放射源固定和存儲裝置安全使用技術(shù)應(yīng)用研究

摘要：地球物理測井施工一般使用的放射源有兩種：銫源和中子源。由于兩種放射源的使用方法、輻射方向以及輻射原理不同，導(dǎo)致兩種放射源的固定、存儲和安裝方式方法都不同。由于放射源具有特定的危險特性，如果使用不當(dāng)將會對操作人員及周圍的人和環(huán)境造成極大的影響。本文對放射源在存儲、運輸以及使用過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行研究和改進，最終研制成功兩套放射源裝置，并對這兩套裝置的結(jié)構(gòu)、原理和使用方法進行研究和論證。

關(guān)鍵詞：放射源；輻射；存儲；安裝

在地球物理測井施工過程中經(jīng)常需要使用放射源，尤其是大多數(shù)煤系氣、頁巖氣和石油井測井施工中不僅需要使用銫源，還需要使用中子源。由于生產(chǎn)測井使用的銫源和中子源具有較強的電離輻射性和放射性特性，在存儲、運輸以及使用過程中，安全將會是一項重要的保障內(nèi)容，如果管理和使用不當(dāng)，將會對操作人員及周圍的人和環(huán)境造成巨大的危害，因此對放射源固定和存儲裝置安全使用的技術(shù)進行研究具有重要意義。本文對銫源源始進行了改進，增加了銫源存儲和使用的安全性，對中子源的源始和源罐進行大幅度改裝，使放射源在存儲、運輸以及使用過程中更加安全和快捷，從而達到提高輻射防護水平，保障放射從業(yè)人員的健康，減少放射性事故的發(fā)生［1-3］。

1測井生產(chǎn)用放射源的存儲現(xiàn)狀

地球物理測井用的密封型放射源在長期使用過程中可能由于：（1）密封容器中的水在強輻射作用下分解產(chǎn)生的蒸汽壓力使容器在應(yīng)力較弱處脹裂；（2）在測井或搬運過程中受磨損、墜落或碰撞使源始裝置損壞；（3）源始裝置密封焊接有假焊等原因發(fā)生放射性物質(zhì)或射氣泄漏現(xiàn)象 ［4-5］。

2銫源源始的研究與改進

目前放射源源始裝置的洞始為圓柱形狀，放射源臨近源始裝置的洞始底部。由于放射源的洞始底部相對較?。s為3 mm）且放射源源始裝置是密封的，測井過程中水壓隨著井深的增加而增大，會造成源始裝置外部的壓力大于內(nèi)部，導(dǎo)致源始裝置側(cè)面和洞始底部磨損甚至出現(xiàn)破口。由于洞始為圓柱形，一旦壓力差導(dǎo)致破口出現(xiàn)，洞始底部不能有效地卡住放射源，放射源很容易從破口處滑落井中。放射源掉入井中很難打撈，會導(dǎo)致放射源泄漏事故，造成重大安全隱患。我國地球物理測井發(fā)展較早，單位眾多，使用的放射源數(shù)量較多，而且現(xiàn)存的很多放射源的生產(chǎn)日期距今已經(jīng)多達幾十年，幾乎采用的都是“平底型”構(gòu)造的銫源源始裝置。鑒于此，經(jīng)過研究和改進提出一種放射源源始裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的源始裝置不能有效地卡住放射源，進而會導(dǎo)致放射源泄漏事故，造成重大安全隱患事故的技術(shù)問題。該裝置的具體構(gòu)造和原理見下文。

此放射源源始裝置，包括源始裝置本體、緩沖結(jié)構(gòu)、頂桿及能夠與探棒連接的連接頭，具體構(gòu)造見圖1至圖5。圖1源始裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖2源始裝置剖面結(jié)構(gòu)示圖圖3源始裝置洞始結(jié)構(gòu)示意圖附圖標(biāo)記說明：101、源始裝置本體；1011、固定孔；102、連接頭；1021、連接孔；201、頂桿；202、緩沖結(jié)構(gòu)；301、連接板；302、連接桿；303、限位板；401、放射源。

連接頭設(shè)置在源始裝置本體頂部，源始裝置本體上設(shè)有能夠放置放射源的洞始，洞始一端外部連通，洞始另一端設(shè)有能夠卡住放射源的縮口，緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述洞始內(nèi)，頂桿與所述洞始可拆卸連接；當(dāng)洞始內(nèi)放置放射源時，緩沖結(jié)構(gòu)一端抵住放射源，緩沖結(jié)構(gòu)另一端抵住所述頂桿。

此放射源源始裝置，如圖1所示，包括源始裝置本體101、緩沖結(jié)構(gòu)202、頂桿201及能夠與探棒連接的連接頭102；連接頭102設(shè)置在源始裝置本體101頂部，連接頭102與源始裝置本體101一體式連接，本實施案例中，連接頭102為T形滑塊，連接頭102上設(shè)有連接孔1021，源始裝置本體101上設(shè)有能夠放置放射源401的洞始，洞始為盲孔，洞始軸心線與源始裝置本體101軸心線垂直，源始裝置上設(shè)有固定孔1011，洞始一端外部連通，洞始另一端設(shè)有能夠卡住放射源401的縮口，本實例中縮口為圓臺形，緩沖結(jié)構(gòu)202設(shè)置在洞始內(nèi)，頂桿201與洞始用螺栓連接，由于縮口最底部的直徑小于放射源401的尺寸，可有效將放射源401卡住，即使測井過程中水壓導(dǎo)致洞始底部磨損出現(xiàn)破口也不會輕易使放射源401脫出掉落井中，通過縮口的設(shè)計有效彌補了現(xiàn)有技術(shù)中的不足；當(dāng)洞始內(nèi)放置放射源401時，緩沖結(jié)構(gòu)202一端抵住放射源401，緩沖結(jié)構(gòu)202另一端抵住頂桿201，本實施案例中，緩沖結(jié)構(gòu)202為彈簧，頂桿201外壁設(shè)有一字形凹槽，更加便于頂桿201的拆卸。

洞始內(nèi)設(shè)有階梯面，階梯面上設(shè)有兩個能夠?qū)Ψ派湓?01進行限位的限位結(jié)構(gòu)，兩個限位結(jié)構(gòu)左右對稱設(shè)置在洞始內(nèi)；限位結(jié)構(gòu)包括連接板301、限位板303及多個連接桿302，本實施案例中，連接板301與階梯面用螺栓連接，連接板301通過多個連接桿302與限位板303連接，限位板303為能夠與放射源401外壁配合的弧形板。本實施例中，連接桿302一端與連接板301焊接，連接桿302另一端與限位板303焊接，通過兩個限位結(jié)構(gòu)能夠更進一步防止放射源401掉落在井中，進一步提高了測井的安全性。

使用過程中，先將放射源401放置在洞始內(nèi)部，放射源401卡在兩個限位結(jié)構(gòu)的限位板303上，將緩沖結(jié)構(gòu)202抵住放射源401上，然后使用一字螺絲刀將頂桿201擰入洞始內(nèi)，通過連接頭102與探棒連接。經(jīng)過驗證，該種裝置的使用時間和原有的源始裝置相近，對測井曲線的影響不大，但是卻很好地解決放射源由于源始破損而被蹦出的情況發(fā)生。

3中子源源始和源罐的研究與改進

在地球物理測井過程中，井下測井儀器經(jīng)常需使用用于存放中子源的中子源源始裝置和與中子源源始裝置連接的中子源探管，目前，中子源源始裝置采用絲扣的連接方式與中子源探管固定連接，該安裝方法存在很多的弊端：一是中子源探管需伸入中子源源始裝置的洞室內(nèi)，由于人眼無法看到，只能憑感覺調(diào)整位置后嘗試旋轉(zhuǎn)中子源源始裝置的下部源罐，極大地增加了操作時間，對操作人員的身體健康造成很大的影響；二是旋轉(zhuǎn)中子源源始裝置的下部源罐直到不能旋轉(zhuǎn)為止，安裝完畢，同樣因為連接部位無法被人眼看到，經(jīng)常出現(xiàn)由于探管傾斜或者絲扣有灰塵造成公絲扣不能完全進入母絲扣中導(dǎo)致連接不牢固，這樣會造成放射源在使用過程中掉落井中的可能性增大，極大影響放射源的使用安全，目前我國使用大多數(shù)中子源的連接方式為絲扣連接，并且老化嚴(yán)重。

經(jīng)過研究和分析我們研制一套新型能夠快速安裝并且牢固的中子源源始裝置和相配套并且能夠放置定位裝置的源罐，具體構(gòu)造見圖6至圖10：

附圖標(biāo)記說明：1—源始主體；101—連接腔室；102—卡槽；103—空腔；104—容納腔室；105—彈簧一；2—卡合組件；201—鎖舌；202—彈簧二；3—解鎖機構(gòu)；301—固定圓盤；302—套筒；3021—條形滑槽；303—環(huán)形凸臺；304—解鎖筒體；305—限位凸緣；306—彈簧三；307—滑動桿；308—限位塊；308—密封條；309—拉手；4—中子源探管；401—限位槽；5—罐體；501—開合門；502—拉環(huán)；503—萬向輪；504—門鎖。

此測井使用中子源源始裝置，包括源始主體，源始主體的中心位置設(shè)有用于插接中子源探管的連接腔室，連接腔室的側(cè)壁軸向等距離設(shè)有多組卡槽，每組卡槽內(nèi)均固定設(shè)置有用于固定安裝中子源探管的卡合組件，源始主體上固定設(shè)置有用于解鎖卡合組件的解鎖機構(gòu)；源始主體內(nèi)設(shè)有用于存儲中子源的容納腔室。

與之配套的是源始儲存罐體，該罐體為方形結(jié)構(gòu)，罐體內(nèi)側(cè)設(shè)有用于存儲中子源源始裝置的洞室，洞室的頂部設(shè)有開合門，開合門上設(shè)有門鎖；罐體的兩側(cè)固定設(shè)置有拉環(huán)；罐體的底部固定安裝有多組萬向輪。

具體實施方式：請參閱圖6至圖8所示，本測井用中子源源始裝置，包括源始主體1，源始主體1的中心位置設(shè)有用于插接中子源探管4的連接腔室101，連接腔室101的側(cè)壁軸向等距離設(shè)有多組卡槽102，每組卡槽102內(nèi)均固定設(shè)置有用于固定安裝中子源探管4的卡合組件2，源始主體1上固定設(shè)置有用于解鎖卡合組件2的解鎖機構(gòu)3；源始主體1內(nèi)設(shè)有用于存儲中子源的容納腔室104。

源始主體1上設(shè)有的連接腔室101為圓柱形結(jié)構(gòu)，位于連接腔室101底部的源始主體1上設(shè)有空腔103，空腔103內(nèi)固定設(shè)置有用于減震中子源探管4的彈簧一105；連接腔室101的直徑大于中子源探管4的直徑；中子源探管4與連接腔室101之間留有解鎖筒體304的空間，不影響解鎖筒體304的上下移動；源始主體1的頂部設(shè)有多組固定孔，通過螺栓將解鎖機構(gòu)3固定安裝在源始主體1上。

每組卡合組件2包括鎖舌201，鎖舌201遠離中子源探管4側(cè)的側(cè)壁上固定設(shè)置有彈簧二202，彈簧二202的另一端固定設(shè)置在卡槽102的內(nèi)側(cè)壁上；彈簧二202的最大張力狀態(tài)如圖1所示，鎖舌201的位置不會影響與中子源探管4上設(shè)有的限位槽401卡合；鎖舌201的縱截面為直角梯形結(jié)構(gòu)，通過將鎖舌201設(shè)置為直角梯形結(jié)構(gòu)，一端方便與彈簧二202的固定，另一端為傾斜設(shè)置，便于中子源探管4下移，將鎖舌201推進至卡槽102內(nèi)；當(dāng)需要將中子源探管4與源始主體1固定安裝時，利用鎖舌201與限位槽201配合，此時，鎖舌201的底端與限位槽201底部貼合，多組鎖舌201相互配合，將中子源探管4鎖至在源始主體1內(nèi)，從而中子源探管4與源始主體1的固定安裝。

中子源探管4的底端設(shè)有與鎖舌201對應(yīng)的限位槽401，通過中子源探管4上設(shè)有的限位槽401與鎖舌201配合，實現(xiàn)中子源探管4與源始主體1的分離與固定。

解鎖機構(gòu)3包括固定圓盤301，固定圓盤301的中心位置設(shè)有通孔，通孔的直徑等于連接腔室101的直徑，固定圓盤301的上端面固定設(shè)置有套筒302，套筒302的內(nèi)徑大于固定圓盤301上設(shè)有的通孔的孔徑，套筒302的外徑小于固定圓盤301的直徑，套筒302的頂端固定設(shè)置有環(huán)形凸臺303，環(huán)形凸臺303的內(nèi)徑與中子源探管4的直徑對應(yīng)相等；套筒302的內(nèi)側(cè)對應(yīng)設(shè)有解鎖筒體304，解鎖筒體304的內(nèi)徑與中子源探管4的直徑對應(yīng)相等，解鎖筒體304的內(nèi)壁貼合中子源探管4的外壁，解鎖筒體304外徑與連接腔室101的直徑對應(yīng)相等，解鎖筒體304的外壁貼合連接腔室101的內(nèi)壁；如圖9所示，解鎖筒體304的頂端固定設(shè)置有限位凸緣305，解鎖筒體304的外側(cè)套設(shè)有彈簧三306，彈簧三306的頂端抵接限位凸緣305，彈簧三306的底端抵接固定圓盤301；通過設(shè)置彈簧三306，可實現(xiàn)解鎖筒體304的上下移動，當(dāng)需要對中子源探管4與源始主體1分離時，操作人員下壓滑動桿307，解鎖筒體304在彈簧三306彈力的作用下向下移動，完成對中子源探管4與源始主體1分離，當(dāng)不需要對中子源探管4與源始主體1分離時，解鎖筒體304在彈簧三306的原始張力作用下，位于套筒302內(nèi)，不會影響中子源探管4與源始主體1的固定；固定圓盤301上還設(shè)有多組與源始主體1頂部設(shè)有的固定孔對應(yīng)的安裝孔，固定圓盤301通過螺栓固定設(shè)置在源始主體1上。

限位凸緣305的外側(cè)壁上固定設(shè)置有兩組滑動桿307，套筒302的側(cè)壁上設(shè)有與滑動桿307對應(yīng)的條形滑槽3021，當(dāng)需要中子源探管4與源始主體1解鎖分離時，操作人員通過操作滑動桿307沿條形滑槽302下移，驅(qū)使解鎖筒體304伸至連接腔室101內(nèi)，將鎖舌201擠壓縮至卡槽102內(nèi)，此時，中子源探管4與源始主體1分離，取出中子源探管；條形滑槽3021對應(yīng)設(shè)有密封條308，密封條308為橡膠材質(zhì)，條形滑槽3021的底部設(shè)有用于限位密封條308的限位塊308，密封條308的頂端設(shè)有與滑動桿307對應(yīng)的通孔，當(dāng)不需要對鎖舌201解鎖時，將密封條沿滑動桿307塞至條形滑槽3021內(nèi)，通過設(shè)置密封條308，一是可用于對滑動桿307的限位，防止滑動桿307向下壓縮，從而使解鎖筒體304下移，防止解鎖筒體304解鎖鎖舌201，導(dǎo)致中子源探管4與源始主體1分離；二是對條形滑槽3021進行密封，防止異物進行解鎖機構(gòu)3內(nèi)，影響解鎖機構(gòu)3的正常使用。

限位凸緣305為環(huán)形結(jié)構(gòu)，限位凸緣305的縱截面為倒L形，通過設(shè)置限位凸緣305，可將彈簧三306的頂部限位在限位凸緣305內(nèi)。

圖10所示，為本套裝置提供儲存罐體，該罐體為方形結(jié)構(gòu)，使用時不再將罐體放倒，罐體5整體為不銹鋼鐵皮材質(zhì)，鐵皮內(nèi)為石蠟填充，罐體5內(nèi)側(cè)設(shè)有用于存儲中子源源始裝置的洞室504，洞室504的頂部設(shè)有開合門501，開合門501上設(shè)有門鎖，用于防護中子源源始裝置；罐體5的兩側(cè)固定設(shè)置有拉環(huán)502，便于操作人員搬運罐體5；罐體5的底部固定安裝有多組萬向輪503，萬向輪具有鎖止功能，通過設(shè)置萬向輪503，便于對罐體5的移動節(jié)省搬運人員體力。

研制的該套裝置很好的解決了原有“絲扣型”中子源源始安裝不便，且容易脫扣掉落的問題，具有很好的推廣意義。

4結(jié)論

（1） 本文經(jīng)過改裝銫源源始裝置將其洞始底部（放射源所在位置）改為縮口，這樣由于縮口最底部的直徑小于放射源的尺寸，可將放射源卡住，即使洞始底部出現(xiàn)破口也不會使放射源脫出掉入井中。采用本放射源源始裝置可有效避免放射源掉落井中引起的安全事故和經(jīng)濟利益損失。

（2） 本文研制的中子源源始和源罐裝置結(jié)構(gòu)簡單，利用鎖舌能夠快速牢固地實現(xiàn)中子源探管與源始主體的固定，無需耗費大量的操作時間，提高了操作安全性，減少了操作人員的身體損害。

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