用于补偿中子测井仪器的前端电路系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油测井仪器中用于采集和处理信号的电子线路段，更具体地涉及用于补偿中子测井仪器的前端电路系统。
【背景技术】
[0002]测井，也叫地球物理测井或石油测井，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法之一。在油田勘探与开发过程中，测井是确定和评价油、气层的重要手段之一，也是解决一系列地质问题的重要手段。石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，又称完井电测，以获得各种石油地质及工程技术资料，即油层深度、厚度等信息，作为完井和开发油田的原始资料。
[0003]测井能直接为石油地质和工程技术人员提供各项资料和数据。根据需要，人们研制了各种测井仪器如声波测井仪、感应测井仪和地层倾角测井仪等等、以及各种辅助测井短节以获取各种地层的岩石物理参数和工程技术参数。这些测井仪器由于工作在高温、高压的恶劣环境下(例如，在井下深度至7000 m时，温度可达175°C，压力达140 MPa)而必须具有耐尚温、耐尚压的性能。
[0004]补偿中子测井仪器是放射性测井仪器的一种。它有两个不同源距的热中子-超热中子的探测器，通过长、短源距探测器的计数率比值来确定地层的孔隙度。
[0005]具体而言，补偿中子探头段装载着16居里的Am-Be中子源，每秒种将产生4X107个快中子，这些快中子射入地层，与地层中的物质碰撞。根据碰撞学说，中子碰撞中的能量损失与被碰撞物体的质量和入射角有关。快中子与质量相当的物质碰撞(弹性碰撞)损失的能量最大。经过几次碰撞后，快中子将被减速，平均能量从5.6MeV衰减到0.25eV，变成热中子。这些热中子有一部分进入探测器，撞击He3核，引起核反应，产生H3(氚)和质子，该质子使其它一部分He3电离，产生带电的离子和电子。此时，在高压电场作用下，电子向阳极运动，产生一负脉冲，该脉冲被电子线路放大并记录下来。因为氢原子的质量与中子相当，所以探测器接受热中子的数量就反映了地层中氢原子的数量。因此，由探测器及其电子线路组成的测井仪可以测量地层中的含氢量。
[0006]然而，目前电子线路段对探测器信号的采集和传输存在诸多问题，例如稳定性差、信噪比低以及耐高温性能弱等等。因此，由于井下的工作环境恶劣，存在对改进补偿中子测井仪器的前端电路系统的需求。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种测量准确、操作方便且便于排除故障的用于补偿中子测井仪器的前端电路系统。该前端电路系统具有耐高温高压、抗振动以及空间结构狭小的优点。
[0008]另一方面，由于本发明的前端电路系统可以将中子探测器的微弱信号放大，经过处理后变成可测量的脉冲信号，同时提供对前端电路系统的监控，从而可以降低补偿中子测井仪器的前端电路系统的调试维护难度，容易定位前端电路系统的问题原因，减少人工成本。
[0009]根据本发明的一方面，提供一种用于补偿中子测井仪器的前端电路系统，其特征在于包括:电荷灵敏放大器，经由第一电容器与所述补偿中子测井仪器中的探测器耦合以将由所述探测器输出的电荷信号变换成电压信号；微分放大器，经由第二电容器与电荷灵敏放大器耦合以微分放大所述电压信号以得到第一中间电压，其中所述第一中间电压与所述电压信号的时间变化率成比例且具有与所述电压信号U相反的符合；比较器，用于比较所述第一中间电压Ul和可调阈值电压以得到脉冲信号，所述脉冲信号具有变化的时间周期；以及脉冲整形电路，用于对所述脉冲信号进行整形以得到宽度相同的脉冲信号，所述宽度相同的脉冲信号被发送到所述补偿中子测井仪器中的控制电路板以用于后续处理。
[0010]根据本发明的一方面，所述前端电路系统还包括:监控电路，布置在所述微分放大器和所述比较器之间以实时监控所述第一中间电压，从而辅助所述前端电路系统中的故障排除。
[0011]根据本发明的另一方面，所述前端电路系统还包括:电源模块，为所述前端电路系统的电荷灵敏放大器、微分放大器、比较器和脉冲整形电路提供5伏或12伏直流电。
[0012]根据本发明的另一方面，所述前端电路系统还包括:高压模块，与所述第一电容器和所述探测器耦合，其中所述第一电容器用于隔离高压。
[0013]根据本发明的另一方面，在所述电荷灵敏放大器的正相和反相输入端之间串联连接第一电阻器和一个二极管以防止高压电弧对所述电荷灵敏放大器的损害，其中所述第一电容器经由所述第一电阻器连接到所述反相输入端并且正相输入端接地。
[0014]根据本发明的另一方面，在所述电荷灵敏放大器的正相和反相输入端之间并联连接第一电阻器和两个二极管以防止高压电弧对所述电荷灵敏放大器的损害，其中所述两个二极管反向并联连接，并且其中所述第一电容器经由所述第一电阻器连接到所述反相输入端，并且正相输入端接地。
[0015]根据本发明的另一方面，所述探测器包括第一探测器和第二探测器。
[0016]根据本发明的另一方面，在所述电荷灵敏放大器的反相输入端与输出端之间并联连接第三电容器和第二电阻器，所述输出端经由所述第二电容器和第三电阻器连接到所述微分放大器的反相输入端，其中所述电压信号与所述第三电容器相关。
[0017]根据本发明的另一方面，在所述微分放大器的反相输入端与输出端之间至少连接第四电阻器，其中所述第一中间电压与所述第二电容器、第三电阻器和第四电阻器相关。
[0018]根据本发明的另一方面，所述可调阈值电压是通过电阻器分压方式从所述电源模块获取的。
[0019]根据本发明的另一方面，所述脉冲整形电路由单稳态触发器构成，其中通过在单稳态触发器的管脚处连接的第五电阻器和第四电容器来调节所述脉冲信号的宽度。
[0020]通过结合附图来阅读后面的【具体实施方式】，可以更好地理解本发明的特征和优点。
【附图说明】
[0021]现在将参照附图来解释本发明的实施例。应当注意，这些实施例用于图示基本原理，使得仅图示为了理解基本原理而必需的那些特征。附图未按比例。另外，相似标号在附图中通篇表示相似特征。
[0022]图1是根据本发明的一个实施例的用于补偿中子测井仪器的前端电路系统的示意图。
[0023]图2a是根据本发明的一个实施例的前端电路系统中包括的电荷灵敏放大器的示意图。
[0024]图2b是根据本发明的另一个实施例的前端电路系统中包括的电荷灵敏放大器的示意图。
[0025]图3a是根据本发明的一个实施例的前端电路系统中包括的微分放大器的示意图。
[0026]图3b是根据本发明的另一个实施例的前端电路系统中包括的微分放大器的示意图。
[0027]图4a是根据本发明的一个实施例的前端电路系统中包括的比较器的示意图。
[0028]图4b是根据本发明的一个实施例的前端电路系统中包括的比较器的测试信号波形的示意图。
[0029]图5是根据本发明的一个实施例的前端电路系统中包括的脉冲整形电路的示意图。
[0030]图6是根据本发明的一个实施例的前端电路系统中包括的监控电路的示意图。
【具体实施方式】
[0031]以下具体描述涉及附图，这些附图通过图示方式示出了可以实施本发明的具体细节和实施例。充分具体描述这些实施例以使本领域的技术人员能够实施本发明。可以利用其它实施例并且可以进行结构、逻辑和电改变而不脱离本发明的范围。各种实施例未必互斥，因为一些实施例可以与一个或者多个其它实施例组合以形成新实施例。
[0032]在下面的详细描述中参照形成本详细描述的一部分的附图，在所述附图中通过说明的方式示出了其中可以实践本发明的具体实施例。在这方面，参照所描述的附图的取向使用了诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等等的方向术语。由于实施例的组件可以被定位在若干种不同的取向中，因此所述方向术语被用于说明的目的而决不是进行限制。要理解的是，在不背离本发明的范围的情况下可以利用其他实施例并且可以做出结构或逻辑的改变。因此，不要将下面的详细描述视为限制性意义，并