Оснащение: детекторы радиоактивных излучений, прибор РК-5

25. Изучить назначение прибора

26. Составить блок схемы

27. Изучить методику проведения работ

28. Определение метрологических параметров аппаратуры

 

План оформления отчета

 

По результатам выполненной работы составить отчет, в котором приводятся:

41. тема работы;

42. цель работы;

43. план выполнения работы;

44.краткий конспект теоретических основ лабораторной работы;

45.ответы на контрольные работы

 

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

 

1.1 Прибор СРК-2М предназначен для исследования скважин на месторождениях нефти и газа методами гамма- каротажа (ГК) и двухзондовой модификации нейтрон-нейтронного каротажа по тепловым нейтронам (2ННК-Т) с одновременным контролем температуры внутри прибора и контролем значения электрического напряжения питания прибора в процессе каротажа.

1.2 Прибор эксплуатируется со следующими изделиями:

─ программно-управляемой каротажной станцией МЕГА;

─ источником быстрых нейтронов полоний-бериллиевым типа ВНИ-2 или плутоний-бериллиевым типа ИБН8-5 с потоком нейтронов от 5·10⁶ до 1·10⁷;

─ кабелем грузонесущим геофизическим марки КГ3 – 60 – 180 – I длиной до 7000 м.

В комплексе с указанными изделиями прибор СРК-М обеспечивает измерение мощности экспозиционной дозы (МЭД) естественного гамма-излучения, водонасыщенной пористости (объемного влагосодержания) пластов, вскрытых скважиной, контроль температуры внутри прибора, контроль значения питающего напряжения.

1.3 Прибор СРК-М обеспечивает проведение измерений в скважинах, заполненных водной промывочной жидкостью с содержанием NaCl от десятых долей процента до минерализации, соответствующей насыщению, NaOH до 20%, нефти – до 10% и водородным показателем (рН) от 7 до 10, при верхних значениях температуры окружающей среды 120 °С и гидростатического давления 80 МПа.

1. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ПРИБОРА СРК – 2М

 

1.1 Принцип работы.

1.1.1 Структура прибора СРК–2М, реализованные в нем схемотехнические и конструкторские решения, его метрологические и технико-эксплуатационные характеристики определяются назначением прибора, необходимостью обеспечения требуемой точности и заданными условиями эксплуатации.

Прибор СРК – 2М предназначен для непосредственного проведения исследований в скважинах и представляет собой прибор радиоактивного каротажа интегрального типа, дополненный термопреобразователем (датчиком температуры), обеспечивающим контроль температуры внутри прибора.

1.1.2 Принцип измерения МЭД, реализованный в приборе, основан на преобразовании регистрируемых блоком детектирования ГК гамма – квантов, обусловленных естественной радиоактивностью горных пород, в электрические сигналы, средняя частота следования которых в интервале измерения связана с МЭД гамма-излучения в этом интервале функциональной зависимостью (2):

 

N = B · S, (2)

 

где N – средняя частота следования импульсов, с ^-1

В – МЭД гамма-излучения, А/кг

S – чувствительность канала ГК прибора, кг/ (А· с)

1.1 Схема электрическая принципиальная прибора СРК –2М

1.1.1 Принципиальная электрическая схема прибора скважинного СРК–2М (Приложение А). Ниже приведены описания принципиальных электрических схем функциональных блоков и устройств прибора.

1.1.2 Блок детектирования 2ННК обеспечивает регистрацию замедлившихся в среде нейтронов и их преобразование в электрические импульсы. Он содержит два гелиевых счетчика медленных нейтронов типа СНМ – 56, один из которых (BD2) установлен в канале ННК_Б, а второй (BD3) – в канале ННК_М. Питание счетчиков осуществляется постоянным электрическим напряжением положительной полярности, значение которого обеспечивает их работу в режиме коронного разряда в области плато счетной характеристики.

Выходные сигналы счетчиков СНМ – 56 каналов ННК_Б и ННК_М поступают на соответствующие входы двухканального дискриминатора.

1.1.3 Двухканальный дискриминатор (приложение Ж) содержит в каждом канале последовательно соединенные согласующий каскад и пороговое устройство, а также установленный в общей цепи питания счетчиков СНМ – 56 RC – фильтр R3, R4, C1…C4, обеспечивающий снижение уровня электрических помех.

Выходные сигналы счетчиков, имеющие форму коротких импульсов отрицательной полярности, выделяются на нагрузочных резисторах (R1 для BD2 и R2 для BD3) и через разделительные конденсаторы С5 и С6 поступают на входы согласующих каскадов соответствующих дискриминаторов каналов ННК_Б и ННК_М.

1.3.1 Блок детектирования ГК осуществляет регистрацию гамма-квантов и их преобразование в электрические импульсы. Он содержит сцинтилляционный детектор, который включает в себя кристалл NaJ(Тl) размерами (24 ×40) мм (BD1) и фотоэлектронный умножитель ФЭУ – 74А (VL1) c делителем напряжения и усилителем – дискриминатором А1, А2, А4 (Приложение Б). Суммарное электрическое сопротивление делителя составляет (24 ± 3) МОм. Питание ФЭУ осуществляется стабилизированным напряжением положительной полярности, вырабатываемым высоковольтным преобразователем. В цепи питания ФЭУ установлен RC - фильтр (R14, R15 ^*, C4) (приложение Б). Подбором резистора R15 устанавливаются требуемое значение питающего напряжения ФЭУ, обеспечивающее положение рабочей точки в области плато счетной характеристики сцинтилляционного детектора. Выходной сигнал сцинтилляционного детектора, выделяющийся на анодной нагрузке ФЭУ (резистор R13 делителя), через разделительный конденсатор С3 поступает на вход дискриминатора канала ГК.

Дискриминатор канала ГК аналогичен по своей принципиальной электрической схеме дискриминаторам каналов ННК. Согласующим каскадом является операционный усилитель ОР162GS (DA1), а пороговым устройством – компаратор TLC372QD (DA2.1). Требуемый порог дискриминации устанавливается резистором R22^*. Выходной импульс дискриминатора канала ГК поступает на соответствующий вход блока управления.

1.3.2 Блок управления, принципиальная электрическая схема которого приведена в приложении В, предназначен для приема командных слов (запросов) от станции МЕГА, формирования и передачи на поверхность, последовательно во времени, ответных информационных слов в формате МАНЧЕСТЕР – II. В блоке управления осуществляется также формирование управляющих сигналов, обеспечивающих преобразование информации, поступающей от датчиков в двенадцатиразрядный двоичный код.

Блок управления состоит из:

─ приемного устройства;

─ выходного усилителя;

─ тактового генератора;

─ программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) с соответствующим загрузочным ПЗУ.

o Конструкция прибора СРК – 2М.

§ Прибор СРК–2М (Приложение Л) состоит из блока комбинированного (1) с блоком детектирования 2ННК (5), кожуха (4), зондовых вставок –корпусов (8, 9) и камеры источника – корпуса (11).

§ Блок комбинированный СРК 5.068.000 (Приложение М) состоит из головки (9), соединенной с шасси ( 4 ), в котором установлены блок сцинтилляционный ( 2 ) – фотоумножитель и кристалл NaJ(Tl) и функциональные устройства электронного блока.

Указанные устройства размещены на шасси в следующей последовательности (со стороны сцитилляционного блока):

- усилитель-дискриминатор РКЛ 5.180.000

- блок питания РКЛ 5.087.002

- блок питания БПР1 5.087.000

- блок преобразователей РКЛ 5.103.001

- блок управления РКЛ 5.139.001

- плата реле РКЛ 5.668.000

- дискриминатор РКЛ 5.180.001

§ Блок детектирования 2ННК СРКМ 5.186.000. В нижней части шасси (1) закреплен блок детектирования тепловых нейтронов, в шасси которого установлены счетчики нейтронов СНМ-56 каналов ННКб (BD2) и ННКм (BD3) и водородосодержащие экраны (2, 3, 4).

§ Нижнее окончание кожуха загерметизировано корпусом – пробкой (7). Требуемые длины зондовых расстояний (310, 410 или 510 мм – для канала ННКм) обеспечиваются исключением или установкой одной или двух зондовых вставок-корпусов (8, 9).

§ Камера источника рассчитана на применение нейтронных источников размерами (20×40) мм или (18×20) мм.

─ ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

 

o Ознакомьтесь с эксплуатационной документацией прибора СРК-2М.

o В целях поддержания прибора в рабочем состоянии и предотвращения его выхода из строя необходимо выполнять следующие указания.

При подготовке прибора к проведению исследований в скважине следует тщательно проверить состояние всех резиновых уплотнительных колец (в т.ч. и в камере источника 2ННК ) и заменить, при необходимости, некачественные.

Запасные резиновые кольца следует хранить в сухом, темном, прохладном месте. Срок хранения – не более двух лет.

После завершения работ на скважине прибор должен быть обмыт и очищен от остатков грязи и промывочной жидкости. Резьбы и посадочные места следует тщательно протереть чистой ветошью и нанести них смазку УНИОЛ – 1 или ЦИАТИМ – 221. Особое внимание должно быть обращено на чистоту камеры источника и узлов стыковки прибора.

§ Детектор NaJ(Tl) следует предохранять от механических воздействий и резкого изменения температуры окружающей среды. Допустимая скорость изменения температуры - не более двух градусов в минуту. После нахождения детектора на свету его необходимо выдерживать в темном, сухом месте 12 – 15 ч.

§ Через каждые 100 ч. работы счетчиков СНМ – 56 при температуре окружающей среды свыше 100 ° С рекомендуется выдержать их в течение двух суток без источников излучения при температуре 120 ° С, подавая на их анод относительно корпуса постоянное электрическое напряжение (1800 ± 50) В ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ полярности через резистор типа МЛТ – 1 (МТ – 1) сопротивлением 9 – 10 МОм.

Перед установкой в блок детектирования 2ННК прибора счетчиков СНМ – 56, хранящихся более шести месяцев, рекомендуется провести их «тренировку» (без источников излучения) в течение 24 ч., подавая на анод через аналогичный вышеуказанному резистор, постоянное электрическое напряжение (1800 ± 50) В ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ полярности.

§ При транспортировании прибора его головка должна быть защищена колпаком.

 

 

─ УКАЗАНИЯ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ

 

o Обслуживающий персонал должен быть ознакомлен с настоящими указаниями по технике безопасности при работе с прибором и строго их выполнять.

Ответственность за выполнение и соблюдение указаний по технике безопасности возлагается на руководителей подразделений, проводящих работы с прибором при его эксплуатации.

o Конструкция прибора обеспечивает безопасность обслуживающего персонала при условии строгого соблюдения и выполнения требований, рекомендаций, правил и норм, регламентируемых действующими НТД по технике безопасности, в т. ч. и радиационной.

o Транспортирование прибора с установленным в нем источником нейтронов (либо отдельно такого источника) должно производиться в соответствии с «Правилами безопасности при транспортировании радиоактивных веществ» (ПБТРВ – 73, М., Атомиздат, 1974) и «Инструкцией по безопасному транспортированию контейнеров с закрытыми радиоизотопными источниками для полевых геофизических работ автомобилями без специального оборудования» (М., ВНИИЯГГ, 1982).

o При всех работах с прибором, связанных с применением источников ионизирующих излучений (ИИИ), необходимо пользоваться соответствующими средствами радиационной защиты, уменьшающими дозы облучения обслуживающего персонала (манипуляторы, захваты 2РЗС, защитные устройства, контейнеры и др.). Указанные работы, к выполнению которых недопустимо привлечение лиц не из числа персонала, должны быть организованы таким образом, чтобы время, затрачиваемое на их проведение, было минимально возможным.

Все работы, связанные с использованием ИИИ, должны сопровождаться радиационным контролем. Обслуживающий персонал должен быть обеспечен соответствующими средствами индивидуального дозиметрического контроля.

o В процессе технического обслуживания прибора СРК–2М для проверки, градуировки и наладки блока детектирования ГК используются источники гамма – излучения радий-226 и К3А с радионуклидом кобальт – 60, создающие на расстоянии 1м МЭД не более 6 · 10 ^–11 А/кг и 10,6 · 10 ^–14 А/кг, соответственно.

Дозы облучения, получаемые обслуживающим персоналом при применении источника К3А, существенно ниже допустимых и в расчет не принимаются. Расчет эквивалентных доз облучения (Д, Зв), получаемых персоналом при использовании источника радий-226 при проверке прибора СРК–2М на поверочной установке типа УПГД, осуществляется по формуле (4):

 

Д = (1,09 · А · Г · Т · К_К) / (К· R²), (4)

 

где А – активность источника, Бк;

Г – гамма – постоянная нуклида, Гр · м² · с^-1 · Бк^-1

(для радий –226 - Г = 55,3 · 10^-18 Гр · м ² · с^-1 · Бк^-1);

Т – продолжительность работы с источником, с;

К_К – коэффициент качества (для гамма – излучения К_К = 1);

R – расстояние от источника до рабочего места, м;

К – кратность ослабления гамма – источника средствами защиты.

Расчетное значение эквивалентной дозы облучения, получаемой оператором при проведении разовой проверки блока детектирования ГК прибора СРК–2М, составляет около 4,0 · 10^-6 Зв.

o Прибор СРК–2М рассчитан на использование источника быстрых нейтронов (плутоний – бериллиевого или полоний – бериллиевого) с потоком нейтронов не более

1 · 10 ⁷ с^-1. Применение нейтронных источников, активность которых превышает указанное значение, не допускается.

o Не реже одного раза в квартал необходимо производить проверку герметичности используемых ИИИ. Проверка должна осуществляться в соответствии с ГОСТ 12.2.034 – 78.

o Организация (предприятие), эксплуатирующая прибор, должна составить инструкцию по радиационной безопасности и инструкцию по ликвидации возможных радиационных аварий при работах с прибором.

Инструкции должны быть составлены в соответствии с действующими НТД и с учетом специфики местных условий.

o Ниже приводятся обоснования, исходные данные и расчет значений доз облучения, получаемых обслуживающим персоналом в процессе эксплуатации прибора при проведении каротажа с применением источника нейтронов.

§ При проведении работ с прибором, связанных с использованием ИИИ, необходимо участие двух лиц (в дальнейшем – операторы А и Б) из числа персонала категории А.

§ Расчеты проводятся для источника быстрых нейтронов с потоком

1 · 10 ⁷ с^-1. Средняя энергия испускаемых источником нейтронов принята равной

800 фДж (5 МэВ).

При расчете доз облучения не учитываются операции по установке нейтронного источника в источникодержатель прибора, т. к. они проводятся без участия обслуживающего прибор персонала в специальном помещении с применением соответствующих инструментов и приспособлений.

Источникодержатель с установленным в нем источником помещается в переносное защитное устройство (контейнер) с толщиной парафиновой защиты не менее 150 мм, которое находится в хранилище изотопов и выдается персоналу каротажной партии для проведения работ (каротаж, техобслуживание прибора, его настройка, поверка и т. п.)

Перед выездом на каротаж, как правило, на базе проводится калибровка (градуировка) прибора СРК–2М в специальном поверочном устройстве или в емкости с водой. При измерениях обслуживающий персонал находится на расстоянии не менее (15 – 20) м от поверочной установки.

Среднее расстояние от базы к скважине принято равным 75 км. При транспортировании используется транспортировочное защитное устройство (контейнер) с толщиной парафиновой защиты не менее 400 мм.

§ Расчет плотности потока нейтронов (Y, с ^–1 · см ^{– 2}) на рабочем месте при отсутствии и наличии защиты проводится по формулам (5) и (6), соответственно.

 

Y = N/4πR ², (5)

 

Y = N/4πR ² · B · e ^{– W · X}, (6)

 

где N – поток нейтронов, создаваемых источником, с ^{– 1};

R – расстояние от источника нейтронов до рабочего места, см;

В – коэффициент накопления (для парафина В = 5);

е – основание натурального логарифма (е = 2,7);

W – макроскопическое сечение выведения (для парафина W = 0,161 см ^–1);

X – толщина защиты, см.

 

Вопросы для самоконтроля:

29. Изложите устройство аппаратура СРК

30. Изложите структурную схему прибора