测井用中子发生器辐射监测研究

作者:刘迁顺 刊名:科技风 上传者:肖凤鸣

【摘要】中子发生器是一种小型加速器中子源,它是脉冲中子测井仪器的一个关键部件。本文结合某公司的具体项目测井用中子发生器应用项目竣工环境保护现场监测,谈谈对中子发生器测井的工作原理、监测方法及对周围环境的辐射影响。

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中子发生器是一种小型加速器中子源,具有便携、体积小、单色性好、超低本底等优点,随着中子发生器技术的快速发展,中子发生器由最初的大直径,逐渐发展成小直径、长寿命、耐高温、高产额且可以批量生产的消耗性产品[1]。某公司主要从事金属表面处理、钻采技术开发服务,油田地质开发技术咨询及评价、油水井测试、老井资料处理等工作,利用中子发生器测井技术寻找地下油气层,预测油气储量。1中子发生器的工作原理与工艺流程中子发生器中子管内包括离子源、加速系统、靶和气压调节元件,全部真空密封在陶瓷管内,构成一支结构紧凑的电真空器件。由中子发生器、电缆和供电系统三部分组成,是利用氘氚反应产生中子的粒子加速器,其原理是在高压下将氘核加速到适当能量,去轰击吸附在锆或钛上的氚靶产生中子,核反应式为:3H+2H(0.15MeV)4He+1n+14MeV中子发生器产生的中子通过井眼射入地层,与地层中的原子核发生一系列核反应,包括弹性散射和非弹性散射,同时伴有射线的释放;由于不同的靶核产生的射线能量不同,测出某种能量的射线,就可以知道该能量对应的元素及其含量。不同能量的射线被探测器接收、成图,根据图像资料划分岩性剖面,寻找油气层,预测油气储量。中子测井是油田测井的成熟技术,其工艺流程:连接电子线路中子发生器下井灯丝加高压放出氘核轰击氚靶生产中子实施测井关靶压关电源冷却30min上提仪器收中子发生器。2放射性污染物及污染途径中子发生器是通过氘氚反应产生中子的粒子加速器,断电不会产生任何外照射;中子发生器正常工况下产生的主要放射性污染物是中子、射线和感生放射性;氚靶经陶瓷密封,外包壳为合金材料,其射线不会对周围环境产生外照射。放射性污染物的污染途径均为外照射污染。正常工况下:1)下井后要求深度超过50米后才允许供电打靶产生中子,正常工况下放射性污染物对地面工作人员不会产生外照射污染。2)中子发生器的结构材料被中子活化,产生感生放射性,关靶30分钟后才允许提升中子发生器,感生放射性对地面工作人员也不会造成辐射影响。事故工况下:中子发生器不给灯丝加高压不会产生中子,但在使用和贮存过程中还是存在辐射事故可能。中子发生器在使用和贮存过程中会出现如下风险:1)中子发生器丢失、坠井等安全事故。2)测井过程中,人员进入控制区,造成安全事故。3)测井完毕,中子发生器未满足冷却时间而升井。4)中子发生器出现如中子发生器丢失、卡井、坠井等安全事故,造成中子发生器剧烈震动,导致中子发生器破损,放射性物质氚泄漏,会对周围环境产生放射性污染。3监测内容及其监测方法对中子发生器库房剂量率进行监测;对测井车剂量率进行监测;对中子发生器现场测井剂量率和中子剂量当量率进行监测;对中子发生器表面剂量率和表面污染进行监测。该公司中子发生器库房内储存1台中子发生器;测井车内运输1台中子发生器。测井现场选在某公司厂区内实验场地的实验井,实验井深100米,井内注水。中子发生器测井时选用1台MZS-2中子发生器进行现场测井,将中子发生器下到距实验井口50米深按照100%工况开始打靶。打靶完成后断电30分钟提升中子发生器至地面,在其表面进行感生放射性监测。表1中子发生器技术参数4监测结果及剂量估算分析4.1监测结果对中子发生器库房剂量率监测结果在(66.1~85.3)nGy/h范围内变化。中子发生器测井车表面及外延2m处剂量率监测结果在(50.8~65.0)nGy/h范围内变化。在距离井口50m处监测中子剂量当量率和剂量率监测,然后逐渐向井口靠近至10米,剂量率监测结果在(59.7~91.5)nGy/h范围内变化,中子剂量当量率未检出。感

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