劉一品 吳少威 閆明琦 趙焯英 鄭琦怡 胡進(jìn)利 王文學(xué)

(1.中國石油測(cè)井有限公司長慶事業(yè)部 陜西西安) (2.中國石油測(cè)井有限公司華北事業(yè)部 河北廊坊)

HRDL高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀故障分析及解決方案

劉一品1吳少威1閆明琦1趙焯英1鄭琦怡1胡進(jìn)利2王文學(xué)2

(1.中國石油測(cè)井有限公司長慶事業(yè)部 陜西西安) (2.中國石油測(cè)井有限公司華北事業(yè)部 河北廊坊)

文章首先分析了HRDL高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀的基本原理,在此基礎(chǔ)上就雙側(cè)向測(cè)井儀在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的故障進(jìn)行了分析和探討,最后通過對(duì)實(shí)際問題的解決,提出了該儀器故障排除的解決方案。

高分辨率;雙側(cè)向;測(cè)井儀;故障分析;解決方案

0 引 言

側(cè)向測(cè)井是一種電阻率測(cè)井。其特點(diǎn)是在供電電極的兩側(cè)加上有同極性的屏蔽電極,使主電極的電流被控制在一個(gè)狹窄的范圍內(nèi)垂直進(jìn)入地層,大大減小泥漿分流和上下圍巖的影響。側(cè)向測(cè)井是克服泥漿影響和高阻薄地層的重要方法。側(cè)向測(cè)井根據(jù)電極排列和尺寸不同,其探測(cè)深度也不同,所以又有深淺側(cè)向測(cè)井之分。深淺側(cè)向測(cè)井配合使用,可以研究滲透性地層的泥漿侵入帶性質(zhì),有助于劃分油水層。

1 電極系及工作原理

1.1 電極系結(jié)構(gòu)[1]

HRDL高分辨率雙側(cè)向測(cè)井的電極系是由串在一個(gè)圓柱型絕緣棒上的9個(gè)環(huán)狀包鉛電極組成。電極系上端連接電子儀,下端連接A2L電極或聲波儀,組成對(duì)稱分布的11個(gè)電極,該電極系由兩個(gè)主電極A0、A0′,監(jiān)督電極M1、M2和M2′,兩對(duì)屏蔽電極A1、A1′和A2、A2′,一對(duì)輔助監(jiān)控電極和A1＊′組成。高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀在滿足電極短路條件和電位平衡條件時(shí),測(cè)得地層電阻率。深側(cè)向和淺側(cè)向使用同一個(gè)電極系。電極系如圖1所示。

圖1 高分辨率雙側(cè)向電極系分布圖

1.2 工作原理[2]

圖2 高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀器的電路原理框圖

高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀器的電子儀由井下微機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)控雙側(cè)向的基本模擬電路組成。高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀器的電路原理框圖如圖2所示,當(dāng)井下儀加電后,首先由井下微機(jī)產(chǎn)生初始命令,控制儀器工作狀態(tài)和深、淺屏流,由微機(jī)直接輸出經(jīng)控制的可變直流供屏流源產(chǎn)生信號(hào)。淺測(cè)向電流源產(chǎn)生280 Hz淺測(cè)向總電流It,它包括淺屏流Ibs和淺測(cè)向主電流Ios。淺測(cè)向電流Ibs、Ios流經(jīng)地層后返回至電極A2。深測(cè)向電流源產(chǎn)生35 Hz深測(cè)向總電流It,它包括深屏流Ibd和深測(cè)向主電流Iod,Ibd從屏蔽電極A1、A2流出,Iod從主電極A0流出,深側(cè)向電流Ibd、Iod流經(jīng)地層后返回魚雷電極(電纜外皮)。為了使電極系工作于深測(cè)向狀態(tài),屏蔽電極A1、A2應(yīng)保持等電位,為此引入一個(gè)輔助監(jiān)督回路,它的輸入信號(hào)取自于電極A2、A＊1之間的電位差,而不是取自于A2、A1之間的電位差(這是由于A1電極的表面積比A＊

1電極的表面積大的多,在A1電極上積聚的電荷多)。當(dāng)與A2之間出現(xiàn)35 Hz信號(hào)的電位差時(shí),輔助回路將在輸出端提供一個(gè)補(bǔ)償電壓加在電極A2與A1之間。補(bǔ)償電壓的大小與輸入信號(hào)相等但極性相反。所以對(duì)35 Hz信號(hào),屏蔽電極A1、A2處于短路狀態(tài)。

深、淺側(cè)向功控電流源發(fā)射屏流和主電流,主監(jiān)控回路調(diào)節(jié)從主電極上輸出主電流I0,迫使監(jiān)督電極之間的殘余電位差ΔUm1m2約等于零,使A0電極發(fā)射的主電流Io水平流入地層,迫使地層電流場(chǎng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡;電流測(cè)量電路測(cè)量主電流Id(深側(cè)向)、Is(淺側(cè)向),電壓測(cè)量電路測(cè)量主電流經(jīng)過目的層的壓降Ud(深側(cè)向)、Us(淺側(cè)向),所測(cè)得的Ud、Us、Id,Is信號(hào)送入多路選擇開關(guān),分路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,然后送入微機(jī)計(jì)算各自的Ra=KVo/Io、Po=Vo×Io,比較Po和預(yù)設(shè)功率Pr,產(chǎn)生新的功控命令,控制微機(jī)輸出的直流信號(hào),控制深、淺屏流的變化,形成井下閉環(huán)控制,完成測(cè)量深側(cè)向電壓Vd、電流Id;淺側(cè)向電壓Vs、電流Is等四個(gè)信號(hào),從而可以計(jì)算出地層電阻率。

2 故障現(xiàn)象及解決方案

故障現(xiàn)象1:深側(cè)向的刻度值正常,淺側(cè)向的高、低刻度值明顯偏大。

室內(nèi)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)深側(cè)向的刻度值都在正常范圍內(nèi),而淺側(cè)向的高刻值和零刻值都明顯偏大,但是它們的比值關(guān)系都很好。檢查了電極系和其它與淺側(cè)向有關(guān)的電路模塊后,沒有發(fā)現(xiàn)問題所在。測(cè)量電子線路淺側(cè)向電流源振蕩器的輸出時(shí),發(fā)現(xiàn)示波器所顯示的正弦波幅度正常,但是頻率卻只有110 Hz,而不是280 Hz。由此判斷故障出在淺側(cè)向電流源上。淺側(cè)向電流源振蕩器電路如圖3所示。

圖3 淺側(cè)向電流源的振蕩器電路

解決方案:用萬用表經(jīng)過仔細(xì)的檢查,發(fā)現(xiàn)電阻R9處有虛焊,將電阻R9重新焊接后,再次供電檢查,儀器工作正常,故障得以排除。

故障分析:當(dāng)R9處虛焊,即電阻阻值變大時(shí),振蕩電路的二級(jí)帶通濾波器的中心頻率將變小。振蕩器的中心頻率偏移,使得整個(gè)電路的信號(hào)頻率發(fā)生改變,而其他相關(guān)的濾波器或相敏檢波器等的設(shè)定頻率卻仍然是280 Hz,這樣就會(huì)使一部分有用的信號(hào)丟失,同時(shí)使一些無用信號(hào)進(jìn)入,最終導(dǎo)致輸出的刻度值不正確。

故障現(xiàn)象2:雙側(cè)向儀器在測(cè)井的過程中出現(xiàn)深淺側(cè)向值下掉現(xiàn)象。

通電檢查時(shí),不管在測(cè)井檔或刻度檔,測(cè)量值都不穩(wěn)定,但過一段時(shí)間儀器又恢復(fù)正常,當(dāng)儀器工作不正常時(shí),檢查模擬短節(jié),發(fā)現(xiàn)深淺電流值比較正常,而深淺電壓值偏低,更換數(shù)字板后故障仍未消失。

解決方案:上述故障現(xiàn)象說明問題不在數(shù)字板上,再檢查繼電器板時(shí),發(fā)現(xiàn)繼電器K2工作不穩(wěn)定,更換后儀器工作正常。

故障分析:通電檢查深、淺電流測(cè)量值正常,而電壓測(cè)量值不正常,說明儀器的公共部分正常,再檢查與電壓測(cè)量有關(guān)的刻度電路時(shí),發(fā)現(xiàn)繼電器K2工作不穩(wěn)定,繼電器K2控制深、淺測(cè)向的電壓測(cè)量回路,如果繼電器K2工作不穩(wěn)定,電壓測(cè)量電路的輸入信號(hào)就不穩(wěn)定,致使測(cè)量的深淺電壓值不穩(wěn)定,根據(jù)電阻率的計(jì)公式Ra=KVo/Io可知,電壓值偏低時(shí),電阻率值將偏低,從而導(dǎo)致雙側(cè)向儀器在測(cè)井的過程中出現(xiàn)深淺側(cè)向值下掉現(xiàn)象。

故障現(xiàn)象3:測(cè)井時(shí)深側(cè)向曲線正常,淺側(cè)向曲線不正常。

通電檢查儀器時(shí),發(fā)現(xiàn)深側(cè)向在高低刻以及測(cè)井狀態(tài)正常,而淺側(cè)向在高低刻以及測(cè)井狀態(tài)不正常,這說明深淺側(cè)向的公共部分是正常的,檢查淺側(cè)向電流源的直流電源正常,而電流源的輸出不正常,在高刻狀態(tài)下檢查電流源的功率控制信號(hào)為零(正常值為1.4 V),說明故障出在電流源的功率控制信號(hào)上。

分析及解決方案:

如圖4所示,數(shù)字板上單片機(jī)由微機(jī)軟件按預(yù)設(shè)功率曲線控制輸出深、淺側(cè)向控制脈沖信號(hào),經(jīng)濾波和放大電路處理,輸出直流控制信號(hào)Vdpc、Vspc到深淺電流源控制深,淺屏流源工作,通電檢查,當(dāng)繼電器打到高刻檔上,深屏流源輸入端控制信號(hào)Vdpc為1.4 V正常、淺屏流源輸入端控制信號(hào)Vspc幅值為0 V,檢查上一級(jí)數(shù)據(jù)采集控制板,單片機(jī)的54號(hào)和57號(hào)管腳輸出峰峰值為5.0 V的脈沖方波信號(hào),其脈沖寬度隨地層電阻的變化而變化,脈沖方波信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對(duì)比正常。而經(jīng)濾波放大以后深側(cè)向直流控制信號(hào)Vdpc輸出值1.4 V正常;淺側(cè)向直流控制信號(hào)輸出值Vspc為0 V(正常輸出值Vspc應(yīng)為1.4 V),從而說明故障出在淺側(cè)向功率控制信號(hào)的斬波和放大電路上。如圖4所示,檢查了與斬波和放大電路有關(guān)的濾波電容C29電容值為0.1μF正常,電阻R29,R30,R31阻值正常,N10運(yùn)算放大器有輸入信號(hào)卻沒有輸出信號(hào),則是N10運(yùn)算放大器OP07發(fā)生故障,更換運(yùn)算放大器OP07后,儀器通電檢查恢復(fù)正常。

圖4 單片機(jī)輸出的深淺側(cè)向直流控制信號(hào)斬波電路

3 結(jié) 論

HRDL高分辨率雙側(cè)向儀器是測(cè)量高阻地層電阻率的重要儀器,通過對(duì)這些故障的分析和排除,可以得出以下結(jié)論,HRDL高分辨率雙側(cè)向儀器是一個(gè)復(fù)雜的閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng),出現(xiàn)故障的種類具有不確定性,儀器的各部分緊密聯(lián)系,要解決一個(gè)問題,必須對(duì)儀器的原理框圖和信號(hào)流程要有非常全面的理解,通過對(duì)故障進(jìn)行深入細(xì)致的分析,找出解決問題的方案,并在實(shí)際工作中不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn),這樣不但有利于認(rèn)識(shí)其工作原理,還能提高儀器維修水平,并為油田開發(fā)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

[1] 中油測(cè)井有限公司技術(shù)中心.HRDL高分辨率雙側(cè)向井下儀使用維修手冊(cè).2006(資料)

[2] 童石白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,

Failure analysis and solutions to HRDL high-resolution dual laterolog logging.

Liu Yipin,Wu Shaowei,Yan Mingqi,Zhao Zhuoying,Zheng Qiyi and Hu Jinli.

This paper first analyzes the basic principle of the HRDL high-resolution dual laterolog logging.On this basis,the faurts of the dual laterolog logging instrument in the practical application are analyzed and discussed.Finally,by solving the practical problems,troubleshooting solutions are proposed.

High resolution(HR),Dual laterolog,Logging,Failure analysis,Solutions

P631.8+3

B

1004-9134(2011)04-0033-03

劉一品,男,1972年生,工程師,1995年畢業(yè)于長慶石油學(xué)校石油地質(zhì)專業(yè),2010年西安石油學(xué)院工程專業(yè)函授本科畢業(yè),現(xiàn)就職中油測(cè)井有限公司長慶事業(yè)部儀修中心。郵編:710201

2011-02-09編輯劉雅銘)

PI,2011,25(4):33～35

·儀器設(shè)備·