[发明专利]一种基于脉冲中子的伴随α粒子井下成像系统

权利要求书

1.一种基于脉冲中子的伴随α粒子井下成像系统，包括：脉冲中子发生器、α粒子探测器、伽马探测器、数据存储模块、终端数据分析模块以及图像重建模块，其特征在于：

所述脉冲中子发生器用于向待探测区域发射中子和α粒子；其内置有D-T可控脉冲中子源，利用D-T聚变反应产生快中子和α粒子；

所述α粒子探测器用于探测α粒子，根据探测到的α粒子返回的时间t_a及位置计算快中子的运动方向和飞行时间；

所述伽马探测器用于探测中子与地层中各种元素物质相互作用时产生的瞬发伽马射线能谱及其对应时间谱dt，该瞬发伽马射线能谱为0.01～0.1飞秒范围内的瞬发伽马射线能谱；

所述数据存储模块连接α粒子探测器和伽马探测器，用于存储α粒子探测器探测到的α粒子返回的时间t_a及位置伽马探测器探测到的瞬发伽马射线能谱及其对应时间谱dt；

所述终端数据分析模块连接数据存储模块，用于从数据存储模块获取α粒子探测器探测到的α粒子返回的时间t_a及位置伽马探测器探测到的瞬发伽马射线能谱及其对应时间谱dt，根据探测到的α粒子返回的时间t_a、位置以及瞬发伽马射线对应时间谱dt计算出快中子发生非弹散射的位置，根据瞬发伽马射线能谱计算出地层含油饱和度，根据瞬发伽马射线能谱分析得到地层各元素成分占比；

所述图像重建模块连接终端数据分析模块，用于根据快中子发生非弹散射的位置、地层含油饱和度以及地层各元素成分占比完成地层中流体和矿物图像重建。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲中子的伴随α粒子井下成像系统，其特征在于：所述终端数据分析模块中快中子发生非弹散射的位置的计算过程为：

步骤S1、由于α粒子、伽马和快中子被认为具有固定的速度，假设快中子沿α粒子相反的方向行进，设v_n为快中子飞行速度、c为伽马光子的速度，即可计算出快中子的飞行时间t_n和伽马的飞行时间t_g，而伽马探测器记录的时间为dt，根据时间的关系推出dt＝t_n+t_g-t_a，然后以此建立光子飞行距离与快中子飞行距离的关系式：

其中，为光子的飞行距离，为快中子飞行距离；

步骤S2、仪器中快中子产生的位置和伽马探测器位置固定，可用计算出向量根据余弦定理可得到中子飞行距离和光子飞行距离的关系式

其中，夹角θ为向量中子飞行方向，也就是向量之间的夹角；

步骤S3、对步骤S1得到的关系式和步骤S2得到的关系式联立求解，得到快中子飞行距离再根据该快中子飞行距离计算出块中子发生非弹散射的位置

其中，(-x₀,-y₀,-z₀)表示a粒子被探测到的位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲中子的伴随α粒子井下成像系统，其特征在于：所述终端数据分析模块中地层含油饱和度的计算过程为：

步骤S1、通过伽马探测器获取的瞬发伽马射线能谱，对碳窗和氧窗进行划分计算出碳氧窗的计数比F_C/O,得到不同孔隙度下的油线和水线；

步骤S2、根据步骤S1中得到的不同孔隙度下的油线和水线，画出反映碳氧比能谱测井响应基本特点的“扇形图”，“扇形图”的横坐标为孔隙度，纵坐标为碳氧比值；

步骤S3、根据步骤S2得到的扇形图得到孔隙度碳氧比值计算出地层含油饱和度S_o，在步骤S2得到的扇形图中，孔隙度为零是碳氧计数比两线的公共起点。

4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲中子的伴随α粒子井下成像系统，其特征在于：所述终端数据分析模块中地层各元素成分占比是根据元素标准谱解谱得到地层各元素成分占比。