59.5Kev能量伽馬射線照射巖樣前后通量，由通量及巖樣厚度計算出巖樣的線性吸收系數μ，再除以巖樣的體積密度得出巖樣的質量吸收系數μm，將μm代入由理論推導及標樣刻度測量定出系數的計算公式，計算求出巖樣的光電吸收截面指數Pe值。
1.伽馬吸收法巖樣光電吸收截面指數測量方法當窄束伽馬射線穿過物質時，由于伽馬射線與物質相互作用，產生電子對效應，康普頓效應以及光電效應，它的強度將隨著通過物質的厚度增加而減弱。
對于均勻介質 Nx＝Noe-μx(1)式中Nx為伽馬射線穿過厚度為X的物質后的剩余通量，No為伽馬射線初始通量，μ為線性吸收系數，它包括光電吸收系數τ，康普頓減弱系數δ和電子對效應吸收系數X。即μ＝τ+δ+X(2)在光電吸收截面指數Pe測量時，一般采用低能伽馬射線源，如241AM光子源，主要伽馬射線的能量為59.5Kev。，代入(1)后，兩邊取對數整理而得μ=1X·1nNONx---(3)]]>若只考慮到光電效應，則μ＝ττ是伽馬射線穿過厚度1厘米的吸收物質時產生光電效應的幾率，也是一個伽馬光電子與1立方厘米物質產生光電效應的幾率，即光電吸收宏觀截面。
通過測定巖樣吸收厚度X，及其透射巖樣前后的伽馬射線通量(強度)，根據(3)式就可求得光電吸收宏觀截面τ。
由Pe與線性光申吸收系數τ的關系Pe＝τ/Ne...(4)式中Ne表示電子密度巖樣的電子密度定義為每立方厘米巖樣內的電子數，即Ne=NA·ρbM(Σni·Zi)---(5)]]>由巖樣的電子密度指數定義為ρe=2·neNA=2Σni·ZiM·ρb---(6)]]>巖樣的光電吸收截面指數定義為一個電子的平均光電吸收截面，即Pe=τne=2NA·τρe---(7)]]>由于ρb≈ρe，故Pe=2NA·τρe=A·τρb---(8)]]>式中NA為阿佛加德羅常數，由此可知，Pe與τ/ρe或τ/ρb成線性關系。在實際測量巖樣時，對于59.5Kev能量的伽馬射線，所測量到的吸收截面是總吸收截面μ，它是光電吸收截面與康普頓吸收截面之和μ＝τ+μP(9)所以τ＝μ-μP(10)(10)式代入(8)式Pe=A·μ-μPρb]]>＝A·μ/ρ b-A·μP/ρb(11)從理論分析A·μP/ρb一項近似為常數，設以B表示，因此Pe＝A·μ/ρb-B(12)式中μ/ρb以μm代，μm為質量吸收指數值，則Pe＝A·μm-B (13)式中A、B常數用標樣刻度得出，在實驗室用伽馬射線透射法測定出μ，將μ、ρb代入(12)式，即可求得巖樣的Pe值。
2.測量裝置測量方法2.1測量裝置測量裝置主要包括下列幾部分1)激發源241Am 30mCi，T1/2＝433Y，Er＝59.5Kev；2)探測器采用帶薄鈹窗的Na(Tl)晶體組合探測器，晶體尺寸為Φ50×3mm；3)機械裝置準直器、滑動導軌、樣品支架、源罐和屏蔽體等；4)數據獲取和處理裝置486微機多道譜儀、打印機；5)電子儀器高壓電源、線性放大器等。
2.2測量方法1)標準巖樣的制備和參數定值為了對測量系統進行刻度和標定，采集了一批純度較高的礦物和金屬樣品，有鎂、鋁、生鐵、砂巖、石灰巖和白云巖六種。加工成不同厚度的長方體。其化學成份和密度經過精確化驗和測量，然后根據礦物百分含量計算Pe值，其理論計算公式如下單一化合物分子組成的礦物Pe=τne=(10-3.6)Σni·Zi4.6Σni·Zi----(14)]]>式中ni為第i種原子序數為Zi的原子數目；
∑NiZi為一個分子的電子數。多種化合物分子組成的礦物先計算出礦物的體積光電吸收截面指數U和電子密度指數ρe。U=ΣimUi·Vi=ΣimPei·ρei·Vi---(15)]]>ρe=Σimρei·Vi---(16)]]>式中Ui為第I種化合物的體積光電吸收截面指數；Pei為第I種化合物的光電吸收截面指數；ρei為第I種化合物的電子密度；Vi為第I種化合物的體積百分比。則礦物的光電吸收截面指數Pe=Uρe---(17)]]>2.2光電吸收截面指數測量1)標樣刻度將標樣分別放置在樣品加架上，選舉定測量時間，用微機多道譜儀測量無樣及放置樣品時241Am伽馬射線源能量為59.5Kev的能峰的計數，將計數值N0、Nx及樣品厚度代入(3)中求得標樣的μ值，以μ除以ρb得μm，對六個標樣的μm及理論Pe值按(13)式所確定的關系用最小二乘法進行擬合得出關系式中的系數B＝-4.5476 A＝25.4193 r＝0.9999Pe＝-4.5476+25.4193μm(18)2)巖樣測量按1)中所述方法測量得出巖樣的μm，代入(18)中即得出巖樣的Pe值。以下將結合附圖對發明作進一步的詳細描述。
圖1為測量裝置的機械構造圖。
圖2為確定理論公式系數的標樣刻度測量的擬合關系圖。
參照圖1，在一個平直的機械導軌上，其自左到右，順序連接安裝有源灌，巖樣支架、準直器、NaI(Tl)組合探測器、其各部位可在導軌上自由調節。然后通過線性放大器、微機多道譜儀而組成。[1]為30mCi的241Am同位素放射源，[2]為測量巖樣[3]準直器，用鐵殼中灌鉛制成，準直器準直孔及源罐伽馬射線出射孔的直徑為8cm，[4]為NaI(Tl)組合探測器，[5]為滑動導軌[6]為源罐，制成與[3]同，[7]為支架，可上下左右以螺紋旋進方式調節，[8]為NaI(Tl)探測器高壓供電電路，[9]為對NaI(Tl)探測器信號進行放大的線性放大器部分，[10]為由ADC轉換器其接口板與486微機組成的微機多道譜儀。
參照圖2，圖2是測量標樣得出的μm與其理論Pe值擬合的線性關系圖，圖中縱坐標是標樣的理論Pe值，橫坐標是標樣測量所確定的μm值，巖樣Pe值就是由測量所確定的μm值，代入圖2所表示的關系式(18)計算得出。
巖樣Pe值的測量范圍及精度如下范圍1-10(巴/電子)誤差＜±0.2(巴/電子)厚度0.5--4cm
權利要求
1.一種測量巖樣光電吸收截面指數Pe值的測量裝置，其特征在一個平直的機械導軌上，其自左到右，順序連接安裝有源灌，巖樣支架、準直器、NaI(Tl)組合探測器、其各部位可在導軌上自由調節。然后通過線性放大器、微機多道譜儀而組成。
2.一種測量巖樣光電吸收截面指數Pe值的測量方法，首先調整準直器使準直器孔道與源罐的射線出射孔成一直線，且與導軌平行，調整樣品架及NaI(Tl)探測器以使經準直的伽馬射線垂直照射在樣品及探測器的中心部位，將巖樣放在裝置的巖樣架上，然后放置241Am同位素源，通過由高壓供電、帶薄鈹窗的NaI(Tl)探測器、線性放大器、微機多道譜儀等組成測量系統，測量241Am同位素源對應59.5Kev能量伽馬射線照射巖樣前后通量，通過理論及標樣刻度測量所確定的計算公式，計算求出巖樣的光電吸收截面指數Pe值。
3.根據權利要求1或2所述的裝置其特征是巖樣支架、準直器、NaI(Tl)組合探測器設計安裝有上下調節螺桿。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于源灌和準直器的材料為鉛，其外包裝有鐵殼。
5.根據權利要求2所述的測量方法，其特征是Pe值由測量的μm值應用擬合線性關系圖版而計算得出。
全文摘要
一種測量巖樣光電吸收截面指數(Pe值)的測量裝置及方法,用于測量小巖樣Pe值。其特征在一個平直的機械導軌上,順序安裝有源灌、巖樣支架、準直器、帶薄鈹窗的NaI(T1)組合探測器、各組件可自由調節。然后連接對探測器信號進行接受處理的線性放大器、微機多道譜儀而組成。測量
文檔編號G01N23/02GK1175689SQ9611960
公開日1998年3月11日 申請日期1996年9月1日 優先權日1996年9月1日
發明者何彪, 包海秋, 郭斌 申請人:江漢石油管理局測井研究所