137Cs放射性密度计在固井施工中的应用

　　137Cs放射性密度计是基于137Cs同位素的放射性原理制成,能够对于流经管道内的具有高温、高压、高粘度、强腐蚀的流体密度进行连续测量,因而特别适应于油田恶劣环境。

　　一、测量原理

　　由核物理知识可知,同位素在蜕变时要释放出γ射线,而γ射线在同物质相互作用时要被物质吸收,从而使本身的能量降低,也就是放射性同位素产生的射线穿过物质时,由于部分射线被吸收而使射线强度减弱。强弱变化符合下式关系:

　　其中:I为探测器接到的射线强度

　　I0为放射源的射线强度

　　μm为物质的吸收系数

　　ρ为物质的密度

　　X为被测物质的厚度

　　附图为密度计在现场实际应用中的结构图。

　　它主要是由三部分组成:放射源、探测器及放大器。放射源主要是由137Cs同位素制成,源强为10毫居里。探测器是由充满了惰性气体(氩)的离子室构成,离子室的中央有一个电极,离子室上加有直流电压,当γ射线打到离子室的气体上时,气体被电离成带电离子,加在离子室上的电压强迫这些电离子移向中央的电极,从而产生电离电流,此电流非常小,在微微安级,此电流与打在离子室上的γ射线强度成正比。放大器采用了一块由美国B-B公司生产的高输入阻抗仪用运算放大器8508构成的负反馈放大器,将探测器输入的微弱信号放大至毫伏级信号,提供给二次仪表。

　　二、现场应用

　　由上述关系(1)可知γ射线的强度与被测物质的密度之间是负指数函数关系,也就是随着管内的水泥浆密度变化,探测器所接受到的γ射线强度也随之呈负指数关系变化,而非线性变化,但当水泥浆密度在很小范围内变化(比如从1.0～2.0g/cm3)时,两者可近似看成线性关系,这在测量密度要求不高的场合(比如测量范围为1.0-2.0g/cm3误差<±3)采用模拟电路就可实现。但当测量范围较大(比如0-2.5g/cm3),精度要求较高,比如误差<±1%时,就必须采用线性插值分段处理,显然模拟电路是很难实现上述要求的。在实际应用中,二次仪表我们采用了单片微处理器,很好地解决了这一问题。目前固井施工现场所测密度变化范围为1.0-2.5g/cm3。在实际应用中可采用三段处理:1.0-1.5g/cm3为一段,1.5-1.9g/cm3为一段,1.9-2.5g/cm3为一段。即在现场对密度计的标定,我们只要标定四点,即1.0、1.5、1.9、2.5四点密度所对应的电压信号输入单片微处理器即可连续测量水泥浆密度在1.0-2.5g/cm3之间变化的任意点密度值,其误差精度实测小于1%。

　　三、使用中应注意的事项

　　因137Cs放射性密度计在实际应用中并不与所测介质相接触,为准确测量介质密度,要求管内介质必须完全充满,否则由于内部有空隙,造成所测密度不准。我们所用的137Cs放射性密度计经市防疫站放射科测试完全符合国家规定的放射性防护标准。使用中只要遵守国家有关核放射性防护规定,就不会对人身产生任何伤害。