呂殿中

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司測(cè)井國(guó)際項(xiàng)目業(yè)務(wù)部 北京)

巖性密度測(cè)井儀高壓不穩(wěn)的故障分析及維修

呂殿中

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司測(cè)井國(guó)際項(xiàng)目業(yè)務(wù)部 北京)

巖性密度測(cè)井儀器內(nèi)的許多故障可以引起高壓不穩(wěn),所以高壓不穩(wěn)定并不簡(jiǎn)單地是儀器的高壓部分產(chǎn)生了故障,應(yīng)全面分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因,有針對(duì)性的給予解決。文章給出一些高壓不穩(wěn)的故障分析及解決實(shí)例。

密度測(cè)井儀;高壓;穩(wěn)定;窗口;計(jì)數(shù)率

0 引 言

由北京環(huán)鼎科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的巖性密度測(cè)井儀由裝在液壓推靠器的密度探頭和電子線路NEC組成,已在全國(guó)許多油田及海外市場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用。目前儀器現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的故障是提供給井下光電倍增管的高壓穩(wěn)不住,即長(zhǎng)道或短道高壓值從低到高搜尋、循環(huán)往復(fù),或在某一個(gè)數(shù)值附近來(lái)回變化,其對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位為0,此時(shí)所獲得的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)是不可靠的。

1 儀器測(cè)量原理

巖性密度測(cè)井儀由電子線路(安裝于NEC共用電子線路段內(nèi))、探頭芯體、探頭殼體、液壓推靠器組成。

測(cè)井時(shí),儀器探頭段緊貼井壁地層,儀器中的1.5居里的銫137伽馬源向地層發(fā)出伽馬射線,伽馬射線與地層物質(zhì)發(fā)生康普頓散射,經(jīng)歷復(fù)雜的過(guò)程后,方向改變,能量降低。當(dāng)能量低于100 keV以下時(shí),發(fā)生強(qiáng)烈的光電吸收。儀器有長(zhǎng)、短兩個(gè)不同源距的探測(cè)器測(cè)量到達(dá)其位置的伽馬射線,其中含有有關(guān)地層的信息。從放射源發(fā)出662 keV的伽馬射線,而探測(cè)到的是0～662 keV的復(fù)雜能譜。

理論和實(shí)驗(yàn)證明,對(duì)于相同密度但體積光電吸收截面不同的三種介質(zhì),得到圖1所示的譜圖[1]。由圖1可以看到,H段的計(jì)數(shù)是電子密度ρe的函數(shù),而 S段的計(jì)數(shù)是ρe和體積光電吸收截面U的函數(shù),即:

H=f2(ρe)

S=f1(U,ρe)

圖1 巖性密度測(cè)量原理

由以上分析可以看出:測(cè)量密度是利用 H段的總計(jì)數(shù),而測(cè)量巖性需要了解S段和H段兩段的計(jì)數(shù)來(lái)計(jì)算。因此,沒(méi)有必要獲得全部范圍內(nèi)的伽馬計(jì)數(shù),合理選擇譜段,正確地測(cè)量伽馬譜線,就可以求得地層準(zhǔn)確的巖性和密度。在實(shí)際儀器中,對(duì)不同的譜段采取設(shè)置窗口的辦法,長(zhǎng)源距測(cè)量用于獲得求取密度、巖性所需數(shù)據(jù);短源距測(cè)量主要用于泥餅補(bǔ)償[2、3]。

2 設(shè)置穩(wěn)譜窗口

以上論述可以看出,巖性密度儀器的工作完全取決于如何準(zhǔn)確探測(cè)伽馬射線的能量。我們知道,閃爍晶體和光電倍增管是正比設(shè)備,光電倍增管輸出的脈沖高度和探測(cè)到的伽馬能量成正比。根據(jù)脈沖高度分類(lèi)近似于根據(jù)伽馬能量分類(lèi)。而檢測(cè)到的脈沖高度與加到光電倍增管上的高壓也成正比,由于井下溫度的變化范圍很大,而光電僧增管的放大倍數(shù)會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生較大的變化,因此,適當(dāng)?shù)剡x擇光電倍增管的高壓(控制光電倍增管的放大倍數(shù))就成了巖性密度能否準(zhǔn)確獲得伽馬能量的關(guān)鍵。為了知道加到光電倍增管上的高壓是否正確,在緊靠晶體端面的地方,放了一個(gè)單一能量為662 keV的銫源。由于緊靠晶體,探測(cè)到的脈沖高度基本不受地層等環(huán)境的影響,把這個(gè)脈沖高度和已知能量的伽馬輸出進(jìn)行比較,通過(guò)改變加到相應(yīng)光電倍增管的高壓可以調(diào)節(jié)輸出脈沖的高度,直到它與基準(zhǔn)脈沖高度吻合。

在實(shí)際情況下,單一能量的伽馬射線并不產(chǎn)生單一高度的脈沖,由于keV到電壓輪換中的統(tǒng)計(jì)起伏變化,脈沖高度聚集在一個(gè)中心平均值周?chē)?符合高斯分布,脈沖高度的平均值應(yīng)該和基準(zhǔn)電壓吻合。

在實(shí)際儀器中,在這個(gè)中心值兩邊各設(shè)立兩個(gè)窗口,如圖2所示[3]。

圖2 穩(wěn)壓窗口的定義

N1的能量從538 keV～600 keV,N2的能量從600 keV～662 keV,N3的能量從662 keV～724 keV,N4的能量從724 keV～786 keV。

3 穩(wěn)壓過(guò)程

測(cè)井時(shí),地面儀器通過(guò)下傳命令向井下發(fā)送高壓控制數(shù)據(jù),同時(shí)把下傳數(shù)據(jù)再返回地面。下傳數(shù)據(jù)經(jīng)解碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生控制高壓振蕩電路的控制信號(hào)。要注意的是,返回地面的數(shù)據(jù)并不代表就是井下振蕩器送到光電倍增管的高壓值,也不代表高壓已經(jīng)加到光電倍增管上。高壓振蕩電路產(chǎn)生的高壓,加到光電倍增管上,光電倍增管輸出脈沖信號(hào),放大后到達(dá)脈沖高度解碼電路(快、慢脈沖放大電路),不同能量的脈沖分別進(jìn)入不同的窗口中累加,隨幀數(shù)據(jù)上傳到地面。其中由緊靠晶體的微弱小源產(chǎn)生的脈沖進(jìn)入穩(wěn)譜窗口N1～N4,地面就是根據(jù)這4個(gè)窗口內(nèi)的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的。

地面下傳控制數(shù)據(jù)的目的是維持N2和 N3的計(jì)數(shù)率相等,但實(shí)際上不可能達(dá)到這一點(diǎn),而是調(diào)節(jié)高壓滿足以下的條件:

N2-(N1-N4)/3=N3

如果達(dá)不到這個(gè)條件,高壓就穩(wěn)不住,地面的標(biāo)志位為0,這時(shí)候的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)是不可靠的。

4 儀器維修實(shí)例

分別觀察長(zhǎng)短道的四個(gè)穩(wěn)譜窗口的數(shù)據(jù),短道計(jì)數(shù)明顯偏低。采用替換法分別確認(rèn)儀器本身工作正常,懷疑是接頭部分接觸不良,導(dǎo)致高壓控制信號(hào)沒(méi)加到探頭上,清潔插針后重新連接,工作正常。

2)長(zhǎng)道高壓穩(wěn)不住

觀察長(zhǎng)道窗口計(jì)數(shù)值均為0,說(shuō)明沒(méi)有高壓或前置放大電路故障。查高壓振蕩電路正常,但無(wú)高壓輸出。再查高壓振蕩板上的電阻 R2(2M)前端有高壓,后端無(wú)高壓。故障原因是 R2電阻斷了。更換電阻后工作正常。

3)測(cè)井時(shí)短道高壓穩(wěn)不住,時(shí)好時(shí)壞

查儀器在故障時(shí)短道各窗口計(jì)數(shù)均為0,經(jīng)驗(yàn)證故障部位在NEC,再根據(jù)儀器時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象,判斷儀器可能存在接觸不良或斷線的地方。查NEC LH8和線路板YMD-01信號(hào)輸入端之間的線不通,系插針處的線斷。因有熱縮管包著,故時(shí)通時(shí)斷。

4)長(zhǎng)道高壓不穩(wěn)

查長(zhǎng)道各窗口計(jì)數(shù)均為0,無(wú)信號(hào)上傳。確認(rèn)故障部位在NEC,抽出NEC電路,發(fā)現(xiàn)高壓控制板部分電路被燒糊了。電阻 R1,電容 C5,三極管Q1損壞.更換該電路板后,儀器工作正常。

5)測(cè)井時(shí)長(zhǎng)道高壓穩(wěn)不住

長(zhǎng)道高壓值從低到高循環(huán)變化,不能穩(wěn)定。觀察長(zhǎng)道四個(gè)通道的值,只有在高壓達(dá)到很高時(shí),LITH窗口才有少量脈沖信號(hào),說(shuō)明井下高壓達(dá)不到預(yù)定值。查探頭部分振蕩管正常,變壓器正常。把振蕩器輸出和長(zhǎng)短道的倍壓電路對(duì)調(diào),依然是長(zhǎng)道高壓值低。判斷是長(zhǎng)道倍壓電路故障。更換高壓總成后儀器工作正常。

6)短道高壓不穩(wěn),長(zhǎng)道高壓雖然能穩(wěn)定在1 400多,但似乎也不對(duì)。

確認(rèn)故障部位在NEC。采用CSY2+NEC+信號(hào)發(fā)生器,在NEC下端相應(yīng)的長(zhǎng)短道輸入端加上模擬脈沖信號(hào),CSY2顯示長(zhǎng)短道的各窗口值亂跳。查脈沖放大電路和脈沖堆積電路均未發(fā)現(xiàn)異常。查A2板各比較器輸出也未見(jiàn)異常,判斷是A1板對(duì)密度部分的計(jì)數(shù)出錯(cuò)。更換A1板后,儀器工作正常。

5 結(jié) 論

從上面的分析可以看出,儀器的許多故障都可能表現(xiàn)為高壓不穩(wěn),測(cè)井過(guò)程中的井下高壓穩(wěn)不住,是由多方面的原因產(chǎn)生的,并不全部因?yàn)楦邏弘娐繁旧淼脑?。若出現(xiàn)高壓穩(wěn)不住的情況,應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的情況:

1)短道高壓穩(wěn)不住,從低到高反復(fù)循環(huán)搜索

1)高壓確實(shí)不存在。前面說(shuō)過(guò),返回地面的高壓數(shù)據(jù)并不代表高壓就已經(jīng)加到了光電倍增管上,有可能因某個(gè)環(huán)節(jié)的故障,高壓振蕩器沒(méi)有高壓輸出。

2)穩(wěn)譜窗口數(shù)據(jù)值不正確。如果這4個(gè)窗口數(shù)據(jù)值達(dá)不到上述的條件,高壓也穩(wěn)不住,這種情況在現(xiàn)場(chǎng)比較多見(jiàn)。

3)某道數(shù)據(jù)全為0。由于信號(hào)通道的故障,脈沖數(shù)據(jù)沒(méi)能上傳到地面,使長(zhǎng)源距通道或短源距通道的數(shù)據(jù)顯示全為0,這時(shí)地面高壓會(huì)從低到高搜索,始終穩(wěn)不住。

[1] 馮啟寧.測(cè)井儀器原理——非電法測(cè)井儀器[M].東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社,2006

[2] 北京環(huán)鼎科技有限公司.巖性密度測(cè)井儀530數(shù)控測(cè)井儀器使用維修手冊(cè).2007(資料)

[3] 北京環(huán)鼎科技有限公司.共用電子線路段一530數(shù)控測(cè)井儀器使用維修手冊(cè).2007(資料)

P631.8+3

B

1004-9134(2010)02-0090-02

呂殿中,男,1962年生,高級(jí)工程師,1983年畢業(yè)于華東石油學(xué)院測(cè)井專(zhuān)業(yè),長(zhǎng)期從事數(shù)控測(cè)井儀器的維修工作,現(xiàn)任長(zhǎng)城鉆探測(cè)井國(guó)際項(xiàng)目業(yè)務(wù)部技術(shù)支持。郵編:100000

2009-09-21 編輯:劉雅銘)

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