浅析影响自然伽马测井仪器稳定性的因素
2014-03-18刘晶晶
摘要：自然伽马测井仪是放射性注入剖面测井中的核心部分，文章根据自然伽马测井仪的电路设计、光电倍增管及晶体性能，结合对现用九方仪器伽马短接性能测试的资料，对影响其稳定性的诸多因素进行了细致的分析，找出影响仪器稳定性的主要因素，进而提高自然伽马仪的稳定性。
关键词：自然伽马测井；仪器稳定性；电路设计；光电倍增管；晶体性能
中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0091-02
自然伽马测井仪作为放射性注入剖面测井中的核心部分，它的稳定性决定了测井资料的质量。由于电路的设计和传感器的性能对仪器的稳定性均有影响，本文首先从理论分析入手，结合近几年伽马短节的稳定性测试、线性测试和高压坪区测试等资料进行分析。找出了影响伽马短节稳定性的关键因素。确保仪器日常维修和每半年一次的性能测试时仪器的质量。
1 影响仪器线路板稳定性的因素
自然伽玛短节的电路分为电源处理部分、信号录取部分、信号处理部分、信号传输部分。电源处理部分包括低压稳压处理和高压稳压处理两个部分；信号处理部分包括信号去杂、信号放大和信号整形三个部分。经过对电路的分析和日常工作中积累的经验，总结出在仪器线路板中有以下几处环节容易导致伽马短接整体稳定性变差。
1.1 高压电源
1.1.1 高压电源的不稳定性。光电倍增管的倍增原理表明，光电子激发产生后是要经过多个倍增电场加速再次激发。因此最终阳极上收集的光电子总数是经过各个倍增极激发产生后累计下来的。由此我们可以想象，如果倍增电场的不稳定度即使很小，可经过多级相乘后也会变得很不稳定，最终导致光电子不能完全有效地被收集和加速，从而影响光电倍增管总增益的稳定性。因此，光电倍增管对高压供电电源和偏置电压的稳定性要求比较高。
1.1.2 高压电源自激现象。另一方面高压电源变压器一般都具有较高的振荡频率，由于仪器内部电路排版的空间有限，当仪器内部湿度过大时高压线引线与接地端极容易发生自激，导致信号处理电路中产生无用的干扰脉冲，这也是影响伽马短接稳定性的一个原因。
例如在2013年9月维修的JF-DDZ-125/60—0214仪器，该仪器在之前的测井操作中均工作正常，班组送回时反映伽马计数普遍偏高。拆开短接检查电路元件与测量探头，均未发现损坏，接着对其仪器线路板进行线性测试，其测试结果如表1：
表1 0214伽马仪线路板线性测试结果
序号 时间/小时 GRS CPS
1 0：01 100 375
2 0：02 200 468
3 0：03 300 562
4 0：04 400 653
5 0：05 500 749
从测试结果可看出，实测计数明显普遍偏高，这种偏高是不正常的，同时在测试过程中听到类似放电的噼啪声，断定这种不正常的高计数率是由仪器内部湿度过大导致高压线路自激产生的。我们将高压电路处理版用酒精擦拭干净并晾置一段时间后再次对其进行线路板线性测试，实测计数果然回归正常水平，且线性误差也在范围内。
1.2 鉴别电路门槛电压设置
光电子经过光电倍增管处理后转换成电脉冲输出后还要经过比较器处理才能继续向上传送，这里提及的比较器的作用即是给从下面传上来的电脉冲信号设置一个门槛，让其有选择的通过，接收电路有选择地采集录取。为了弄清楚门槛电压高低对信号采集的影响，我们进行了一项测试，将门槛电压先后设置为168mv和300mv，分别记录当时的伽马计数，绘制出下面的对
比图1。
图1 不同门槛电压时伽马计数对比图
如图2所示，门槛电压为300mv时的伽马计数要比门槛电压为168mv时的伽马计数要低，从此可以得出结论，门槛电压越高伽马计数越低，门槛电压越低伽马计数越高。这一点对校验工作具有指导意义，对仪器校准时应根据标准井中围岩层和标准层的放射强度合理的调整设置比较电路的门槛电压，使仪器的稳定性更为可靠，以便在实际测井过程中更准确地记录井下资料。
2 光电倍增管部分存在的稳定性影响因素
光电倍增管简称PMT，是灵敏度极高，响应速度极快的光探测器，他的工作原理是基于光敏材料的光电发射效应。光电倍增管坪区的校验是日常工作中判断其性能的一个主要方法，它可以判定出管子坪特性的好坏及坪区的变化情况，然后根据校验出的结果对伽马短接重新刻度或采取更换光电倍增管等相应的措施。
2.1 光电倍增管坪区变化
仪器长期使用后，光电倍增管由于老化其坪区会发生变化。对16支九方伽玛测井仪短节的坪区测试研究后，发现主要有两种情况，一是高压坪区范围变窄；二是整个坪区向后偏移。通常情况下这两种变化并不是单独产生的，而是同时存在的。以JF-DDZ-125/60—0601为例，对其进行高压坪区的校验。
通过分析研究认为，仪器内光电倍增管的高压坪区不仅存在着明显的变窄趋势，而且还向后发生了偏移。可见当仪器工作一段时间之后，仪器的高压小于坪区高压的最小值，移出高压坪区，使得仪器的稳定性变差。
得出以下结论，每支仪器的光电倍增管每隔半年必须做一次高压坪区测试，确定坪区的范围大于50V，坪斜小于0.025CPS/V，并且将高压工作点调到坪区范围的中部，确保仪器的稳定性。
2.2 光电倍增管热稳定性
光电倍增管的耐热稳定性很差，光电倍增管在高温条件下工作时，光阴极的发射效率大大下降，结果导致脉冲幅度下降。通常，由室温升至100摄氏度是光电倍增管输出的脉冲幅度下降约50%，同时随着温度升高热噪声增加，会产生更多的干扰脉冲。
3 碘化钠晶体性能的影响
碘化钠是一种透明单晶，可以做成体积较大的晶块，其重要特性为发出光脉冲幅度和伽马射线能量成正比。它对光电效应、康普顿效应、电子对效应的吸收系数都较大。它的缺点是易于潮解，久置于空气中晶体会发黄变质，并且易碎。如若发生以上任一种情况，都会使伽马短接的稳定性能变差。
4 结语
影响自然伽马测井仪器稳定性的因素有：电路中高压电源和偏置电压的不稳定会影响光电子的加速和收集；高压电源的自激现象产生的干扰脉冲；信号处理电路中电子元器件的温漂；信号处理电路中门槛电压设置的不合理；不能对光电倍增管的高压坪区变窄并向后偏移做出及时调整；光电倍增管的热稳定性很差；碘化钠晶体易潮解易碎。
参考文献
[1] 任爱阁.自然伽马能谱测井谱解析方法研究[D].
中国石油大学，2007.
[2] 杨全进.随钻自然伽马测量仪及其刻度的研究
[D].中国石油大学，2007.
作者简介：刘晶晶（1986—），女，内蒙古通辽人，供职于大庆油田测试技术服务分公司，研究方向：测井、试井仪器维修维护。endprint
摘要：自然伽马测井仪是放射性注入剖面测井中的核心部分，文章根据自然伽马测井仪的电路设计、光电倍增管及晶体性能，结合对现用九方仪器伽马短接性能测试的资料，对影响其稳定性的诸多因素进行了细致的分析，找出影响仪器稳定性的主要因素，进而提高自然伽马仪的稳定性。
关键词：自然伽马测井；仪器稳定性；电路设计；光电倍增管；晶体性能
中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0091-02
自然伽马测井仪作为放射性注入剖面测井中的核心部分，它的稳定性决定了测井资料的质量。由于电路的设计和传感器的性能对仪器的稳定性均有影响，本文首先从理论分析入手，结合近几年伽马短节的稳定性测试、线性测试和高压坪区测试等资料进行分析。找出了影响伽马短节稳定性的关键因素。确保仪器日常维修和每半年一次的性能测试时仪器的质量。
1 影响仪器线路板稳定性的因素
自然伽玛短节的电路分为电源处理部分、信号录取部分、信号处理部分、信号传输部分。电源处理部分包括低压稳压处理和高压稳压处理两个部分；信号处理部分包括信号去杂、信号放大和信号整形三个部分。经过对电路的分析和日常工作中积累的经验，总结出在仪器线路板中有以下几处环节容易导致伽马短接整体稳定性变差。
1.1 高压电源
1.1.1 高压电源的不稳定性。光电倍增管的倍增原理表明，光电子激发产生后是要经过多个倍增电场加速再次激发。因此最终阳极上收集的光电子总数是经过各个倍增极激发产生后累计下来的。由此我们可以想象，如果倍增电场的不稳定度即使很小，可经过多级相乘后也会变得很不稳定，最终导致光电子不能完全有效地被收集和加速，从而影响光电倍增管总增益的稳定性。因此，光电倍增管对高压供电电源和偏置电压的稳定性要求比较高。
1.1.2 高压电源自激现象。另一方面高压电源变压器一般都具有较高的振荡频率，由于仪器内部电路排版的空间有限，当仪器内部湿度过大时高压线引线与接地端极容易发生自激，导致信号处理电路中产生无用的干扰脉冲，这也是影响伽马短接稳定性的一个原因。
例如在2013年9月维修的JF-DDZ-125/60—0214仪器，该仪器在之前的测井操作中均工作正常，班组送回时反映伽马计数普遍偏高。拆开短接检查电路元件与测量探头，均未发现损坏，接着对其仪器线路板进行线性测试，其测试结果如表1：
表1 0214伽马仪线路板线性测试结果
序号 时间/小时 GRS CPS
1 0：01 100 375
2 0：02 200 468
3 0：03 300 562
4 0：04 400 653
5 0：05 500 749
从测试结果可看出，实测计数明显普遍偏高，这种偏高是不正常的，同时在测试过程中听到类似放电的噼啪声，断定这种不正常的高计数率是由仪器内部湿度过大导致高压线路自激产生的。我们将高压电路处理版用酒精擦拭干净并晾置一段时间后再次对其进行线路板线性测试，实测计数果然回归正常水平，且线性误差也在范围内。
1.2 鉴别电路门槛电压设置
光电子经过光电倍增管处理后转换成电脉冲输出后还要经过比较器处理才能继续向上传送，这里提及的比较器的作用即是给从下面传上来的电脉冲信号设置一个门槛，让其有选择的通过，接收电路有选择地采集录取。为了弄清楚门槛电压高低对信号采集的影响，我们进行了一项测试，将门槛电压先后设置为168mv和300mv，分别记录当时的伽马计数，绘制出下面的对
比图1。
图1 不同门槛电压时伽马计数对比图
如图2所示，门槛电压为300mv时的伽马计数要比门槛电压为168mv时的伽马计数要低，从此可以得出结论，门槛电压越高伽马计数越低，门槛电压越低伽马计数越高。这一点对校验工作具有指导意义，对仪器校准时应根据标准井中围岩层和标准层的放射强度合理的调整设置比较电路的门槛电压，使仪器的稳定性更为可靠，以便在实际测井过程中更准确地记录井下资料。
2 光电倍增管部分存在的稳定性影响因素
光电倍增管简称PMT，是灵敏度极高，响应速度极快的光探测器，他的工作原理是基于光敏材料的光电发射效应。光电倍增管坪区的校验是日常工作中判断其性能的一个主要方法，它可以判定出管子坪特性的好坏及坪区的变化情况，然后根据校验出的结果对伽马短接重新刻度或采取更换光电倍增管等相应的措施。
2.1 光电倍增管坪区变化
仪器长期使用后，光电倍增管由于老化其坪区会发生变化。对16支九方伽玛测井仪短节的坪区测试研究后，发现主要有两种情况，一是高压坪区范围变窄；二是整个坪区向后偏移。通常情况下这两种变化并不是单独产生的，而是同时存在的。以JF-DDZ-125/60—0601为例，对其进行高压坪区的校验。
通过分析研究认为，仪器内光电倍增管的高压坪区不仅存在着明显的变窄趋势，而且还向后发生了偏移。可见当仪器工作一段时间之后，仪器的高压小于坪区高压的最小值，移出高压坪区，使得仪器的稳定性变差。
得出以下结论，每支仪器的光电倍增管每隔半年必须做一次高压坪区测试，确定坪区的范围大于50V，坪斜小于0.025CPS/V，并且将高压工作点调到坪区范围的中部，确保仪器的稳定性。
2.2 光电倍增管热稳定性
光电倍增管的耐热稳定性很差，光电倍增管在高温条件下工作时，光阴极的发射效率大大下降，结果导致脉冲幅度下降。通常，由室温升至100摄氏度是光电倍增管输出的脉冲幅度下降约50%，同时随着温度升高热噪声增加，会产生更多的干扰脉冲。
3 碘化钠晶体性能的影响
碘化钠是一种透明单晶，可以做成体积较大的晶块，其重要特性为发出光脉冲幅度和伽马射线能量成正比。它对光电效应、康普顿效应、电子对效应的吸收系数都较大。它的缺点是易于潮解，久置于空气中晶体会发黄变质，并且易碎。如若发生以上任一种情况，都会使伽马短接的稳定性能变差。
4 结语
影响自然伽马测井仪器稳定性的因素有：电路中高压电源和偏置电压的不稳定会影响光电子的加速和收集；高压电源的自激现象产生的干扰脉冲；信号处理电路中电子元器件的温漂；信号处理电路中门槛电压设置的不合理；不能对光电倍增管的高压坪区变窄并向后偏移做出及时调整；光电倍增管的热稳定性很差；碘化钠晶体易潮解易碎。
参考文献
[1] 任爱阁.自然伽马能谱测井谱解析方法研究[D].
中国石油大学，2007.
[2] 杨全进.随钻自然伽马测量仪及其刻度的研究
[D].中国石油大学，2007.
作者简介：刘晶晶（1986—），女，内蒙古通辽人，供职于大庆油田测试技术服务分公司，研究方向：测井、试井仪器维修维护。endprint
摘要：自然伽马测井仪是放射性注入剖面测井中的核心部分，文章根据自然伽马测井仪的电路设计、光电倍增管及晶体性能，结合对现用九方仪器伽马短接性能测试的资料，对影响其稳定性的诸多因素进行了细致的分析，找出影响仪器稳定性的主要因素，进而提高自然伽马仪的稳定性。
关键词：自然伽马测井；仪器稳定性；电路设计；光电倍增管；晶体性能
中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0091-02
自然伽马测井仪作为放射性注入剖面测井中的核心部分，它的稳定性决定了测井资料的质量。由于电路的设计和传感器的性能对仪器的稳定性均有影响，本文首先从理论分析入手，结合近几年伽马短节的稳定性测试、线性测试和高压坪区测试等资料进行分析。找出了影响伽马短节稳定性的关键因素。确保仪器日常维修和每半年一次的性能测试时仪器的质量。
1 影响仪器线路板稳定性的因素
自然伽玛短节的电路分为电源处理部分、信号录取部分、信号处理部分、信号传输部分。电源处理部分包括低压稳压处理和高压稳压处理两个部分；信号处理部分包括信号去杂、信号放大和信号整形三个部分。经过对电路的分析和日常工作中积累的经验，总结出在仪器线路板中有以下几处环节容易导致伽马短接整体稳定性变差。
1.1 高压电源
1.1.1 高压电源的不稳定性。光电倍增管的倍增原理表明，光电子激发产生后是要经过多个倍增电场加速再次激发。因此最终阳极上收集的光电子总数是经过各个倍增极激发产生后累计下来的。由此我们可以想象，如果倍增电场的不稳定度即使很小，可经过多级相乘后也会变得很不稳定，最终导致光电子不能完全有效地被收集和加速，从而影响光电倍增管总增益的稳定性。因此，光电倍增管对高压供电电源和偏置电压的稳定性要求比较高。
1.1.2 高压电源自激现象。另一方面高压电源变压器一般都具有较高的振荡频率，由于仪器内部电路排版的空间有限，当仪器内部湿度过大时高压线引线与接地端极容易发生自激，导致信号处理电路中产生无用的干扰脉冲，这也是影响伽马短接稳定性的一个原因。
例如在2013年9月维修的JF-DDZ-125/60—0214仪器，该仪器在之前的测井操作中均工作正常，班组送回时反映伽马计数普遍偏高。拆开短接检查电路元件与测量探头，均未发现损坏，接着对其仪器线路板进行线性测试，其测试结果如表1：
表1 0214伽马仪线路板线性测试结果
序号 时间/小时 GRS CPS
1 0：01 100 375
2 0：02 200 468
3 0：03 300 562
4 0：04 400 653
5 0：05 500 749
从测试结果可看出，实测计数明显普遍偏高，这种偏高是不正常的，同时在测试过程中听到类似放电的噼啪声，断定这种不正常的高计数率是由仪器内部湿度过大导致高压线路自激产生的。我们将高压电路处理版用酒精擦拭干净并晾置一段时间后再次对其进行线路板线性测试，实测计数果然回归正常水平，且线性误差也在范围内。
1.2 鉴别电路门槛电压设置
光电子经过光电倍增管处理后转换成电脉冲输出后还要经过比较器处理才能继续向上传送，这里提及的比较器的作用即是给从下面传上来的电脉冲信号设置一个门槛，让其有选择的通过，接收电路有选择地采集录取。为了弄清楚门槛电压高低对信号采集的影响，我们进行了一项测试，将门槛电压先后设置为168mv和300mv，分别记录当时的伽马计数，绘制出下面的对
比图1。
图1 不同门槛电压时伽马计数对比图
如图2所示，门槛电压为300mv时的伽马计数要比门槛电压为168mv时的伽马计数要低，从此可以得出结论，门槛电压越高伽马计数越低，门槛电压越低伽马计数越高。这一点对校验工作具有指导意义，对仪器校准时应根据标准井中围岩层和标准层的放射强度合理的调整设置比较电路的门槛电压，使仪器的稳定性更为可靠，以便在实际测井过程中更准确地记录井下资料。
2 光电倍增管部分存在的稳定性影响因素
光电倍增管简称PMT，是灵敏度极高，响应速度极快的光探测器，他的工作原理是基于光敏材料的光电发射效应。光电倍增管坪区的校验是日常工作中判断其性能的一个主要方法，它可以判定出管子坪特性的好坏及坪区的变化情况，然后根据校验出的结果对伽马短接重新刻度或采取更换光电倍增管等相应的措施。
2.1 光电倍增管坪区变化
仪器长期使用后，光电倍增管由于老化其坪区会发生变化。对16支九方伽玛测井仪短节的坪区测试研究后，发现主要有两种情况，一是高压坪区范围变窄；二是整个坪区向后偏移。通常情况下这两种变化并不是单独产生的，而是同时存在的。以JF-DDZ-125/60—0601为例，对其进行高压坪区的校验。
通过分析研究认为，仪器内光电倍增管的高压坪区不仅存在着明显的变窄趋势，而且还向后发生了偏移。可见当仪器工作一段时间之后，仪器的高压小于坪区高压的最小值，移出高压坪区，使得仪器的稳定性变差。
得出以下结论，每支仪器的光电倍增管每隔半年必须做一次高压坪区测试，确定坪区的范围大于50V，坪斜小于0.025CPS/V，并且将高压工作点调到坪区范围的中部，确保仪器的稳定性。
2.2 光电倍增管热稳定性
光电倍增管的耐热稳定性很差，光电倍增管在高温条件下工作时，光阴极的发射效率大大下降，结果导致脉冲幅度下降。通常，由室温升至100摄氏度是光电倍增管输出的脉冲幅度下降约50%，同时随着温度升高热噪声增加，会产生更多的干扰脉冲。
3 碘化钠晶体性能的影响
碘化钠是一种透明单晶，可以做成体积较大的晶块，其重要特性为发出光脉冲幅度和伽马射线能量成正比。它对光电效应、康普顿效应、电子对效应的吸收系数都较大。它的缺点是易于潮解，久置于空气中晶体会发黄变质，并且易碎。如若发生以上任一种情况，都会使伽马短接的稳定性能变差。
4 结语
影响自然伽马测井仪器稳定性的因素有：电路中高压电源和偏置电压的不稳定会影响光电子的加速和收集；高压电源的自激现象产生的干扰脉冲；信号处理电路中电子元器件的温漂；信号处理电路中门槛电压设置的不合理；不能对光电倍增管的高压坪区变窄并向后偏移做出及时调整；光电倍增管的热稳定性很差；碘化钠晶体易潮解易碎。
参考文献
[1] 任爱阁.自然伽马能谱测井谱解析方法研究[D].
中国石油大学，2007.
[2] 杨全进.随钻自然伽马测量仪及其刻度的研究
[D].中国石油大学，2007.
作者简介：刘晶晶（1986—），女，内蒙古通辽人，供职于大庆油田测试技术服务分公司，研究方向：测井、试井仪器维修维护。endprint
