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专利号: 2013104403581
申请人: 东华理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-30
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于超热中子时间谱的瞬发中子测井及铀矿定量方法,该方法由小型可控中子发生器向钻孔周围的地层岩石发射快中子,快中子被地层岩石与钻孔介质相继慢化为超热中子与热中子,热中子诱发235U裂变并放射出铀裂变瞬发中子,瞬发中子又相继慢化成为超热中子与热中子,并可再次诱发235U裂变,如此反复,将形成与铀裂变密切相关的超热中子随时间的特有变化规律;其特征在于:利用超热中子探测器沿井轴测量由快中子与瞬发中子慢化而来的超热中子,由超热中子时间谱仪将其形成为超热中子时间谱,从该超热中子时间谱中提取表示快中子慢化能力和铀裂变持续能力的两个系数1/τ2和1/τ1,定义nE(t1)/nE(t2)为“裂变/慢化”比,最后以“裂变/慢化”比构建基于饱和矿层的铀定量实时算法;

其中,

式中,

t≤40、t≤200分别表示原生中子被地层岩石慢化为超热中子、热中子的时长;通常,慢化为超热中子的时长不超过40μs,故将其记为t≤40;慢化为热中子的时长不超过200μs,故将其记为t≤200,具体取值与地层岩石密切相关;

t1、t2分别表示原生中子被地层慢化为热中子之后的任意时刻、慢化为超热中子之前的任意时刻;这里以原生中子的发射时刻为起始时刻,则t1≥t≤200、t2≤t≤40;

nE(t2)、nE(t≤40)、nE(t1)、nE(t≤200)分别表示t2、t≤40、t1、t≤200时刻,地层中现存的超热中子总量;

1/τ1表示自t≤200至t1时刻,地层中现存的超热中子总量将按上式前一公式的负指数规律衰减,其衰减速率采用1/τ1表示;也就是,衰减速率1/τ1反映了地层中的铀裂变由强变弱的变化规律,表征了地层铀裂变的持续能力;

1/τ2表示自t2至t≤40时刻,地层中现存的超热中子总量将按上式后一公式表示的负指数规律增长,其增长速率采用1/τ2表示;也就是,增长速率1/τ2反映了地层中的超热中子由少积多的变化规律,表征了地层将原生中子慢化为超热中子的慢化能力。

2.根据权利要求1所述基于超热中子时间谱的瞬发中子测井及铀矿定量方法,其特征在于:选用3He正比计数管制作超热中子探测器,其内部充气压力为0.6Mpa~1.2Mpa;超热中子探测器的3He正比计数管外围包裹5mm~6mm壁厚的含氢量很高的聚乙烯中子慢化材料,聚乙烯中子慢化材料外围再包裹0.5mm~1.5mm壁厚的金属镉皮,其中聚乙烯中子慢化材料用于将超热中子慢化为热中子,金属镉皮用于阻挡热中子进入超热中子探测器的3He正比计数管;超热中子探测器的3He正比计数管紧靠小型可控中子发生器。

3.根据权利要求1所述基于超热中子时间谱的瞬发中子测井及铀矿定量方法,其特征在于:超热中子时间谱仪内部包含3He正比计数管、包裹3He正比计数管的聚乙烯中子慢化材料、包裹在聚乙烯中子慢化材料外的0.5mm~1.5mm壁厚的金属镉皮、探测器高压电源、前置放大器、成形与甄别电路,以及记录超热中子探测器输出信号的脉冲计数器、时间谱分析与缓存电路;其中,探测器高压电源与3He正比计数管相连,3He正比计数管输出端与前置放大器相连,前置放大器输出端与成形与甄别电路相连;成形与甄别电路输出端与脉冲计数器相连,脉冲计数器输出端与时间谱分析器及数据缓存电路相连;超热中子时间谱仪记录快中子和瞬发中子慢化而来的超热中子时间谱;超热中子时间谱仪采用485总线与地面测井计算机进行数据通信与数据传输。

4.根据权利要求1所述基于超热中子时间谱的瞬发中子测井及铀矿定量方法,其步骤为:利用已经刻度好的测井仪,该测井仪参数事先调整到固定状态,并确定好t≤200、t1、t≤40、t2,以及η、K参数;然后在野外井中沿井轴逐点提升测量或匀速提升测量,由超热中子时间谱仪获得各测点的超热中子时间谱NE(t),并传送到地面测井计算机;然后采用指数函数、负指数函数对超热中子时间谱NE(t)的自t2至t≤40时刻的指数规律增长段、自t≤200至t1时刻的负指数规律衰减段分别进行数值拟合,求得增长速率1/τ1与衰减速率1/τ2的取值,并由该超热中子时间谱NE(t)求得超热中子衰减量NE(t≤200~t1)和超热中子增长量NE(t2~t≤40),由下式计算“裂变/慢化”比Nf/m(t1,t2):最后以井轴为纵坐标,以Nf/m(t1,t2)-η为横坐标,绘制测井曲线,该曲线称为“裂变/慢化”比测井曲线;采用平均含量法求得矿层铀含量的平均效应,即饱和矿层铀含量的计算公式为:其中,本底干扰η、换算系数K,以及超热中子时间谱NE(t)的指数规律增长段的时间点t2和t≤40、负指数规律衰减段的t≤200与t1均在模型井中进行刻度测井来求得;也就是,刻度测井应至少具备两个以上的模型井,这些模型井铀含量qu已知,但取值不同;在模型井的饱和矿层中部进行精细测量,获得“标准”的超热中子时间谱NE(t),通过该“标准”的超热中子时间谱NE(t)中的指数规律增长段、负指数规律衰减段的指数函数、指数函数拟合,选择拟合函数的相关系数尽量高并达到0.95以上的t≤200、t1、t≤40、t2参数,并根据这些拟合函数求得τ1、τ2的取值,然后计算“裂变/慢化”比Nf/m(t1,t2),代入饱和矿层铀含量的计算公式,通过解方程组或线性拟合,求得η与K的取值。