电离辐射的井下非同位素生成方法以及实践该方法时所采用的设备

摘要

本发明提供了一种用于在井下生成非放射性的电离辐射(28)的方法，所述电离辐射(28)被设置成能够从钻孔(3)的周围(5)产生反射，特别是X射线和/或伽马辐射，其中所述方法包括以下步骤：在多级激光增强器(12)中通过泵型激光光源(13)激发激光(14)，以形成脉冲激光(14a)，入射光的能量集中在受限的激光脉冲上，受限激光脉冲表现出比激光(14)的连续通量更高的光能量；在真空室(15)内形成游离电子(16，32)的集合；将脉冲激光(14a)聚焦在游离电子(16，32)的集合内的一点，以便形成脉冲电子场(尾场)，该脉冲电子场在韧致辐射产生时向周围(5)发出电离辐射(28)，从而在伽马和/或X射线频率范围内形成来自周围(5)的高能量的反射。本发明还提供了在实践所述方法时所采用的设备(1)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电离辐射的井下非同位素生成方法，特别是用于油井、气井、水井的勘探与生产。本发明还涉及在实践该方法时所采用的设备。

背景技术

根据现有技术，在进行井下测录和收集材料数据时广泛使用了放射性同位素。这种技术的缺点包括：放射性同位素造成了辐射危害，因此实施成本高昂而且要求苛刻的同位素和放射性废物处理，这类处理既要在进行钻探的装置上进行，也要在相关的供应和维护设施上进行。

发明内容

本发明的目的是弥补或减少现有技术的至少一种缺点。

通过在以下描述和后附权利要求中公开的特征，可以实现上述目的。

本发明的另一目的是提供一种电离辐射的非同位素生成方法，以及在实践该方法时所采用的设备。

通过一种使游离电子云在脉冲激光的作用下以非放射性的方式产生电离辐射的方法，实现上述目的。因此，以上述方式提供的电离辐射的输出功率比采用放射性同位素的方式高出许多倍，从而大大缩短了测录特定数据量的时间，使成本得以降低。该方法未使用放射性同位素，因而不需要在处理放射性同位素和放射性废物材料时所需的大面积检查和安全措施等。

实践本发明的方法所采用的设备体现了电子、光电和物理领域中的现有技术和新技术的结合。

在油气行业中，当需要进行测录时(例如测录地下结构)，这种提供钻井下的高强度电离辐射而无须使用放射性材料的能力非常有利。

在第一方面中，本发明具体涉及一种在井下生成非放射性电离辐射的方法，该电离辐射设置成能从钻孔周围产生反射，特别是X光和/或伽马幅射，该方法的特征在于包括以下步骤：

-形成激光；

-将激光导入多级激光增强器；

-通过泵型激光光源而激发激光，以形成脉冲激光，入射光的能量集中在受限的激光脉冲上，表现出比激光的连续通量更高的光能量；

-在真空室内形成游离电子集合(concentration)；

-将脉冲激光聚焦在游离电子集合内的一点，以便形成脉冲电子场(尾场)，该脉冲电子场(尾场)在产生韧致辐射时向周围发出电离辐射，从而在伽马和/或X射线频率范围内形成来自周围的高能量的反射。

优选地，所述脉冲激光的频率在飞秒范围内。

有利地，所述游离电子集合在热阴极和阳极之间形成电子云。可选地，所述游离电子集合在加热固体直至形成稠密等离子体时形成。

优选地，通过将所述脉冲激光聚焦在固体表面的紧邻附近来加热该固体。

在第二方面中，本发明具体涉及用于在井下生成非放射性电离辐射的设备，所述电离辐射设置成能够在钻孔周围产生反射，特别是X射线和/或伽马辐射，该设备的特征在于包括：

-激光光源；

-多级增强器；

-脉冲型激光光源，其连接到所述增强器并被共同设置成能够形成脉冲激光，

受限激光脉冲的光能量高于所述激光光源形成的激光的连续通量；

-真空室，其包括一个或多个设置成能够形成游离电子集合的装置；

-设置成能够通过增强器将激光从激光光源引导至真空室的装置；

-设置成能够将脉冲激光聚焦在游离电子集合内的一点的装置；

-设置成能够向环绕所述设备的周围发出电离辐射的装置；所述电离辐射在游离电子集合内产生韧致辐射时形成。

优选地，所述脉冲型激光光源被设置成能够以飞秒(10^-15秒)范围内的频率形成脉冲激光。

有利地，所述设置成能够引导激光的装置由多个镜子组成。可选地，所述装置由光纤组成。

有利地，所述设置成将脉冲激光聚焦在游离电子集合内的一点的装置为一凹镜。可选地，所述装置由透镜结构组成。

附图说明

优选实施方式的实施例在以下进行描述并且在附图中示出，附图中：

图1示出了根据本发明的置于钻井中的设备；

图2放大地示出了根据本发明的设备的第一实施方式实施例的真空室，该真空室具有形成在阴极和热阳极之间的电子云；以及

图3放大地示出了根据本发明的设备的第二实施方式实施例的真空室，该真空室具有由固体的过热等离子体形成的电子云。

具体实施方式

首先参照图1，其中附图标记1所表示的根据本发明的设备被置于地下结构5的钻孔3中。

设备1设有外罩8，外罩8与一本身公知的装置(未示出)连接，该装置用于在钻孔3中通过缆绳9来定位和移动所述设备。

设备1设有设置成能够发出光射线14的激光光源11、多级激光增强器12、以及泵型激光光源13，泵型激光光源13设置成与激光增强器12共同增强光射线14，并从激光增强器12的输出端12a提供频率在飞秒范围内的脉冲激光14a。设备1还具有被设置成能够形成游离电子集合(也称电子云)的真空室15。多个镜子17被设置成能够将激光14、14a从激光光源11引导至激光增强器12，以及从激光增强器12引导至装置17a(例如此处所示的凹镜)以便将脉冲激光14a聚焦在电子云16中的一点。

设备1还包括检测器18，检测器18以本身公知的方式设置成能够检测来自周围的电离辐射，更具体是来自受测录的地下结构5的电离辐射。通过屏蔽件19，检测器18不受来自设备1的辐射源的直接电离辐射的影响，所述辐射源为电子云16。

设备1还包括信号通信装置(未示出)，信号通信装置用于设备1的有效(active)单元11、12、13、15、18之间的信号传输，或者一个或多个所述单元与地面上的控制及记录单元(未示出)之间的信号传输。这些装置可以包括导线，但是对于本领域技术人员来说，显然也可采用无线传输。

参照图2，其中更加详细地示出了真空室的第一实施方式实施例15a。热阴极21和阳极22连接到电压源(未示出)，以便在阴极21和阳极22之间以本身公知的方式建立和维持电势。阴极21具有连接到能量源(未示出，例如电源)的加热元件23。真空室15以本身公知的方式被设置成用于维持内部指定的合适负压，真空室15的壁24以压力密封的方式接合，阴极21、阳极22和加热元件23所需的流体传送管道的衬套也采用压力密封。真空室15包括窗口25，窗口25可以透过呈脉冲激光14a和电离辐射28形式的辐射。

当加热阴极21并在阴极21和阳极22之间施加电势时，热阴极21通过阴极材料的放热而发射电子，从而在真空室15a中形成电子云16，所发射的电子被吸引到带正电荷的阳极22。

现在参照图3，其中详细地示出了真空室的第二实施方式实施例15b。该实施方式示出了如前所述的相同类型的压力密封和窗口。固体31被置于真空室15b内。在通过聚焦激光14a而产生过热时，可形成对应于上述电子云16的具有游离电子的等离子体32。

当采用激光14a照射电子云16时，电子将会被推开，如同船只在水中行驶时水被推开。当光脉冲通过后，电子将会返回，从而形成所谓的“尾场”(wakefield)。激光射线14a周边区域的这种被规则推动的电子运动以本身公知的方式产生韧致辐射，韧致辐射又诱发电离辐射28。电离辐射28被导向周围，即钻孔3的地下结构5的周围，从而产生呈X射线和/或伽马辐射形式的反射，该反射可通过检测器18进行检测。

当采用本发明的第二实施方式实施例时，脉冲激光14a被聚焦在固体31上，被照射的区域产生强热，形成游离电子的稠密等离子体32。按照上述针对电子云16的相同方式，脉动激光14a生成电离辐射28。

因此，为了绘制地下结构5和其中包含的流体，以常规方式对被检测的反射进行记录、存储和分析。

对于本领域技术人员而言明显的是，根据本发明用于提供电离辐射的本方法和设备是不限于测录作业的，还可用于具有封闭空间和能源供应可能有限的多个领域。

而且对于本领域技术人员而言明显的是，本发明以快速而且无风险的方式提供了所需的辐射强度。与利用传统的基于同位素的方法相比，本发明使得指定的研究能够以更短的时间完成。其中这是因为在实施此处所讨论类型的研究的前后无须处理放射性同位素的情况下，可以增加辐射强度而不会给周围环境带来风险。