杜黎君 嵇玉華 席習(xí)力

(中原石油勘探局地球物理測井公司 河南 濮陽)

0 概 述

巖性密度儀測量伽瑪射線強度的減少以及由于地層的吸收特性引起Cs137 能譜的改變，以此計算出地層的體積密度和地層的巖性成分。儀器必須貼井臂測量，以減少泥漿和井眼尺寸對測量的影響，所以該儀器利用馬達將裝有放射源和光電探測器的推靠器極板緊貼井臂，同時單臂測量井徑。本文以ECLIPS - S5700配備的2228 巖性密度儀為例，討論儀器在使用中出現(xiàn)的問題以及實踐中總結(jié)出的經(jīng)驗和操作時注意事項。

1 巖性密度儀器的刻度

儀器刻度過程，刻度表中經(jīng)常有幾項不能通過，這主要是由于儀器在刻度塊中的放置位置沒有調(diào)整好，以及推靠器極板、源室不清潔造成的。

1.1 死時間校正

巖性密度儀中所用探測器要受到一個被稱為“死時間”現(xiàn)象的約束，即對伽瑪射線的探測必須要延遲一段時間才能進行，也就是在死時間期間的探測要被忽略。2228 短源距探測器的死時間是0.000 002 s，長源距探測器的死時間為0.000 004 s。在正常測井條件下，由于死時間校正很小，儀器測量過程中會有誤差被引入，誤差隨計數(shù)率的增加而增加，因此，在低密度條件下，誤差較大。在密度非常低的條件下，如硅藻巖，誤差能達到0.05 gm/cc。下面的公式可用來對密度曲線(ZDEN)和密度校正曲線(ZCOR)進行校正。

死時間校正=儀器實測計數(shù)率×探測器的死時間。

注意，刻度/校驗表中的SSD(短源距計數(shù))、HRD1(長源距源距高能計數(shù))、HRD2(長源距源距低能計數(shù))為原始計數(shù)率，是未經(jīng)死時間校正的，而ZDEN、ZCOR、PE 以及所有來自ZDEN，并經(jīng)計算的所有曲線都是經(jīng)死時間校正的。

1.2 儀器刻度［1］

儀器主刻度使用2 個具有各向同性的鎂合金塊和鋁塊以及2 個金屬片。鎂塊和鋁塊的密度值是參照美國休斯頓的標準設(shè)置，該標準設(shè)置是通過已知密度值驗證的。儀器的主刻度是對能量(峰值探測)、密度及PE 的刻度。

儀器的能量刻度是使用長源距探測器中的監(jiān)測源(銫137)和能量刻度塊(镅241)，讓長源距探測器對放射性能譜中的銫峰和镅峰進行搜尋。也就是對光電倍增光的高壓即增益做自動調(diào)整，由監(jiān)測源產(chǎn)生的本底被連續(xù)地從不斷累積的長源距譜中剔除，使銫峰保持在230 ±5 道上，這種狀態(tài)是測井的最佳狀態(tài)。能量刻度必須在密度刻度和PE 刻度前進行，這是確保儀器正常工作的前提?？潭葧r镅源的放置如圖1 所示。

圖1 能量刻度時，镅源刻度塊的放置

能量刻度結(jié)束后，就要使用測井源，即2 居里銫源做密度和PE 刻度?？潭缺碇械腗G(鎂)、AL(鋁)和CORR(校正)用于密度計算;LO PE(低PE)和HI PE(高PE)用于PE 計算。

第一個刻度點是對鎂合金塊的測量，為刻度表中的MG 計數(shù)，也用于LO PE 的計算。第二個刻度點是鎂合金塊另加1/4 in 厚度的不銹鋼墊片，即刻度表中的HI PE 計數(shù)。第三個刻度點為鋁塊，即刻度表中的AL 計數(shù)。第四個刻度點測量鋁塊加3/4 in 厚度的鎂墊片，即刻度表中的CORR，該計數(shù)用于校正泥餅。

刻度時，刻度塊可以垂直放置，也可以水平放置。推靠器在刻度塊水平放置位置如圖2 所示。同時極板必須保證沒有灰塵、巖屑，并且保持極板干燥。

圖2 探頭極板在鎂或鋁刻度塊中的位置

推靠器極板面對刻度塊的“厚”部，極板上邊緣應(yīng)與刻度塊邊緣對齊。氣壓泵柱塞壓力保持在2 800 psi，使極板牢牢地貼緊刻度塊。注意極板在刻度塊中不能有旋轉(zhuǎn)和傾斜。極板在刻度塊中正確與錯誤位置的對比，如圖3 所示。

測量HI PE 和CORR 時，需在刻度塊中加放金屬片，一定要使金屬片與刻度塊保持弧形吻合。在測量HI PE 過程中，刻度表中的SHR(軟硬比)在誤差范圍內(nèi)外不斷變化，但測量結(jié)束，SHR 要在誤差范圍內(nèi)，如果不在，檢查極板和金屬片在刻度塊中的放置位置，使其符合圖二和圖三的要求后，重新測量。

在測量CORR 過程中，隨著CORR 測量的結(jié)束，刻度表中的MG/AL(鎂鋁比)會隨之計算出來，如果這些值不在給定的誤差范圍內(nèi)，也需要檢查極板和金屬片在刻度塊中的放置位置后，重新測量。

圖3 極板在鎂或鋁刻度塊中正確與錯誤位置的對比

如果這支儀器有之前的刻度，將本次刻度中的所有數(shù)據(jù)與之對比，如果個別數(shù)據(jù)相差明顯也要特別注意調(diào)整極板和金屬片在刻度塊中的位置，如果重新測量后依然達不到誤差要求，儀器就需要維修了。

主刻度完成后，立刻執(zhí)行主校驗。主校驗使用的是校驗夾具，俗稱雙胞胎源。夾具的安放與圖一所示相同。主校驗期間短源距計數(shù)和2 個長源距計數(shù)相差很大，而且能譜窗口顯示了相當寬的能量譜。

儀器的測前和測后刻度是在測井前和測井結(jié)束后馬上進行的，使用的刻度源與主校驗的相同，注意確保探頭極板的潔凈與干燥?？潭冉Y(jié)果，SHR、DEN、CORR、PE 必須在誤差范圍內(nèi)。

2 井徑臂的打開與關(guān)閉［2、3］

2228 有一個設(shè)計缺陷，就是沒有馬達工作電壓的上傳，所以單憑直流面板的供電顯示是不能確定具體加到馬達上的電壓，過壓會使儀器產(chǎn)生更多的熱量，欠壓會增加井徑的開合時間。馬達的起始工作點為電壓110 V DC 時，電流200 mA，也就是在這個條件下馬達才能工作。儀器推靠器中有2 個限位開關(guān)，分別在井徑臂打開和閉合后斷開馬達電路，直流面板上的電流顯示為零，以此提示操作員井徑開合到位，關(guān)閉直流電源。但儀器使用一段時間后，限位開關(guān)會失去作用，井徑臂打開或閉合后，限位器不能被激勵，馬達電路無法被斷開，電流沒有回零提示。可是限位器的失效不會影響井徑臂開合。這就會帶來一個問題，儀器在井下做井徑開合，如何判斷井徑打開或閉合已經(jīng)到位，我們的做法是將電纜頭與3514 遙測短節(jié)、巖性密度線路相連，直流電源供電到150 V DC，測量巖性密度線路下連接頭第11 芯和12 芯之間的電壓，該電壓就是下井時實際加到馬達上的電壓(電纜長度不同，電壓值也不同)，在110 V DC ～150 V DC 范圍內(nèi)，斷電，將推靠器(井徑臂完全閉合)與巖性密度線路相連。面板供150V DC 直流電，記錄井徑臂完全打開所花的時間，最好在井徑刻度時，也記錄下井徑臂打開的時間。同樣地，記錄井徑臂在完全閉合時所花時間。關(guān)閉時間大概是打開時間的1.5 倍。一旦限位開關(guān)不起作用，儀器在井下開合井徑時，就會在開合時間上有個的把握。再結(jié)合井徑曲線，就能準確判斷井徑臂在井下開合位置，避免馬達在井徑臂開合到位的情況下仍舊不停轉(zhuǎn)動乃至損壞。

對于像巖性密度儀這樣依靠馬達提供動力開合井徑臂的儀器，測井時，井徑臂必須在靜止或儀器慢速(＜10 m/min)上提時才能打開。在儀器下行時打開井徑臂或在井徑臂打開的情況下下行，井徑臂將會卡住井眼，還可能會使其彎曲或折斷，甚至出現(xiàn)儀器卡在井中的嚴重后果。

2228 巖性密度是數(shù)字遙測儀器，與模擬儀器不同的是能在不關(guān)閉儀器主交流電源的前提下，即地面設(shè)備與井下儀器依然保持通信，通過下發(fā)指令，將直流電源送給馬達。下井儀器串若有多支使用馬達開合井徑臂的儀器，如儀器串中有巖性密度和微球儀器，這2 支儀器都是使用馬達開合井徑臂的。但微球是模擬儀器，不能響應(yīng)井徑開合指令。所以模擬儀器的井徑臂開合時就必須關(guān)閉儀器主交流電源，通過纜芯控制面板上的馬達開關(guān)，手動將直流電源送給馬達。在這種情況下，作為遙測儀器的巖性密度中的馬達也會一起工作，所以馬達電流就會比單支儀器井徑開合時的高。

巖性密度推靠器中的馬達繼電器要求在儀器斷電的情況下，其常閉端為“井徑關(guān)閉狀態(tài)”，這是為了防止地面或巖性密度儀通訊異常，造成井徑臂在井下無法正常關(guān)閉時專門設(shè)計的，如遇此異常，就可以采取模擬儀器手動關(guān)閉井徑臂的做法。這樣，儀器就能順利上提出井眼。在這里還要特別提醒，由于通訊異常，不可能觀察井徑曲線值，無法判斷井徑臂是否完全閉合，還有一種情況是，地面設(shè)備或電纜問題造成直流電源無法送給馬達，井徑依然是完全打開的狀況。上述兩種情況下，儀器出井眼時，井徑臂馬上從表層套管受限的狀態(tài)下猛烈反彈。所以，這時施工人員必須遠離儀器，防止泥漿、巖屑以及側(cè)鉆的鐵屑飛濺傷人。

3 注意事項

測井過程中，如曲線出現(xiàn)異常，要注意是否有影響巖性密度測量的井下條件存在，如:

1)井中有大量的重晶石或赤鐵礦或其他化學(xué)制品，因為這些物質(zhì)具有高的的光電吸收截面;

2)大裂縫地層;

3)泥餅厚度大于1/2 in;

4)大于井徑的測量范圍的沖蝕擴大井段;

5)極不規(guī)則的多褶皺、成波狀的井眼

另外，也要注意不適宜的手動增益調(diào)節(jié)，會影響儀器的原始測量，而且在原始數(shù)據(jù)回放，即RDR 的再處理中是不能被校正的。

4 結(jié)束語

本文以ECLIPS-S5700 的2228 巖性密度儀為例，討論了巖性密度儀器在實際使用中，由于極板在刻度塊中的放置錯誤及極板、源室未做清洗造成主刻度不能通過;在限位開關(guān)失效的情況下如何使井徑臂在井下開合到位;儀器出井眼時的人員安全以及影響巖性密度測量的井下條件。通過分析，對巖性密度儀器有了一個深刻的認識。相信，在今后的使用中，會對其有更加全面、具體的掌握。

［1］Baker Atlas. Operation Manual，Texas. 1997 (資料)

［2］勝利偉業(yè)石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司. SL -6000 下井儀器維修手冊. 2004(資料)

［3］Baker Atlas. Downhole Tool Matence Manual. Texas，2001(資料)