石油测井光电探测器滨松方案_滨松光子学商贸(中国)有限公司

石油测井光电探测器滨松方案

王淳（wangchun@hamamatsu.com.cn），郑一哲

本网页为石油测井相关研究的滨松产品方案介绍。

石油测井是石油开采过程中用于判断油层位置、油层储量的基本方法，通常采用伽马测井等手段，通过地层密度、放射性物质含量、放射性物质种类分布等数据来获得地层信息。油层位置往往分布在地下几千米的位置，温度较高（150℃以上高温），且探测过程中有冲击振动等因素的影响；因此石油测井对探测器有着高温寿命、抗振等特别的要求。

| 完整的产品线

作为深耕光电探测器60余年的技术型企业，滨松在石油测井中业已形成了完整的产品线。从高温闪烁晶体，高温PMT（光电倍增管）到一体化探测器；从自然伽马测井，密度测井，能谱测井，滨松在技术上不断追求着巅峰，也逐步形成了应用广泛的多类标准品。

高温PMT（光电倍增管）

高温PMT是石油伽马测井的核心部件。滨松不仅通过特殊结构设计大大的提高了光电倍增管的抗冲击性能，还通过特殊材料提高了其耐高温性能，即使在200℃环境温度下也能稳定工作。

而在长期与全球石油测井客户的交流合作中，滨松对于相关各类应用逐步形成了深刻的理解，并在此基础上形成了完整的高温光电倍增管产品线。

直径	最高温度	裸管	管基	封装
Φ13mm （1/2”）	175℃	R4177	R4177-01	R4177-27
Φ19mm （3/4”）	175℃	R3991A		R3991A-31*, -27, -07
Φ19mm （3/4”）	200℃	R3991AH		R3991AH-31*, -27, -07
Φ25mm （1”）	175℃	R1288A	R1288-01	R1288A-31*, -27, -07
Φ25mm （1”）	200℃	R1288AH		R1288AH-31*, -27, -07
Φ28mm （1-1/8”）	175℃	R6877A	R6877-01	R6877AH-31*, -27，-07
Φ38mm （1-1/2”）	175℃	R9722A	R9722-01	R9722A-27
Φ51mm （2”）	175℃		R4607A-01	R4607A-27
Φ19mm （3/4”）	175℃			R8874-01 **
Φ25mm （1”）	175℃			R5473-02 **
* 适合于随钻应用 ** 适合于随钻应用且可以承受50g的随机振动和1000g的冲击

高温闪烁晶体

在石油γ测井中，高温闪烁晶体负责将γ射线转化为高温PMT所能够直接探测的光子。NaI（TI）为目前最主要的高温闪烁晶体材料。滨松采用热锻技术，大幅提升了NaI（TI）晶体的抗冷热冲击及抗机械振动性能，使其在石油测井实际工作环境下能够长时间地稳定工作。

滨松主要提供已封装的高温闪烁晶体产品，根据应用的不同，主要有采用不锈钢外壳、光学玻璃窗口的常规应用晶体CJ362系列（如常规γ计数和岩性密度等应用）和CJ462系列（如射孔测井等应用）；以及采用钛合金外壳、蓝宝石窗口的随钻应用晶体CJ363系列（如随钻γ计数、随钻方位和随钻密度等应用）。

除了标准品，滨松可以根据用户需求进行产品的定制，详见定制服务。

高温闪烁晶体系列
随钻	常规
CJ363 CJ462	CJ362

一体化探测器

将封装之后的高温光电倍增管、闪烁体、电路进行集成，即为一体化探测器。

“小型化”是测井仪器的发展方向，因此留给探测器的安装空间是有限的；但是闪烁体体积越大整个一体化探测器才越灵敏。为了解决体积与灵敏度的矛盾，滨松在一体化探测器的紧凑设计上潜心钻研，通过合理的结构设计与各环节先进的加工技术，在保证力学性能的前提下，实现了“薄皮大馅”——在相同外形尺寸下的闪烁晶体体积最大化。

滨松针对主流的石油测井应用具有多个成熟标准品系列，还可根据客户需求提供定制服务，详见定制服务。

一体化探测器系列
应用	随钻	常规
自然γ计数	CH360	CH371
自然γ能谱		CH379
密度/岩性密度测井	CH357	CH369
方位γ测井	CH375

| 生产与质检——稳定的保障

严格的生产控制是产品在严苛环境下稳定工作的第一重保障。以高温光电倍增管为例，其生产所要经过的9个大步骤在滨松都有着严格的过程控制和检测环节。所以一只高温光电倍增管从元器件开始到成品入库，会需要在精心设计的生产和检测线上耗费几周的时间。

而质检环节则是产品在严苛环境下稳定工作的第二重保障。而在对待不良品的态度上，滨松不仅会进行退货更换，而且一定会进行严格的分析并出具报告说明原因。此外，滨松对上游供应商也有着及其严格的监管程序，对供应商的更换甚至需要长达2-3年的考察期——滨松相信，严谨求实的公司文化，配合流程上的精密设计与控制，才是产品质量常青的坚实保障。

振动冲击稳定性

针对随钻应用中强烈冲击和振动的实际情况，滨松专门研发了耐冲击和耐振动的高温PMT系列以及一体化探测器，至少可以承受 20-30g的随机振动；其中采用新型陶瓷结构的R8874-01高温PMT甚至可以承受50g的随机振动和1000g的冲击。

以一体化探测器为例，将其置于175℃环境条件下进行连续振动测试，X轴和Z轴分别振动4h，滨松会监测其中三项指标变化情况来衡量探测器性的能稳定性——只有振动诱导的输出幅度变化≤5%，振动诱导的能量分辨率变化：≤2%且振动诱导的计数率变化≤10s（图1为CH375-03随钻方位γ测井的实测计数率变化数据），才被认为是合格品予以通过。

图1. CH375-03一体化探测器随钻方位γ测井的实测计数率变化数据

高温稳定性

无论是光电倍增管、闪烁晶体还是高压电源，滨松产品都具有业界首屈一指的高温稳定性。以R1288AH光电倍增管为例，其在常用的175℃，寿命比常规产品可以提高6倍；甚至在200℃的情况下，R1288AH输出脉冲下降50%的时间依然可以达到1000小时。（见图2右)

除了高温PMT，闪烁体和高压电源在高温环境下的稳定工作对于一体化探测器的整体寿命也不可或缺。滨松一体化探测器中的高压电源模块在175℃下连续工作1000小时的输出高压变化甚至能控制在0.3%以内。图2左为滨松NaI（TI）闪烁体的高温工作寿命曲线。可以看出在175℃的温度下，1000小时内光输出和能量分辨率都能够保持稳定。