張 金 張燈亮 黎 晗 張 龍

(1.中國石油集團測井有限公司國際事業(yè)部 北京 102206;2.中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部 陜西 西安 710077)

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EILog05遙傳伽馬儀器工作原理及常見故障分析

張 金1張燈亮2黎 晗2張 龍2

(1.中國石油集團測井有限公司國際事業(yè)部 北京 102206;2.中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部 陜西 西安 710077)

EILog05遙傳伽馬儀器不僅完成地層中伽馬射線的測量，更是地面與井下儀器通訊、上傳數(shù)據(jù)以及下發(fā)命令的核心。文章首先對遙傳伽馬儀器電源、遙傳系統(tǒng)和自然伽馬測量單元的工作原理進行分析，然后在此基礎上對實際生產(chǎn)過程中儀器常見故障進行分析。

EILog；遙傳；伽馬；工作原理；故障分析

0 引 言

EILog05遙傳伽馬儀器作為地面與井下儀器通訊、上傳數(shù)據(jù)以及下發(fā)命令的核心，其工作正常與否，關系整個EILog測井系統(tǒng)的正常工作與否以及測井曲線質(zhì)量[1]。因此，當該短節(jié)發(fā)生故障時，如何快速高效發(fā)現(xiàn)故障位置并對其進行維修，使其正常工作具有重大意義。

EILog05遙傳伽馬儀器主要由電源，遙傳系統(tǒng)和自然伽馬測量單元三個功能單元組成。本文將在對儀器各單元工作原理分析的基礎上，針對實際生產(chǎn)過程中儀器常見故障進行分析。以期拋磚引玉，從而更好地解決儀器故障問題，保證測井生產(chǎn)工作的正常進行。

1 遙傳伽馬儀器各功能單元工作原理

1.1 電源單元工作原理分析

EILog05遙傳伽馬儀器的電源單元為整個儀器信號測量以及信號傳輸提供動力。其工作原理框圖如圖1所示。

圖1 電源單元工作原理框圖

220 V纜頭電壓(交流)經(jīng)過變壓器初級輸出四路交流電壓，四路交流電壓通過橋式整流電路整流，并由電容濾波后分別輸出30 V，2.2 V，10 V以及±24 V的直流電壓。其中，30 V直流電壓供繼電器使用，2.2 V直流電壓用于指示纜頭電壓。而10 V直流電壓和±24 V直流電壓則再經(jīng)過42094-005和42094-012三個三端穩(wěn)壓器分別輸出+5 V以及±12 V電壓。+5 V以及±12 V電壓將作為儀器的基本供電電源。

1.2 遙傳系統(tǒng)工作原理分析

EILog05遙傳伽馬儀器的遙傳系統(tǒng)是所有井下儀器與地面計算機測井系統(tǒng)之間統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它是在計算機指令的控制下，進行數(shù)據(jù)的采集、格式編排和傳輸。遙傳系統(tǒng)的核心是固定在一個三角形骨架上的三塊電路板、這三塊電路板分別是模擬板，數(shù)字板和采集板。

其中，模擬板主要完成遙傳系統(tǒng)下傳命令信號的高通濾波和上傳數(shù)據(jù)信號的低通濾波以及功率放大等功能，其工作原理框圖如圖2所示。井下儀器上傳的數(shù)字信號以及聲波信號等模擬信號經(jīng)過低通濾波和功率放大后經(jīng)由T5模式變壓器上傳至地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而下傳的各種命令信號則經(jīng)過高通濾波器以及靜噪抑制電路等到達各種井下儀器。

圖2 模擬板工作原理框圖

數(shù)字板主要由一個CPLD電路組成，其主要完成電纜頭電壓和溫度測量以及下傳電纜傳輸BPSK信號的解碼、同步檢測和幀時序電路控制的產(chǎn)生等。

采集板主要完成模擬信號和數(shù)字信號(脈沖信號)的采集。其工作原理框圖如圖3所示。井下儀器的各種測量信號經(jīng)過16路模擬開關、增益放大器放大以及AD轉換器的AD轉后，經(jīng)由CPLD電路進入DTB接口。CPLD電路是整個數(shù)據(jù)采集電路的核心。

圖3 數(shù)據(jù)采集板工作原理框圖

1.3 自然伽馬測量單元工作原理分析

自然伽馬測量單元主要完成地層中自然伽馬射線環(huán)繞井軸的強度分布的測量，其測井資料可以用來劃分巖性，進行地層對比，以及確定地層泥質(zhì)含量等[2]。自然伽馬測量單元主要由探測器、前置放大電路、信號處理電路以及電源組成。其原理框圖如圖4所示。

圖4 自然伽馬測量單元原理框圖

當?shù)貙又械馁ゑR射線進入探測器后，在NaI晶體的作用下，伽馬射線的能量轉換成熒光，熒光光子穿過光電倍增管玻璃外殼進入光電倍增管后就會在光電倍增管的陰極上產(chǎn)生電子，電子在高壓電場作用下飛向光電倍增管的第一打拿極。此時，第一打拿極會產(chǎn)生較多的次生電子，而這些次生電子在高壓電場作用下又會飛向下一打拿極并產(chǎn)生更多的次生電子。以此類推，大量的次生電子最終到達光電管陽極形成陽極電流[3]。從而成功的將伽馬射線轉換成可供測量的電脈沖信號。

由于此時的電脈沖信號還比較微弱，信號干擾較大，無法供后續(xù)電路進行有效測量[4]。因此，在進入測量電路前，系統(tǒng)設計了以HA2510運算放大器為主的前置放大器，電脈沖信號經(jīng)耦合電容耦合進入前置放大器并經(jīng)電壓放大后輸出。從而大幅提高系統(tǒng)的測量精度和抗干擾能力。

經(jīng)前置放大器放大后輸出的電脈沖信號進入由一塊高溫混合電路LH117068組成的集跟隨、鑒別、分頻和整形為一體的信號處理電路，并通過兩個調(diào)鑒別門檻電壓的電阻最終輸出幅度為+10 V，脈寬為35 μs～40 μs的方波，該方波信號即為自然伽馬測量信號。

自然伽馬測量信號直接送到DTB接口，并通過遙傳系統(tǒng)被最終采集進入地面系統(tǒng)并呈現(xiàn)給測井工作人員。

2 遙傳伽馬儀器常見故障分析

2.1 故障1

2.1.1 故障現(xiàn)象

遙傳伽馬儀器通訊不正常或無法建立通訊，下接儀器上傳數(shù)據(jù)不正常(通過前期準備，排除EILog儀器臺架以及軟連線的影響)。

2.1.2 故障原因分析

由遙傳伽馬儀器電源單元工作原理分析可知，遙傳伽馬儀器電源單元為整個儀器信號測量以及信號傳輸提供動力。因此，出現(xiàn)遙傳伽馬儀器通訊不正?；驘o法建立通訊，下接其它儀器上傳數(shù)據(jù)不正常時，應首先考慮是否是電源單元出現(xiàn)問題。此時可以使用示波器或萬用表檢查電源板上±12 V，±5 V工作電壓輸出值是否正常，其紋波干擾大否。如果確定是電源問題，則再根據(jù)電源單元的工作原理進一步確定到底是濾波環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題還是穩(wěn)壓環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。

當確定電源單元工作正常時，則需進一步檢查遙傳系統(tǒng)工作正常與否。由遙傳系統(tǒng)的工作原理可知，遙傳系統(tǒng)模擬板和數(shù)字板的損壞都有可能造成這種故障現(xiàn)象。首先檢查數(shù)字板，數(shù)字電路板是遙傳伽馬儀器與地面系統(tǒng)的通訊核心，上傳的原始信號也是由該主板產(chǎn)生。其次檢查模擬板，模擬電路板主要完成上傳信號的驅(qū)動，功率放大以及下發(fā)命令的濾波、識別。驅(qū)動和功放電路功耗大、易發(fā)熱，在測井施工高溫高壓環(huán)境下，功耗更大，容易損壞，使上傳信號畸變，從而使通訊無法建立。

2.2 故障2

2.2.1 故障現(xiàn)象

小隊反映測井時伽馬值比正常值低20個API，地面檢查時，遙傳伽馬儀器通訊正常，伽馬測量值不到40個API。

2.2.2 故障原因分析

遙傳伽馬儀器地面檢查時，正常情況下，其伽馬測量值應在80個API到120個API左右。遙傳系統(tǒng)通訊正常，則可排除遙傳系統(tǒng)以及電源單元的影響，問題應該發(fā)生在自然伽馬測量單元。

由伽馬測量短節(jié)工作原理分析可知，造成這種現(xiàn)象通常有以下幾個原因：

1)NaI晶體的氧化或碎裂。NaI晶體是伽馬射線能量轉換成熒光的關鍵所在，NaI晶體氧化或碎裂必然導致同樣的伽馬射線能量轉化出較少的熒光，熒光減少，光電倍增管產(chǎn)生的電子數(shù)也會減少，從而導致伽馬測量短節(jié)伽馬計數(shù)率的降低。

2)伽馬測量短節(jié)被磁化。光電倍增管工作時，光子打在光電倍增管陰極時產(chǎn)生電子，電子在電場的作用下聚集成一束后射入第一打拿極產(chǎn)生更多電子。當受到磁場作用時，部分電子就會發(fā)生偏轉而跑出極板，從而造成電子數(shù)減少，并最終導致伽馬測量短節(jié)伽馬計數(shù)率的降低，因此，需要定期對遙傳伽馬儀器進行消磁，保證儀器工作正常。

3)光電倍增管的高壓坪區(qū)不合適，計數(shù)率就會不正常，有可能偏高也有可能偏低。光電倍增管的計數(shù)率與其電極間所加高壓有關，當高壓在坪區(qū)范圍內(nèi)工作時，計數(shù)率在此范圍內(nèi)會很穩(wěn)定。低于坪區(qū)的高壓時，伽馬計數(shù)率隨高壓降低而迅速減少，高于坪區(qū)后計數(shù)會隨高壓增加而迅速增加。每一個光電倍增管都有一個自己的坪區(qū)線，為了減少電壓對計數(shù)的影響，每次都要進行高壓調(diào)節(jié)，將高壓選擇在坪區(qū)的中點。

3 結束語

EILog05遙傳伽馬儀器不僅完成地層中自然伽馬射線環(huán)繞井軸強度分布的測量，更是連接地面與井下儀器的橋梁。因此，只有牢固掌握儀器各功能單元工作原理，熟悉儀器各功能單元結構，綜合運用各種儀器故障分析方法，才能快速、準確地發(fā)現(xiàn)并排除儀器故障，保障測井工作的順利開展。

[1] 中國石油集團測井有限公司.EILOG-05成套裝備用戶手冊(上冊).2005：52-55.(資料)

[2] 洪有密.測井原理與綜合解釋[M].石油大學出版社，1993：14-17．

[3] 黃隆基.核測井原理[M]．東營：石油大學出版社，2000：221-226．

[4] 胡 澍.地球物理測井儀器[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1991：158-162.

Working principle and common fault analysis of EILog05 telemetry gamma instrument

ZHANG Jin1ZHANG Dengliang2LI Han2ZHANG Long2

(1.ChinaPetroleumLoggingCo.,LtdInternationalBusinessDivision，Beijing102206，China;2.ChinaPetroleumLoggingCo.,LtdChangQingBusinessDivision,Xi’an,Shaanxi710077China)

EILog05 telemetry gamma instrument can not only complete the measurements of gamma rays in the formation, but also is the essense for the data and commands communication between the surface and downhole instruments. This paper firstly analyzes the working principles of the telemetry gamma instrument power supply, the telemetry system and the natural gamma measurement unit, on the basis of which, it then analyzes the common faults of the instrument in the actual production.

EILog， telemetry， gamma， working principle， fault analysis

張 金，男，1987年生，碩士研究生，現(xiàn)在中國石油集團測井有限公司從事測井儀器維修管理工作。 E-mail:312760109@qq.com

TE91

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2096-0077(2015)01-0095-03

2014-09-22 編輯：韓德林)