專利名稱：針對填充流體的導(dǎo)管的起始點(diǎn)的每個光子或電離粒子來記錄具有同時方向限定的光子和 ...的制作方法
針對填充流體的導(dǎo)管的起始點(diǎn)的每個光子或電離粒子來記錄具有同時方向限定的光子和電離粒子的設(shè)備本發(fā)明涉及用于光子或電離粒子的檢測設(shè)備，其中檢測器系統(tǒng)配置有數(shù)個檢測單元，每個檢測單元均包括與電荷讀取器上的讀取器表面連接的閃爍體，所述閃爍體被設(shè)置成當(dāng)捕獲所述光子或電離粒子時在所述讀取器表面上產(chǎn)生細(xì)胞(cellular)電荷，更具體地設(shè)置有準(zhǔn)直儀，所述準(zhǔn)直儀連接到與所述電荷讀取器相対的所述閃爍器，所述準(zhǔn)直儀被設(shè)置成捕獲運(yùn)動方向與所述準(zhǔn)直儀的縱向軸線重合的光子或電離粒子，并且拒絕運(yùn)動方向與所述準(zhǔn)直儀的縱向軸線偏離的光子或電離粒子。鉆孔測井或數(shù)據(jù)采集內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)很大程度上基干與閃爍晶體(例如，碘化鉀或碘化銫)連接的光電倍增管或光電ニ極管。當(dāng)與光電倍增管連接的閃爍晶體的組件暴露于電離輻射(例如，X輻射、伽馬輻射或粒子輻射)時，該入射輻射將通過包括散射、原子核反沖和/或熒光的過程被轉(zhuǎn)化為閃爍晶體中的不致電離的“光學(xué)”光子。然后，光學(xué)光子借助干與閃爍晶體連接的光電倍增管被 檢測(即，計(jì)數(shù))。如上所述，倍増管能夠被替代為光電ニ極管以用于同一目的。用于這種組件的典型鉆孔應(yīng)用包括鉆孔測井。在這種組件中，期望的是，為了改善所獲得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析并且由此減少讀數(shù)中的誤差，電離輻射應(yīng)當(dāng)盡可能大，以最大可能地收集光子。由于該理由并且由于用于鉆孔中的大多數(shù)工具所具有的筒狀形式，這種檢測器通常被形成為具有與閃爍器的一端連接的光電倍增管或光電ニ極管的筒狀閃爍體。該概念在于，在沿與鉆孔的縱向軸線垂直的方向上朝向該工具徑向移動的光子的單位體積中使得收集最大化。即使通常使用閃爍體，但該閃爍體具有不便其十分適于最大化流入光子的收集的物理特性。當(dāng)流入電離粒子或光子與閃爍體材料相互作用時，結(jié)果是產(chǎn)生具有較少能量并且具有統(tǒng)計(jì)上圍繞相互作用點(diǎn)分布的所形成的方向(即，流出方向)的閃爍光子，所述光學(xué)光子大體上與入射光子的方向不同，這取決于光子/粒子和閃爍體中的原子之間的特定相互作用?；诖?，顯然，統(tǒng)計(jì)上地，閃爍光子或光學(xué)光子在閃爍體的所有方向上出現(xiàn)，而與入射光子或電離粒子的方向無關(guān)。由于光電倍増管或光電ニ極管被附接到閃爍體的一端，因此該設(shè)備的最大檢測能力受限于光學(xué)光子的進(jìn)入光電倍增管或光電ニ極管的部分?；谕搀w的表面被描述為2 r2+2 rh的事實(shí)，其中r是筒體的半徑并且h是高度，那么光學(xué)光子的達(dá)到光電倍增管或光電ニ極管的一部分被表示為nr2/ (2Jir2+2Jirh)，對于其中h=r的閃爍體筒體僅得到33%的檢測,或者對于其中h=2r的閃爍體得到25%的檢測,或者對于h=3r的閃爍體得到14%的檢測。僅當(dāng)筒體高度被設(shè)置為零時該檢測率達(dá)到100%。該問題的明顯的解決方案是在閃爍體筒體的兩端設(shè)置光電倍增管或光電ニ極管。即使這具有使得效率加倍的效果，但是收集效率將保持在100%以下。本發(fā)明為此目的必須補(bǔ)救或減少現(xiàn)有技術(shù)的缺陷中的至少ー個，或者至少提供對于現(xiàn)有技術(shù)的有用替代方案。該目的通過在下文說明書和下述權(quán)利要求書中詳細(xì)說明的特征來實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)ー步的描述中，表達(dá)“光子”部分地被用作光子和其他電離粒子的集合概念。本發(fā)明提供一種設(shè)備，該設(shè)備顯著地提高捕獲和檢測光子的效率以便由此通過能夠更快地執(zhí)行操作而不削弱統(tǒng)計(jì)質(zhì)量或者通過以和早期相同的時間消耗執(zhí)行操作來向這種設(shè)備的用戶提供増加的靈活性，但是大體上增加數(shù)據(jù)采集從而提高測量結(jié)果的精確度。通過進(jìn)ー步實(shí)現(xiàn)入射輻射的起始點(diǎn)在鉆孔中的方向限定，用戶能夠制作井眼以及周圍地質(zhì)材料的真實(shí)360度圖片。在油氣エ業(yè)領(lǐng)域中，尤其在密度測井、隨鉆測井、在鉆井和測井時測量中，將十分有益的是，除了能夠限定光子的入射方向之外還能夠提高光子的檢測效率。提供ー種檢測設(shè)備，其在收集和記錄移動到筒狀體積中的光子方面展示更大的效率，與此同時存在光子的起始點(diǎn)的方向限定。光子被用作測井檢測器。設(shè)置具有多邊形外圍表面的筒狀體。每個外圍表面段均包括一定體積的閃爍體材料，該閃爍體材料被用于捕獲電離光子，在所述閃爍體中形成光學(xué)光子時，所述電離光子能夠由檢測器(例如，電荷讀取器)記錄。借助準(zhǔn)直儀單元，所述外圍表面段對入射光子屏蔽，所述入射光子具有從與所述外圍表面段的表面垂直偏離的運(yùn)動方向。由此，提供關(guān)于所述入射光子的起始方向的信息。 所述設(shè)備包括下列主要部件a.設(shè)置成小面圖案的檢測器組件的模塊化系統(tǒng)，其中所述檢測器組件的活動表面被成切線地安裝并且位于徑向設(shè)置的附接臂上。所述檢測器組件被連接到合適的信號處理系統(tǒng)。b.屏組件的系統(tǒng)，該屏組件被設(shè)置在每個檢測器組件的外側(cè)上，并且被設(shè)置成使得每個檢測器元件僅接收具有與所述檢測器組件垂直的方向的入射輻射或粒子。c.所述附接臂被用作熱導(dǎo)體裝置，以在由于不利的環(huán)境溫度而必要時將遠(yuǎn)離所述檢測器組件傳導(dǎo)熱。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于光子或電離粒子的檢測設(shè)備，其中檢測器系統(tǒng)配置有數(shù)個檢測単元，每個檢測單元均包括與電荷讀取器上的讀取器表面連接的閃爍體，所述閃爍體被設(shè)置成當(dāng)捕獲所述光子或電離粒子時在所述讀取器表面上產(chǎn)生細(xì)胞電荷(cellular charge),其特征在于,在所述檢測單元中設(shè)置有與所述電荷讀取器相對地連接到所述閃爍體的準(zhǔn)直儀，所述準(zhǔn)直儀被設(shè)置成捕獲運(yùn)動方向與所述準(zhǔn)直儀的縱向軸線重合的光子或電離粒子，并且拒絕運(yùn)動方向與所述準(zhǔn)直儀的縱向軸線偏離的光子或電離粒子，并且數(shù)個檢測器系統(tǒng)設(shè)置成圍繞檢測器組件的中心軸線均勻地間隔開。形成一個檢測器系統(tǒng)的檢測單元能夠具有在全部準(zhǔn)直儀的縱向軸線上的重合方向。數(shù)個檢測器系統(tǒng)能夠以圍繞內(nèi)切圓均勻地隔開并且與該內(nèi)切圓相切的方式設(shè)置。所述檢測器系統(tǒng)能夠被連接到設(shè)置成遠(yuǎn)離該檢測器系統(tǒng)傳導(dǎo)熱到熱導(dǎo)體的裝置。優(yōu)選地，所述檢測器系統(tǒng)被設(shè)置在檢測器框架上，在所述檢測器框架中，所述熱導(dǎo)體形成支承結(jié)構(gòu)。所述檢測設(shè)備能夠由以數(shù)個檢測器組件形成的堆形成，每個檢測器組件均相對于相鄰檢測器組件進(jìn)行了轉(zhuǎn)動。對于所述設(shè)備的全部檢測器組件，兩個相鄰檢測器組件的旋轉(zhuǎn)角度差能夠相同。所述電荷讀取器能夠是圖像芯片上的點(diǎn)。所述圖像芯片能夠從包括(XD、IXD和CMOS芯片的組中來選擇。
所述檢測器組件能夠被設(shè)置在不透流體的旋轉(zhuǎn)體中，所述旋轉(zhuǎn)體形成對抗周圍介質(zhì)的射線可透屏障。所述設(shè)備能夠包括輻射源，所述輻射源與所述檢測器組件遠(yuǎn)離地設(shè)置并且沿所述設(shè)備的軸線方向借助輻射屏與所述檢測器組件分離。在下文中描述了優(yōu)選實(shí)施方式的示例，所述優(yōu)選實(shí)施方式在附圖
中可見，在附圖中圖Ia在原理上示出了具有現(xiàn)有技術(shù)光電倍増管或光電ニ極管的筒體，其中入射光子與閃爍體中的原子相互作用使得存在光學(xué)光子的散射；圖Ib在原理上示出了分解的檢測單元，該檢測単元包括準(zhǔn)直儀單元，入射光子被阻擋在該準(zhǔn)直儀單元中，除非所述入射光子具有與準(zhǔn)直儀單元中的軸線方向一致的方向；圖2以立體圖示出了數(shù)個類似的檢測器組件堆，其中每個檢測器組件均相對于相 鄰組件/多個組件被旋轉(zhuǎn)，并且為了說明的目的已經(jīng)移除了準(zhǔn)直儀；圖3示出了檢測器組件的剖面圖，所述檢測器組件由圍繞中心熱導(dǎo)體設(shè)置成六邊形結(jié)構(gòu)的六個檢測器系統(tǒng)構(gòu)成；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的剖面端視圖；以及圖5示出了容器的剖面圖，該容器容納該設(shè)備連同借助輻射屏與該設(shè)備分離的輻射源，該容器被設(shè)置在井眼中。在圖Ia中示意性地示出了閃爍體S，其中根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，具有隨機(jī)運(yùn)動方向(用大箭頭表示)的入射光子P影響閃爍體S中的原子，使得形成具有隨機(jī)運(yùn)動方向(用小箭頭表示)的大量光學(xué)光子0P。ー些光學(xué)光子OP達(dá)到光電ニ極管或光電倍增管ro上的接收表面并且產(chǎn)生記錄，而其它光學(xué)光子OP消失到周圍環(huán)境中。在圖Ib中示意性地示出了分解的檢測單元11a，該檢測単元配置有電荷讀取器111 ;閃爍體112 ;以及準(zhǔn)直儀單元113，該準(zhǔn)直儀單元僅允許其運(yùn)動方向與準(zhǔn)直儀單元113的縱向軸線方向A重合的光子P通過。已經(jīng)被準(zhǔn)直的光子P’影響閃爍體材料112 (例如，碲化鎘)，已經(jīng)橫跨閃爍體材料上設(shè)置電場(未示出)，并且光電子OP級聯(lián)通過直接轉(zhuǎn)換原理來形成，并且光電子OP在電場方向上移動并且被捕獲在電荷讀取器111的表面11 Ia上。電荷讀取器111能夠是被附接到閃爍體112上的(XD、IXD或CMOS類型的圖像傳感器。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，檢測器單元11由多個這樣的系統(tǒng)構(gòu)成，由此形成多像素單元。在又一描述中，術(shù)語“檢測器系統(tǒng)” IlUl1-Il6描述了多像素単元。檢測器組件I (具體地見圖3)包括多邊形(在此示出為六邊形)檢測器框架12，其中數(shù)個附接臂122沿徑向方向從在中心設(shè)置的熱導(dǎo)體123延伸，在所述附接臂上在外端部中附接有板狀基部121。在每個基部121上，安裝有檢測器系統(tǒng)IV·· 116。除了形成用于檢測器系統(tǒng)Il1. · · Il6的基礎(chǔ)外，檢測器框架12還用作檢測器系統(tǒng)Il1. . . Il6的熱導(dǎo)體。每個檢測器系統(tǒng)11均具有檢測通路13。熱導(dǎo)體123被設(shè)置在設(shè)備D的縱向軸線B上并且盡可能最遠(yuǎn)離設(shè)備D的呈現(xiàn)由與井流體62接觸引起的最高溫度的區(qū)域。熱導(dǎo)體123能夠用例如珀耳帖元件(未示出)的可利用的任何裝置來冷卻，以確保檢測器系統(tǒng)Il1. . . Il6的最佳可能冷卻。在圖2中，示出了檢測設(shè)備D，該檢測設(shè)備通過將四個檢測組件I1-I4在一起放置成堆來提供，其中所述檢測組件I1-I4中的每個都相對于相鄰檢測器組件I1-I4進(jìn)行了轉(zhuǎn)動。為了說明目的，移除了準(zhǔn)直儀113。在圖4中，示出了當(dāng)檢測設(shè)備D包括四個檢測組件I1-I4時該檢測設(shè)備D的總覆蓋面積。在一個實(shí)施方式中(見圖5)，設(shè)備D圍繞縱向軸線B旋轉(zhuǎn)對稱地設(shè)置在容器2中，從而形成在被保持在井眼6中的井流體62之間的射線可透屏障，其中帶有其容器2的設(shè)備D被定位用于測井。井眼6借助外殼61以就其本身而言已知的方式抵靠地下結(jié)構(gòu)7被限定。容器2適當(dāng)?shù)匕ㄈ斯ぽ椛湓?。在輻射源3和設(shè)備D之間設(shè)置有輻射屏4，并且信號傳輸電纜5連接設(shè)備D連接到表面安裝設(shè)備(未示出)，除了其它設(shè)置之外。當(dāng)電離光子P從外殼61、井流體62或地下結(jié)構(gòu)7被反射并且穿過射線可透容器2時，這些光子將被允許通過準(zhǔn)直儀113或被拒絕，這取決于光子P的運(yùn)動方向。如果該方向與準(zhǔn)直儀113的縱向軸線A重合，那么光子P將通過，否則該光子將借助從準(zhǔn)直儀113的結(jié)構(gòu)散射的過程被阻擋，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該準(zhǔn)直儀由具有高原子序數(shù)的鎢或其他材料或材料成分形成。 未被阻擋的入射(準(zhǔn)直)光子P’影響已被施加電場的閃爍體112。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，使用碲化鎘，這是因?yàn)楫?dāng)電場被施加到其上吋，碲化鎘展示偶極化來自該結(jié)構(gòu)的ー端的電子的特性。由此，積聚在閃爍體112的表面附近的電子可能在晶體的相反側(cè)上形成電子“空穴”。當(dāng)入射的電離光子P’遇上閃爍體112時，大量的電子被釋放，從而移動到“虧損側(cè)”，這些電子在該虧損側(cè)處沉積在電荷讀取器111的與閃爍體112緊密接觸的讀取器表面Illa上。即使在優(yōu)選的示例性實(shí)施方式中使用碲化鎘，也能夠使用可提供電子偶極化和光子捕獲的任何物質(zhì)。由于被沉積在電荷讀取器111的表面Illa上的細(xì)胞電荷的大小取決于入射光子P’的起始能量，因此可能確定所捕獲的每個光子P’的能級，以便由此通過將來自數(shù)個入射光子P’的數(shù)據(jù)求和來執(zhí)行光譜測量。電荷讀取器111在優(yōu)選的示例性實(shí)施方式中是CMOS類型的，但也能夠是CCD或LDC類型的，該電荷讀取器111毎秒被電子方式激活多次，這是因?yàn)橛捎诠庾硬东@已經(jīng)積聚在表面Illa上的電子被拉離。得到的讀數(shù)被局部地錄入在存儲介質(zhì)(未示出)的相應(yīng)時間記錄日志的數(shù)據(jù)集中，該存儲介質(zhì)形成為就其本身而言已知類型的信號處理系統(tǒng)(未示出)的一部分，該信號處理系統(tǒng)被設(shè)置成識別每個檢測単元和每個讀數(shù)。每個由一組電荷讀取器111、閃爍體112以及準(zhǔn)直儀113構(gòu)成的檢測單元Ila—起表示許多這種像素的ニ維組件中的單個像素，它們一起形成檢測系統(tǒng)Il1-Ilp通過將檢測器組件I1-I4沿檢測設(shè)備D的縱向方向堆疊以及將它們相對于彼此繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)檢測器組件I1-I4之間的相互旋轉(zhuǎn)角度Ar。由此獲得大的總檢測面積，在該總檢測面積內(nèi)，消除了具有不與其中ー個準(zhǔn)直儀113重合的徑向方向的光子和粒子的檢測，并且由此限定入射準(zhǔn)直光子P’的起始點(diǎn)的徑向方向。
權(quán)利要求
1.一種用于光子或電離粒子(P)的檢測設(shè)備(D)，其中，檢測器系統(tǒng)(11)配置有數(shù)個檢測單元(11a)，每個檢測單元均包括與電荷讀取器(111)上的讀取器表面(Illa)連接的閃爍體(112)，所述閃爍體(112)被設(shè)置成當(dāng)捕獲所述光子或電離粒子(P)時在所述讀取器表面(Illa)上產(chǎn)生細(xì)胞電荷，并且在該檢測単元中設(shè)置有與所述電荷讀取器(111)相對地連接到所述閃爍體(112)上的準(zhǔn)直儀(113)，所述準(zhǔn)直儀被設(shè)置成捕獲運(yùn)動方向與所述準(zhǔn)直儀(113)的縱向軸線(A)重合的光子或電離粒子(P’)，并且拒絕運(yùn)動方向與所述準(zhǔn)直儀(113)的所述縱向軸線(A)偏離的光子或電離粒子(P’)，并且數(shù)個檢測器系統(tǒng)(Il1... Il6)設(shè)置成圍繞檢測器組件(I)的中心軸線(B)均勻地間隔開，所述檢測設(shè)備的特征在于，所述檢測設(shè)備(D)由數(shù)個檢測器組件(I1-I4)所形成的堆形成，每個檢測器組件(I1-I4)均相對于相鄰檢測器組件(I1-I4)圍繞所述檢測器組件(I)的所述中心軸線(B)進(jìn)行了轉(zhuǎn)動(Ar)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測設(shè)備，其特征在于，形成檢測器系統(tǒng)(11)的這些檢測單元(Ila)具有在全部準(zhǔn)直儀(113)的縱向軸線(A)上的重合方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測設(shè)備，其特征在于，所述檢測器系統(tǒng)(IV··Il6)以圍繞內(nèi)切圓均勻地間隔開并且與所述內(nèi)切圓相切的方式設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測設(shè)備，其特征在于，所述檢測器系統(tǒng)(Il1.. . Il6)連接到設(shè)置成遠(yuǎn)離所述檢測器系統(tǒng)(Il1. · · Il6)傳導(dǎo)熱的裝置(122)而連接到導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)(123)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測設(shè)備，其特征在于，所述檢測器系統(tǒng)(Il1.. . Il6)被設(shè)置在檢測器框架(12)上，在所述檢測器框架中，所述導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)(123)形成支承結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測設(shè)備，其特征在于，對于所述檢測設(shè)備(D)中的全部檢測器組件(I1-I4)而言，兩個相鄰檢測器組件(I1-I4)的旋轉(zhuǎn)角度差(Ar)都相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測設(shè)備，其特征在于，所述電荷讀取器(111)是圖像芯片上的點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測設(shè)備，其特征在于，所述圖像芯片(111)從包括(XD、IXD和CMOS芯片的組中來選擇。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測設(shè)備，其特征在于，所述檢測器組件(I1-I4)被設(shè)置在不透流體的旋轉(zhuǎn)體(2)中，所述旋轉(zhuǎn)體形成對抗周圍介質(zhì)(62)的射線可透屏障。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測設(shè)備，其特征在于，所述檢測設(shè)備包括輻射源(3)，所述輻射源與所述檢測器組件(I1-I4)遠(yuǎn)離地設(shè)置并且沿所述檢測設(shè)備(D)的軸線方向借助輻射屏(4)與所述檢測器組件(I1-I4)分離。
全文摘要
描述了一種用于光子或電離粒子(P)的檢測設(shè)備(D)，其中，檢測器系統(tǒng)(11)配置有數(shù)個檢測單元(11a)，每個檢測單元均包括與電荷讀取器(111)上的讀取器表面(111a)連接的閃爍體(112)，所述閃爍體(112)被設(shè)置成當(dāng)捕獲所述光子或電離粒子(P)時在所述讀取器表面(111a)上產(chǎn)生細(xì)胞電荷，在所述檢測單元中設(shè)置有與所述電荷讀取器(111)相對地連接到所述閃爍體(112)上的準(zhǔn)直儀(113)，所述準(zhǔn)直儀被設(shè)置成捕獲運(yùn)動方向與所述準(zhǔn)直儀(113)的縱向軸線(A)重合的光子或電離粒子(P’)，并且拒絕運(yùn)動方向與所述準(zhǔn)直儀(113)的所述縱向軸線(A)的方向偏離的光子或電離粒子(P’)。
文檔編號G01V5/04GK102822697SQ201180015127
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者菲爾·蒂格 申請人:Xr投資公司