数控碳氧比能谱测井仪器120kV高压电源?
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发布时间：2022-05-04 10:52
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时间：2022-06-21 08:00
自1993年开始，碳氧比能谱测井仪器的探测器信号，由七芯电缆中心缆芯模拟线性传输，向七芯电缆3、6缆芯小对称曼彻斯*数字传输过渡，这是一个很大的进步。探测器信号的传输随着科学技术的进步，经历了如下阶段：井下卡C、O能区双道，标准成形信号向上传输；井下测量全谱模拟信号向上线性传输；单探测器全谱数字信号编码向上传输；双探测器全谱数字信号编码向上传输；现正将碳氧比、中子寿命的伽马、中子全谱数字信号编码向上传输。随着探测器测量系统的每次科技进步，中子发生器也要响应的有所改进。井下中子发生器基本沿用了MZ-4型碳氧比能谱测井仪器±65kV高压电源。只是把倍加器的高压电容由丙烯晴介质改为云母介质，高压云母电容1000pF、2000pF，耐压25kV、30kV两种型号两种尺寸。变压器磁芯仍用U-16。因仪器外径要求φ89mm，磁芯由原来宽度60mm磨掉3mm，宽度为57mm，用一个或两个。硅堆S95C两个串联；云母电容1000pF，尺寸：宽10mm×厚10mm×长40mm，耐压20～25kV；云母电容2000pF，尺寸：宽20mm×厚10mm×长45mm，耐压30kV。加电压20kV，加温测量电容量和漏电流变化，测试情况见表2-3-8。
数控碳氧比能谱测井仪器120kV高压电源在工作温度125℃环境中，可连续工作4小时。冀东油田曾测过井深3500m的井，中原油田也曾测过井深3000m的井。
采用大功率高反压晶体管做直流变换器，一定要在125℃环境中挑选β值变化小的晶体管，其优点是可靠性强，晶体三极管从来不坏，只有变压器的高压绕组8000V线圈偶尔烧毁；缺点是中子管内部气压高时，由于负载重，有时憋回去，停止振荡。这时把供电降下来，氘贮藏器电流减小，重新加电即可。室内调试高压电源时，负载电阻600MΩ，输出电流200μA，使高压电源带负载能力强些，憋回去的现象就少些。不过中子管固定之后，反复两三次，掌握规律之后就不会憋回去了。
中子发生器短节如果充201甲基硅油，201甲基硅油膨胀系数为15%～20%，一定要按125℃环境中工作留有适当的膨胀空间，否则，测深井时将压坏中子管。为预防万一，充油嘴可以倒装一个自行车轮胎的气门芯。如果充六氟化硫(SF6)绝缘气体，只要不低于1.65个大气压即可，一般为3～6个大气压。当然中子管机械强度大耐压高充8～13个大气压也可以。
七、双向液流脉冲中子氧活化测井仪器120kV高压电源研制什么直径的仪器，主要决定买到什么直径中子管。利用国产商品靶中子管φ30mm×190mm、φ27.5mm×220mm、φ26mm×180mm，自成靶φ25mm×180mm可以研制直径φ43mm、φ42mm、φ41mm、φ40mm、φ39mm、φ38mm、φ37mm、φ36mm的脉冲中子氧活化测井仪器。为适应研制双向液流脉冲中子氧活化小直径仪器，首先要研制直径φ25mm、φ27mm、φ28mm，长度为10～24cm左右的高压电源。倍加器高压硅堆选用S95C；选用高压电容1000pF，从25℃到125℃，电容量下降为15%～20%，耐压24kV，尺寸：φ12mm×6mm。因而倍加器可以做得又细又短。倍加器绝缘选用聚酰亚氨薄膜高温制管，壁厚2～3mm，或用聚酰亚氨薄膜包裹1.5～3mm。选用直流变换器磁芯也是一个关键问题，市场上卖的磁芯，如E-6、E-7，截面小，输出功率小，窗口小，线圈匝数多绕不下。解决小尺寸高压变压器便成为研制小直径120kV高压电源的关键。
（1）采用两个变压器的自激直流变换器120kV高压电源。解决此关键的思路是磁芯截面要大，保证输出功率满足要求；线圈匝数多，窗口小绕不下，就用二个磁芯，甚至三个或四个磁芯，磁芯尺寸如图2-3-8所示。
应用图2-3-8所示的磁芯，第一个变压器T1作为直流变换器变压器，初级绕组用高温高强度漆包线基极线圈双线并绕2匝，C极线圈双线并绕51匝，次级线圈绕100匝。直流变换器工作时，供电100V，次级线圈输出200V。第二个变压器T2的初级线圈绕83匝，次级线圈绕3320匝，输出8000V，经过单向16次倍压，空载输出128kV。T2还可以使用图2-3-8b所示磁芯，初级线圈绕85匝，次级线圈绕3400匝。应用图2-3-8的两种磁芯研制的两个变压器自激推挽直流变换器-120kV高压电源如图2-3-9所示。
7kΩ和基极限流30Ω电阻，也能起到一定作用。该高压电源带上负载电组1300MΩ，测试数据如下：
（2）研制它激推挽直流变换器一个变压器的120kV高压电源。研制直径φ25～28mm的120kV高压电源，必须用小磁芯或铁芯。目前市场上购买到的磁芯，要么截面小，输出功率达不到要求，要么窗口小，绕线圈匝数少，电感阻抗小，供电电流很大，变压器和大功率高反压晶体三极管发热严重。选取什么样的磁芯是研制它激推挽直流变换器一个变压器120kV高压电源的技术关键。解决此关键问题的思路和解决两个变压器自激推挽直流变换器120kV高压电源思路一样，首先选取截面大的E形磁芯，保证输出功率足够大，满足对功率的基本要求。小直径高压电源直径受*，但长度受*较小。把E形磁芯的中心柱、两侧臂用同样材料、同样形状的东西接长(高温环氧树脂)。如果E形磁芯宽就磨掉一个臂，E形磁芯就变成图2-3-8b所示U形磁芯。两对磁芯( E表或U形)长25mm，接长之后变为70～80mm的E形或U形磁芯。这种经过加工改制的磁芯截面、窗口都符合要求了，用这种经过改制的磁芯研制的120kV高压电源如图2-3-10所示。
为了提高温度性能，推挽大功率高反压晶体三极管改为场效应大功率高反压晶体三极管IRFPE50或2SK1082。振荡器选取CD4069，十分频器选取CD4017。应用CD4017的目的是把触发信号变窄，使场效应晶体三极管IRFPE50导通时间短，发热量少。16次倍加器是电容性负载。当变压器初、次级绕组线圈匝数固定之后，它们就有一个固有的谐振频率，通过调节CD4069的振荡频率，就能找到比较合适的频率，使整个系统输出效率较高。
用图2-3-8的E形或U形磁芯做变压器，其截面直径10mm，长度70mm，初级线圈用0.23高强度漆包线双线并绕80匝，次级线圈0.05高强度漆包线绕8450匝。如果长度为80mm，则初级线圈双线并绕90匝，次级线圈绕9000匝。绕线骨架用聚酰亚氨棒车成，采用回线绕法；如果有分格高温骨架，可采用分格绕法。两种绕法的目的都是为了减少分布电容。线圈要分成两段，一段次级高压线圈，一段初级绕组。低压电源+12V是CD4069、 CD4017片子的电源，最好降为8V，一定要稳定，否则将经常导致CD4069、CD4017、IRFPE50损坏。IRFPE50两管D极可并联一个高压电容以降低振荡产生的脉冲反冲尖子。两管D极对地都并联了稳压二极管1.5KE350以保护IRFPE50。在调试120kV过程中要用示波器观察场效应晶体三极管D极波形是否标准，否则可调整变压器初次级绕组匝数，直到波形标准为止。波形标准以后，倍加器输出120kV高压的效率也就高了。一个变压器它激推挽直流变换器120kV高压电源，带1300MΩ负载电阻，测试数据如下：
（3）脉冲中子氧活化测井仪器120kV高压电源控制开关。碳氧比能谱测井仪器中子发生器工作频率为10kHz或20kHz，时间宽度为20μs或12μs；中子寿命测井仪器中子发生器工作频率为10～1000Hz，时间宽度为（1～3）～250μs；双向液流脉冲中子氧活化测井仪器中子发生器工作频率为1/60～1/30Hz，时间宽度为2～12s。由于脉冲中子氧活化测井仪器中子发生器工作频率极低，可以在中子管离子源阳极、阴极之间加直流电压1800～2400V，靶极加脉冲高压120kV，时间宽度为2～12s。这种工作方式的优点：一是中子管电离稳定；二是靶压不空载，能加满120kV，但不超过120kV，不击穿中子管。中子发生器中子产额高，性能稳定。中子管离子源为脉冲工作方式时，不能用的中子管，应用这种工作方式后都可以用了，节约了仪器制造成本。碳氧比测井淘汰的中子管用在脉冲中子氧活化仪器上，还测了二十余口井。120kV高压电源控制开关如图2-3-11所示。
把图2-3-9、图2-3-10所示的两种小直径120kV高压电源的“п”形滤波器去掉或不去掉都可直接接图2-3-11所示的输出( 132V )，便能控制脉冲中子氧活化测井仪器高压电源。
如图2-3-11所示，调节电阻R1在10～30kΩ之间，使A点电位为0.4～0.5V，使G2基极G1发射极电位接近“0”或比“0”更低一点，使G2不导通，当控制触发信号到达之后，再导通，使G3基极电位接近“0”电位，G3导通，向大功率晶体三极管WT3DD基极注入电流，使WT3DD饱和导通，管压降8V。WT3DD大功率晶体三极管发射极上的滤波器是保证后面直流变换器正常工作的，没有它就没有120kV高压脉冲输出。
