王金元 于 鵬 周昌帥 王徐輝 趙巍巍

(河南石油工程有限公司測井公司 河南 南陽 473132)

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·經(jīng)驗交流·

SDZ-5110微球聚焦測井儀原理及常見故障分析

王金元 于 鵬 周昌帥 王徐輝 趙巍巍

(河南石油工程有限公司測井公司 河南 南陽 473132)

SDZ-5110微球聚焦測井儀是SDZ-5000快速測井平臺的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各油田，測井效果良好。文章詳細介紹了該儀器工作原理及電路組成，對常見故障進行了總結(jié)分析與排除，對該儀器的維修有很好的借鑒作用。

微球聚焦測井儀 ；沖洗帶電阻率 ；屏流信號；故障分析

0 引 言

微球聚焦測井是微電阻率測井的方法之一。它適用于水基泥漿(淡水或鹽水) 、砂泥巖或石灰?guī)r剖面的中、深井測井。微球聚焦測井是在微側(cè)向和鄰近側(cè)向的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種測井方法。由于微球極板的特殊結(jié)構(gòu)及采用泥餅校正電極，使其有效的消除了泥餅及原狀地層對測量的影響，能更準確的測量出地層沖洗帶電阻率[1]。

1 儀器解析

1.1 儀器工作原理

SDZ-5110微球聚焦測井儀可在175℃高溫和140 MPa壓力的條件下可靠使用。采用該儀器一次下井可同時記錄RXO、dH兩條曲線。與1229或1239雙側(cè)向測井儀組合，可準確判斷滲透地層及泥漿侵入情況，從而確定地層含油、氣、水的性質(zhì)。儀器具有馬達控制推靠器，使微球極板緊貼井壁。儀器可選用兩種極板適用于井徑為152 mm～500 mm的中、深井中測井。微球聚焦測井儀有主電極、屏蔽電極、監(jiān)督電極。屏蔽電流對主電流起屏蔽作用，從而防止泥餅分流。屏蔽電流和主電流同時作用，經(jīng)過增益放大器的自動調(diào)節(jié)，最后使監(jiān)督電極M1M2之間的電位差趨向于零[2]。

儀器供電(180 V交流)以后，經(jīng)過井下儀電源穩(wěn)壓電路，變成±15 V的直流，供儀器的各部分使用。首先由屏流放大電路產(chǎn)生1 024 Hz的正弦波信號，作為儀器的工作信號，一路送到屏流放大器(同一厚膜電路)，此信號經(jīng)過放大后，由變壓器T5耦合至主電極A0上，由于屏蔽電流I1的回路電極A1距主電極A0很近，在有泥餅存在時，大部分I1的都沿著泥餅流到A1電極。另外，I1電流在周圍空間形成的電場在監(jiān)督電極M1M2之間形成電位差ΔVm1m2。此電位差經(jīng)過高增益主流放大器放大后，變成與I1電流同極性的主電流I0，再從主電極送出。泥餅中已被I1所填充，I0只好穿過泥餅進入地層沖洗帶。因地層沖洗帶很少有屏蔽電流I1，所以I0便失去了屏蔽電流的屏蔽作用，它幾乎呈放射狀向四面八方發(fā)射，正因為它在沖洗帶中不受屏蔽作用的影響，它就不會向鄰近側(cè)向測井那樣流入地層的侵入帶。從而也就有效地克服了侵入帶的影響。另外，電極系中由于增加了泥餅校正電極M0，從電場圖上分析，它正好代表了泥餅和地層交界處的電位，在測量電位時，我們只要把這部分影響減去，就能去掉泥餅的影響。用公式表達為：

Rxo=K(VM1-VM0)/I0

(1)

式中VM1、VM0分別為電極M1、M0的電位；I0為主電流強度；Rxo為沖洗帶電阻率；K=0.024 m (小極板) 或K=0.041 m(大極板)。

下井儀器電子線路主要包括：屏流放大電路、主流放大器、V0I0測量及相敏檢波電路等七部分。以下對電路主要部分進行解析。

1.2 信號發(fā)生電路與屏流放大電路

該電路由正反饋及一些外圍電路組成，振蕩頻率由X3輸1 024 Hz、10.5 V左右的正弦波信號，此信號即為儀器的工作參考信號。屏流放大電路是由同一厚膜電路和功率放大器組成。給下井儀器提供一定功率的屏流。它把屏流信號和主流控制信號相加，使屏流輸出電壓隨主流大小向相反方向變化，從而不但加快了儀器平衡的速度，而且擴大了儀器的測量動態(tài)范圍。

1.3 主流放大器

由前置放大器、帶通濾波器和壓控恒流源組成，它提供隨監(jiān)督信號ΔVM1M2變化的主電流I0。前置放大器工作信號是微伏級的，故置于軟磁合金的屏蔽殼里。其工作電源是由主流放大板經(jīng)過去耦降為±8 V左右后提供電路。

帶通濾波器6N1采用多端負反饋形式。為了保證系統(tǒng)增益和有效抑制振蕩，濾波器的放大倍數(shù)為100，Q值也較高。輸出由電阻R4和R5分壓，一部分信號送到屏流放大器，控制屏蔽電流的變化；另一部分由藕合變壓器到下級。最后一級采用壓控恒流源電路，它的增益可以隨地層電阻率成正比例變化。這樣，即可滿足高阻層的測量精度，又可保證低阻層的穩(wěn)定要求。適當?shù)剡x擇R6，可以使電路工作在理想的放大倍數(shù)條件下，計算公式A=KRx0，式中A為線路增益，Rx0為地層電阻率，K為比例系數(shù)，大小與線路中R6成反比，即：K=1/R6。

1.4 I0 、V0測量放大電路及相敏檢波電路

I0測量放大器的作用是將主電流的大小線性地轉(zhuǎn)換成電壓信號，V0測量放大器是放大M1和M0之間的采樣電壓ΔVM1M0，該部分電路是由厚膜電路及外圍一些電阻、電容組成。該厚膜電路中包括它帶通濾波電路及相敏檢波電路，這里使用帶通濾波電路的目的，一方面使失調(diào)電壓不會在輸出變壓器T8、T9內(nèi)產(chǎn)生電流而飽和，另一方面可以有效濾除地電干擾，以及組合測井時的雙側(cè)向信號干擾。I0、V0相敏檢波電路是將被放大了的I0、V0信號、分別經(jīng)變壓器T8、T9藕合到相敏檢波電路，I0、V0交流信號經(jīng)相敏檢波后，成為脈動信號，然后通過R809、C805和R801、C806組成的濾波電路濾波，輸出穩(wěn)定的直流信號[2]。

2 儀器技術(shù)指標

供電要求：AC180±10 V，50 Hz；

RX0記錄范圍： 0.2 Ω·m～2 000 Ω·m；

RX0測量精度：2 Ω·m～200 Ω·m，范圍內(nèi)允差±5%；

0.2 Ω·m～2 Ω·m和200 Ω·m ～1 000 Ω·m，允差±10%；

dH記錄范圍：150 mm～500 mm；

dH測量精度：150 mm～500 mm，允差±5%；

最高工作溫度： 175℃(恒溫0.5h)；

最高承受壓力：140 MPa；

儀器外徑：φ92 mm，推靠器收攏后不大于114 mm，張開后最大為500 mm；

儀器長度：3.14 m；

儀器質(zhì)量：90 kg；

最大測井速度：1 000 m/h；

垂直分辨率：2 00 mm；

探測深度：150 mm～200 mm；

穩(wěn)定性：儀器連續(xù)工作四小時，漂移在10%以內(nèi)。

3 故障分析與排除

故障現(xiàn)象1：輸出I0、V0信號不穩(wěn)定或I0、V0值不正確。

在微球的測量放大電路中，變壓器的次級接相敏檢波的3#、4#端，變壓器的中心抽頭與5#纜芯相接。微球儀器的5#纜芯即是信號地，也是換檔電壓的傳輸線；相敏檢波器DG307的工作電壓為12 V，而儀器換檔刻度電壓一般為50 V～60 V，因此儀器在換檔時，很高的換檔電壓直接倒灌到相敏檢波器DG307上，從而將DG307集成塊燒壞。

排除： 為了保證三路儀器信號輸出不受繼電器的影響，分別在輸出端增加了三個穩(wěn)壓二極管和三個10UF的濾波電容。增加穩(wěn)壓二極管的目的是使輸出電壓穩(wěn)定，濾波電容的目的是對三道信號進行濾波，使傳輸?shù)男盘柗€(wěn)定，提高所測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性[3]。檢查發(fā)現(xiàn)50多伏的直流刻度電壓通過繼電器加到相敏檢波器上，造成相敏檢波器DG307損壞?，F(xiàn)將5#纜芯的信號地與換擋電壓進行分離，5#纜芯僅用于換檔DC的傳輸用，并更換DG307集成塊，儀器工作正常。

故障現(xiàn)象2 推靠控制正常但無I0、V0輸出。

排除：當儀器供電后，輸出不隨模擬盒檔位或地層變化。此現(xiàn)象的原因是當儀器供電時，系統(tǒng)需要60 s左右的內(nèi)部刻度時間，輸出不變化是正常現(xiàn)象，如果長時間不變化，儀器可能出現(xiàn)問題。檢查儀器工作電流是否過大，將儀器電源關(guān)閉后檢查儀器電路，查看電源板的直流電源是否正確，檢查是否有器件過熱或損壞。檢查發(fā)現(xiàn)正電源15 V變?yōu)?8 V時，主流的輸出在1 000 Ω的電壓輸出為4.950 V。基本達到了飽和，因為單片機工作電壓5 V，導(dǎo)致PCM采不到信號。

當24 V電源電路上的濾波電容性能不穩(wěn)定或虛焊時，會造成繼電器的性能下降或繼電器斷線損壞，測出的(微球)曲線出現(xiàn)了飽和。經(jīng)檢查24 V電源電路上的濾波電容性能穩(wěn)定，但繼電器已損壞，更換繼電器后，I0、V0輸出值正常。

現(xiàn)象3 主流道在1000檔位時，主電流有自激現(xiàn)象。

排除：在跟隨放大器板，主流道中1000檔時有自激現(xiàn)象，頻率為80 Hz，這是由于系統(tǒng)閉環(huán)引起的，只有改變增益，降低幅度來實現(xiàn)。將輸入電阻由原來的1 K變?yōu)? K，反饋電阻由62 K變?yōu)?0 K后，主流道中1 000檔電流自激現(xiàn)象消失，儀器工作正常。

現(xiàn)象4 三道信號I0、V0、I1均沒有值。

排除：當儀器在上井過程中I0、V0、I1均沒有信號時，回來要檢查下井電流及電源工作電壓、屏流放大器的振蕩器及其外圍電阻、電容。檢查發(fā)現(xiàn)晶振電路和厚膜電路產(chǎn)生的1 024 Hz正弦波信號振蕩頻率不對，幅度低于正常值。更換晶振和厚膜電路集成塊后三道信號I0、V0、I1均正常。

現(xiàn)象5：儀器在刻度時輸出主流值不對。

排除：儀器在刻度和測量時主流值均不正確。檢查發(fā)現(xiàn)微球儀器的信號地線與換檔DC共用一根纜芯，而很高的換擋電壓，直接從10#纜芯倒灌入微球儀器的5#纜芯，導(dǎo)致 2DW234損壞。為了避免雙側(cè)向微球組合測井儀刻度、測井時，燒壞2DW234器件，現(xiàn)將微球儀器的5#纜芯信號地與換擋電壓進行分離。把信號地抽出單獨走18#纜芯，5#纜芯僅用于換檔DC的傳輸，經(jīng)過上述改進和更換2DW234后，儀器在刻度和測量時輸出主流值正常。

4 結(jié)束語

SDZ-5110微球聚焦測井儀是SDZ-5000快速測井平臺的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各油田，測井效果良好，該儀器與快速平臺系統(tǒng)中其它儀器的維修經(jīng)驗積累也在不斷增加。只有對儀器工作原理、儀器電路圖有了充分的了解，理論聯(lián)系實際，在維修實踐中理解電路原理和故障現(xiàn)象，我們的維修技能和效率才會不斷提高，才能為小隊提供可靠的儀器。

[1] 胡 澍.地球物理測井儀器[J].北京:石油工業(yè)出版社，1991:56-58.

[2] 中國電子科技集團第二十二研究.SDZ-5110微球聚焦測井儀維修手冊，2010:4-6.(資料)

[3] 謝樹棋.關(guān)于微球形聚焦測井儀使用中的幾個問題[J].江漢石油科技,1992,(4):34-40.

The Principle and Common Malfunction Analysis of SDZ-5110 Sphere Focus Logging

WANG Jinyuan YU Peng ZHOU Changshuai WANG Xuhui ZHAO Weiwei

(SinopecHenanEngineeringCompanyLimitedLoggingCompany,Nanyang，Henan473132,China)

The SDZ-5110 sphere focus logging is an important part of SDZ-5000 well logging platform,widely used in the oil field,logging well.This paper introduces in detail the working principle and circuit,the common faults are analyzed and eliminated,has a good reference to the maintenance of the instrument.

sphere focus logging, flush zone resistivity, screen flow signal, fault analysis

王金元，男，1989年生，助理工程師，2011年畢業(yè)于長江大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)在河南石油工程有限公司測井公司從事測井地面系統(tǒng)操作工作。E-mail: sf301@126.com

P631.4+3

B

2096-0077(2015)02-0098-03

2014-08-16 編輯：屈憶欣)