淺析影響自然伽馬測井儀器穩定性的因素

摘要：自然伽馬測井儀是放射性注入剖面測井中的核心部分，文章根據自然伽馬測井儀的電路設計、光電倍增管及晶體性能，結合對現用九方儀器伽馬短接性能測試的資料，對影響其穩定性的諸多因素進行了細致的分析，找出影響儀器穩定性的主要因素，進而提高自然伽馬儀的穩定性。

關鍵詞：自然伽馬測井；儀器穩定性；電路設計；光電倍增管；晶體性能

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0091-02

自然伽馬測井儀作為放射性注入剖面測井中的核心部分，它的穩定性決定了測井資料的質量。由于電路的設計和傳感器的性能對儀器的穩定性均有影響，本文首先從理論分析入手，結合近幾年伽馬短節的穩定性測試、線性測試和高壓坪區測試等資料進行分析。找出了影響伽馬短節穩定性的關鍵因素。確保儀器日常維修和每半年一次的性能測試時儀器的質量。

1 影響儀器線路板穩定性的因素

自然伽瑪短節的電路分為電源處理部分、信號錄取部分、信號處理部分、信號傳輸部分。電源處理部分包括低壓穩壓處理和高壓穩壓處理兩個部分；信號處理部分包括信號去雜、信號放大和信號整形三個部分。經過對電路的分析和日常工作中積累的經驗，總結出在儀器線路板中有以下幾處環節容易導致伽馬短接整體穩定性變差。

1.1 高壓電源

1.1.1 高壓電源的不穩定性。光電倍增管的倍增原理表明，光電子激發產生后是要經過多個倍增電場加速再次激發。因此最終陽極上收集的光電子總數是經過各個倍增極激發產生后累計下來的。由此我們可以想象，如果倍增電場的不穩定度即使很小，可經過多級相乘后也會變得很不穩定，最終導致光電子不能完全有效地被收集和加速，從而影響光電倍增管總增益的穩定性。因此，光電倍增管對高壓供電電源和偏置電壓的穩定性要求比較高。

1.1.2 高壓電源自激現象。另一方面高壓電源變壓器一般都具有較高的振蕩頻率，由于儀器內部電路排版的空間有限，當儀器內部濕度過大時高壓線引線與接地端極容易發生自激，導致信號處理電路中產生無用的干擾脈沖，這也是影響伽馬短接穩定性的一個原因。

例如在2013年9月維修的JF-DDZ-125/60—0214儀器，該儀器在之前的測井操作中均工作正常，班組送回時反映伽馬計數普遍偏高。拆開短接檢查電路元件與測量探頭，均未發現損壞，接著對其儀器線路板進行線性測試，其測試結果如表1：

表1 0214伽馬儀線路板線性測試結果

序號 時間/小時 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

從測試結果可看出，實測計數明顯普遍偏高，這種偏高是不正常的，同時在測試過程中聽到類似放電的噼啪聲，斷定這種不正常的高計數率是由儀器內部濕度過大導致高壓線路自激產生的。我們將高壓電路處理版用酒精擦拭干凈并晾置一段時間后再次對其進行線路板線性測試，實測計數果然回歸正常水平，且線性誤差也在范圍內。

1.2 鑒別電路門檻電壓設置

光電子經過光電倍增管處理后轉換成電脈沖輸出后還要經過比較器處理才能繼續向上傳送，這里提及的比較器的作用即是給從下面傳上來的電脈沖信號設置一個門檻，讓其有選擇的通過，接收電路有選擇地采集錄取。為了弄清楚門檻電壓高低對信號采集的影響，我們進行了一項測試，將門檻電壓先后設置為168mv和300mv，分別記錄當時的伽馬計數，繪制出下面的對

比圖1。

圖1 不同門檻電壓時伽馬計數對比圖

如圖2所示，門檻電壓為300mv時的伽馬計數要比門檻電壓為168mv時的伽馬計數要低，從此可以得出結論，門檻電壓越高伽馬計數越低，門檻電壓越低伽馬計數越高。這一點對校驗工作具有指導意義，對儀器校準時應根據標準井中圍巖層和標準層的放射強度合理的調整設置比較電路的門檻電壓，使儀器的穩定性更為可靠，以便在實際測井過程中更準確地記錄井下資料。

2 光電倍增管部分存在的穩定性影響因素

光電倍增管簡稱PMT，是靈敏度極高，響應速度極快的光探測器，他的工作原理是基于光敏材料的光電發射效應。光電倍增管坪區的校驗是日常工作中判斷其性能的一個主要方法，它可以判定出管子坪特性的好壞及坪區的變化情況，然后根據校驗出的結果對伽馬短接重新刻度或采取更換光電倍增管等相應的措施。

2.1 光電倍增管坪區變化

儀器長期使用后，光電倍增管由于老化其坪區會發生變化。對16支九方伽瑪測井儀短節的坪區測試研究后，發現主要有兩種情況，一是高壓坪區范圍變窄；二是整個坪區向后偏移。通常情況下這兩種變化并不是單獨產生的，而是同時存在的。以JF-DDZ-125/60—0601為例，對其進行高壓坪區的校驗。

通過分析研究認為，儀器內光電倍增管的高壓坪區不僅存在著明顯的變窄趨勢，而且還向后發生了偏移?？梢姰攦x器工作一段時間之后，儀器的高壓小于坪區高壓的最小值，移出高壓坪區，使得儀器的穩定性變差。

得出以下結論，每支儀器的光電倍增管每隔半年必須做一次高壓坪區測試，確定坪區的范圍大于50V，坪斜小于0.025CPS/V，并且將高壓工作點調到坪區范圍的中部，確保儀器的穩定性。

2.2 光電倍增管熱穩定性

光電倍增管的耐熱穩定性很差，光電倍增管在高溫條件下工作時，光陰極的發射效率大大下降，結果導致脈沖幅度下降。通常，由室溫升至100攝氏度是光電倍增管輸出的脈沖幅度下降約50%，同時隨著溫度升高熱噪聲增加，會產生更多的干擾脈沖。

3 碘化鈉晶體性能的影響

碘化鈉是一種透明單晶，可以做成體積較大的晶塊，其重要特性為發出光脈沖幅度和伽馬射線能量成正比。它對光電效應、康普頓效應、電子對效應的吸收系數都較大。它的缺點是易于潮解，久置于空氣中晶體會發黃變質，并且易碎。如若發生以上任一種情況，都會使伽馬短接的穩定性能變差。

4 結語

影響自然伽馬測井儀器穩定性的因素有：電路中高壓電源和偏置電壓的不穩定會影響光電子的加速和收集；高壓電源的自激現象產生的干擾脈沖；信號處理電路中電子元器件的溫漂；信號處理電路中門檻電壓設置的不合理；不能對光電倍增管的高壓坪區變窄并向后偏移做出及時調整；光電倍增管的熱穩定性很差；碘化鈉晶體易潮解易碎。

參考文獻

[1] 任愛閣.自然伽馬能譜測井譜解析方法研究[D].

中國石油大學，2007.

[2] 楊全進.隨鉆自然伽馬測量儀及其刻度的研究

[D].中國石油大學，2007.

作者簡介：劉晶晶（1986—），女，內蒙古通遼人，供職于大慶油田測試技術服務分公司，研究方向：測井、試井儀器維修維護。endprint

摘要：自然伽馬測井儀是放射性注入剖面測井中的核心部分，文章根據自然伽馬測井儀的電路設計、光電倍增管及晶體性能，結合對現用九方儀器伽馬短接性能測試的資料，對影響其穩定性的諸多因素進行了細致的分析，找出影響儀器穩定性的主要因素，進而提高自然伽馬儀的穩定性。

關鍵詞：自然伽馬測井；儀器穩定性；電路設計；光電倍增管；晶體性能

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0091-02

自然伽馬測井儀作為放射性注入剖面測井中的核心部分，它的穩定性決定了測井資料的質量。由于電路的設計和傳感器的性能對儀器的穩定性均有影響，本文首先從理論分析入手，結合近幾年伽馬短節的穩定性測試、線性測試和高壓坪區測試等資料進行分析。找出了影響伽馬短節穩定性的關鍵因素。確保儀器日常維修和每半年一次的性能測試時儀器的質量。

1 影響儀器線路板穩定性的因素

自然伽瑪短節的電路分為電源處理部分、信號錄取部分、信號處理部分、信號傳輸部分。電源處理部分包括低壓穩壓處理和高壓穩壓處理兩個部分；信號處理部分包括信號去雜、信號放大和信號整形三個部分。經過對電路的分析和日常工作中積累的經驗，總結出在儀器線路板中有以下幾處環節容易導致伽馬短接整體穩定性變差。

1.1 高壓電源

1.1.1 高壓電源的不穩定性。光電倍增管的倍增原理表明，光電子激發產生后是要經過多個倍增電場加速再次激發。因此最終陽極上收集的光電子總數是經過各個倍增極激發產生后累計下來的。由此我們可以想象，如果倍增電場的不穩定度即使很小，可經過多級相乘后也會變得很不穩定，最終導致光電子不能完全有效地被收集和加速，從而影響光電倍增管總增益的穩定性。因此，光電倍增管對高壓供電電源和偏置電壓的穩定性要求比較高。

1.1.2 高壓電源自激現象。另一方面高壓電源變壓器一般都具有較高的振蕩頻率，由于儀器內部電路排版的空間有限，當儀器內部濕度過大時高壓線引線與接地端極容易發生自激，導致信號處理電路中產生無用的干擾脈沖，這也是影響伽馬短接穩定性的一個原因。

例如在2013年9月維修的JF-DDZ-125/60—0214儀器，該儀器在之前的測井操作中均工作正常，班組送回時反映伽馬計數普遍偏高。拆開短接檢查電路元件與測量探頭，均未發現損壞，接著對其儀器線路板進行線性測試，其測試結果如表1：

表1 0214伽馬儀線路板線性測試結果

序號 時間/小時 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

從測試結果可看出，實測計數明顯普遍偏高，這種偏高是不正常的，同時在測試過程中聽到類似放電的噼啪聲，斷定這種不正常的高計數率是由儀器內部濕度過大導致高壓線路自激產生的。我們將高壓電路處理版用酒精擦拭干凈并晾置一段時間后再次對其進行線路板線性測試，實測計數果然回歸正常水平，且線性誤差也在范圍內。

1.2 鑒別電路門檻電壓設置

光電子經過光電倍增管處理后轉換成電脈沖輸出后還要經過比較器處理才能繼續向上傳送，這里提及的比較器的作用即是給從下面傳上來的電脈沖信號設置一個門檻，讓其有選擇的通過，接收電路有選擇地采集錄取。為了弄清楚門檻電壓高低對信號采集的影響，我們進行了一項測試，將門檻電壓先后設置為168mv和300mv，分別記錄當時的伽馬計數，繪制出下面的對

比圖1。

圖1 不同門檻電壓時伽馬計數對比圖

如圖2所示，門檻電壓為300mv時的伽馬計數要比門檻電壓為168mv時的伽馬計數要低，從此可以得出結論，門檻電壓越高伽馬計數越低，門檻電壓越低伽馬計數越高。這一點對校驗工作具有指導意義，對儀器校準時應根據標準井中圍巖層和標準層的放射強度合理的調整設置比較電路的門檻電壓，使儀器的穩定性更為可靠，以便在實際測井過程中更準確地記錄井下資料。

2 光電倍增管部分存在的穩定性影響因素

光電倍增管簡稱PMT，是靈敏度極高，響應速度極快的光探測器，他的工作原理是基于光敏材料的光電發射效應。光電倍增管坪區的校驗是日常工作中判斷其性能的一個主要方法，它可以判定出管子坪特性的好壞及坪區的變化情況，然后根據校驗出的結果對伽馬短接重新刻度或采取更換光電倍增管等相應的措施。

2.1 光電倍增管坪區變化

儀器長期使用后，光電倍增管由于老化其坪區會發生變化。對16支九方伽瑪測井儀短節的坪區測試研究后，發現主要有兩種情況，一是高壓坪區范圍變窄；二是整個坪區向后偏移。通常情況下這兩種變化并不是單獨產生的，而是同時存在的。以JF-DDZ-125/60—0601為例，對其進行高壓坪區的校驗。

通過分析研究認為，儀器內光電倍增管的高壓坪區不僅存在著明顯的變窄趨勢，而且還向后發生了偏移?？梢姰攦x器工作一段時間之后，儀器的高壓小于坪區高壓的最小值，移出高壓坪區，使得儀器的穩定性變差。

得出以下結論，每支儀器的光電倍增管每隔半年必須做一次高壓坪區測試，確定坪區的范圍大于50V，坪斜小于0.025CPS/V，并且將高壓工作點調到坪區范圍的中部，確保儀器的穩定性。

2.2 光電倍增管熱穩定性

光電倍增管的耐熱穩定性很差，光電倍增管在高溫條件下工作時，光陰極的發射效率大大下降，結果導致脈沖幅度下降。通常，由室溫升至100攝氏度是光電倍增管輸出的脈沖幅度下降約50%，同時隨著溫度升高熱噪聲增加，會產生更多的干擾脈沖。

3 碘化鈉晶體性能的影響

碘化鈉是一種透明單晶，可以做成體積較大的晶塊，其重要特性為發出光脈沖幅度和伽馬射線能量成正比。它對光電效應、康普頓效應、電子對效應的吸收系數都較大。它的缺點是易于潮解，久置于空氣中晶體會發黃變質，并且易碎。如若發生以上任一種情況，都會使伽馬短接的穩定性能變差。

4 結語

影響自然伽馬測井儀器穩定性的因素有：電路中高壓電源和偏置電壓的不穩定會影響光電子的加速和收集；高壓電源的自激現象產生的干擾脈沖；信號處理電路中電子元器件的溫漂；信號處理電路中門檻電壓設置的不合理；不能對光電倍增管的高壓坪區變窄并向后偏移做出及時調整；光電倍增管的熱穩定性很差；碘化鈉晶體易潮解易碎。

參考文獻

[1] 任愛閣.自然伽馬能譜測井譜解析方法研究[D].

中國石油大學，2007.

[2] 楊全進.隨鉆自然伽馬測量儀及其刻度的研究

[D].中國石油大學，2007.

作者簡介：劉晶晶（1986—），女，內蒙古通遼人，供職于大慶油田測試技術服務分公司，研究方向：測井、試井儀器維修維護。endprint

摘要：自然伽馬測井儀是放射性注入剖面測井中的核心部分，文章根據自然伽馬測井儀的電路設計、光電倍增管及晶體性能，結合對現用九方儀器伽馬短接性能測試的資料，對影響其穩定性的諸多因素進行了細致的分析，找出影響儀器穩定性的主要因素，進而提高自然伽馬儀的穩定性。

關鍵詞：自然伽馬測井；儀器穩定性；電路設計；光電倍增管；晶體性能

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0091-02

自然伽馬測井儀作為放射性注入剖面測井中的核心部分，它的穩定性決定了測井資料的質量。由于電路的設計和傳感器的性能對儀器的穩定性均有影響，本文首先從理論分析入手，結合近幾年伽馬短節的穩定性測試、線性測試和高壓坪區測試等資料進行分析。找出了影響伽馬短節穩定性的關鍵因素。確保儀器日常維修和每半年一次的性能測試時儀器的質量。

1 影響儀器線路板穩定性的因素

自然伽瑪短節的電路分為電源處理部分、信號錄取部分、信號處理部分、信號傳輸部分。電源處理部分包括低壓穩壓處理和高壓穩壓處理兩個部分；信號處理部分包括信號去雜、信號放大和信號整形三個部分。經過對電路的分析和日常工作中積累的經驗，總結出在儀器線路板中有以下幾處環節容易導致伽馬短接整體穩定性變差。

1.1 高壓電源

1.1.1 高壓電源的不穩定性。光電倍增管的倍增原理表明，光電子激發產生后是要經過多個倍增電場加速再次激發。因此最終陽極上收集的光電子總數是經過各個倍增極激發產生后累計下來的。由此我們可以想象，如果倍增電場的不穩定度即使很小，可經過多級相乘后也會變得很不穩定，最終導致光電子不能完全有效地被收集和加速，從而影響光電倍增管總增益的穩定性。因此，光電倍增管對高壓供電電源和偏置電壓的穩定性要求比較高。

1.1.2 高壓電源自激現象。另一方面高壓電源變壓器一般都具有較高的振蕩頻率，由于儀器內部電路排版的空間有限，當儀器內部濕度過大時高壓線引線與接地端極容易發生自激，導致信號處理電路中產生無用的干擾脈沖，這也是影響伽馬短接穩定性的一個原因。

例如在2013年9月維修的JF-DDZ-125/60—0214儀器，該儀器在之前的測井操作中均工作正常，班組送回時反映伽馬計數普遍偏高。拆開短接檢查電路元件與測量探頭，均未發現損壞，接著對其儀器線路板進行線性測試，其測試結果如表1：

表1 0214伽馬儀線路板線性測試結果

序號 時間/小時 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

從測試結果可看出，實測計數明顯普遍偏高，這種偏高是不正常的，同時在測試過程中聽到類似放電的噼啪聲，斷定這種不正常的高計數率是由儀器內部濕度過大導致高壓線路自激產生的。我們將高壓電路處理版用酒精擦拭干凈并晾置一段時間后再次對其進行線路板線性測試，實測計數果然回歸正常水平，且線性誤差也在范圍內。

1.2 鑒別電路門檻電壓設置

光電子經過光電倍增管處理后轉換成電脈沖輸出后還要經過比較器處理才能繼續向上傳送，這里提及的比較器的作用即是給從下面傳上來的電脈沖信號設置一個門檻，讓其有選擇的通過，接收電路有選擇地采集錄取。為了弄清楚門檻電壓高低對信號采集的影響，我們進行了一項測試，將門檻電壓先后設置為168mv和300mv，分別記錄當時的伽馬計數，繪制出下面的對

比圖1。

圖1 不同門檻電壓時伽馬計數對比圖

如圖2所示，門檻電壓為300mv時的伽馬計數要比門檻電壓為168mv時的伽馬計數要低，從此可以得出結論，門檻電壓越高伽馬計數越低，門檻電壓越低伽馬計數越高。這一點對校驗工作具有指導意義，對儀器校準時應根據標準井中圍巖層和標準層的放射強度合理的調整設置比較電路的門檻電壓，使儀器的穩定性更為可靠，以便在實際測井過程中更準確地記錄井下資料。

2 光電倍增管部分存在的穩定性影響因素

光電倍增管簡稱PMT，是靈敏度極高，響應速度極快的光探測器，他的工作原理是基于光敏材料的光電發射效應。光電倍增管坪區的校驗是日常工作中判斷其性能的一個主要方法，它可以判定出管子坪特性的好壞及坪區的變化情況，然后根據校驗出的結果對伽馬短接重新刻度或采取更換光電倍增管等相應的措施。

2.1 光電倍增管坪區變化

儀器長期使用后，光電倍增管由于老化其坪區會發生變化。對16支九方伽瑪測井儀短節的坪區測試研究后，發現主要有兩種情況，一是高壓坪區范圍變窄；二是整個坪區向后偏移。通常情況下這兩種變化并不是單獨產生的，而是同時存在的。以JF-DDZ-125/60—0601為例，對其進行高壓坪區的校驗。

通過分析研究認為，儀器內光電倍增管的高壓坪區不僅存在著明顯的變窄趨勢，而且還向后發生了偏移?？梢姰攦x器工作一段時間之后，儀器的高壓小于坪區高壓的最小值，移出高壓坪區，使得儀器的穩定性變差。

得出以下結論，每支儀器的光電倍增管每隔半年必須做一次高壓坪區測試，確定坪區的范圍大于50V，坪斜小于0.025CPS/V，并且將高壓工作點調到坪區范圍的中部，確保儀器的穩定性。

2.2 光電倍增管熱穩定性

光電倍增管的耐熱穩定性很差，光電倍增管在高溫條件下工作時，光陰極的發射效率大大下降，結果導致脈沖幅度下降。通常，由室溫升至100攝氏度是光電倍增管輸出的脈沖幅度下降約50%，同時隨著溫度升高熱噪聲增加，會產生更多的干擾脈沖。

3 碘化鈉晶體性能的影響

碘化鈉是一種透明單晶，可以做成體積較大的晶塊，其重要特性為發出光脈沖幅度和伽馬射線能量成正比。它對光電效應、康普頓效應、電子對效應的吸收系數都較大。它的缺點是易于潮解，久置于空氣中晶體會發黃變質，并且易碎。如若發生以上任一種情況，都會使伽馬短接的穩定性能變差。

4 結語

影響自然伽馬測井儀器穩定性的因素有：電路中高壓電源和偏置電壓的不穩定會影響光電子的加速和收集；高壓電源的自激現象產生的干擾脈沖；信號處理電路中電子元器件的溫漂；信號處理電路中門檻電壓設置的不合理；不能對光電倍增管的高壓坪區變窄并向后偏移做出及時調整；光電倍增管的熱穩定性很差；碘化鈉晶體易潮解易碎。

參考文獻

[1] 任愛閣.自然伽馬能譜測井譜解析方法研究[D].

中國石油大學，2007.

[2] 楊全進.隨鉆自然伽馬測量儀及其刻度的研究

[D].中國石油大學，2007.

作者簡介：劉晶晶（1986—），女，內蒙古通遼人，供職于大慶油田測試技術服務分公司，研究方向：測井、試井儀器維修維護。endprint