駱應(yīng)杰(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部墨西哥項(xiàng)目組，墨西哥 卡門(mén) 24157)

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

數(shù)字自然伽馬能譜測(cè)井儀EDST主要包括探測(cè)器、前置放大電路、PHA電路、控制電路、能譜分析電路、I/O電路、電源電路等部分。自然伽馬能譜測(cè)井儀根據(jù)測(cè)量可以輸出鉀、鈾、釷三條曲線和一條總伽馬曲線，對(duì)分析地層沉積相不區(qū)分粘土礦物有很大作用[1]。

2 自然伽馬能譜儀器的測(cè)量原理

自然伽馬能譜儀器利用巖石中特定元素產(chǎn)生的伽瑪射線(鉀、鈾、釷，能量特定)與閃爍晶體相互作用時(shí)，通過(guò)晶體和光電倍增管產(chǎn)生一個(gè)光電脈沖信號(hào)，這個(gè)脈沖信號(hào)被電路分析然后識(shí)別[1]。而自然伽馬就是測(cè)量一定能量范圍內(nèi)所有伽瑪射線的強(qiáng)度，能譜測(cè)量就是把這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)采集的伽瑪信號(hào)按照特定的波長(zhǎng)分析之后區(qū)別累計(jì)(對(duì)應(yīng)于不同的能量道，也就是所謂譜數(shù)據(jù))，并對(duì)譜數(shù)據(jù)加以區(qū)分并解析出鉀、鈾、釷元素[2]。

自然伽馬能譜測(cè)井儀是一種沿著井眼剖面測(cè)量巖層自然放射性活度分布的測(cè)量?jī)x器。測(cè)井時(shí)，閃爍晶體把地層伽馬射線轉(zhuǎn)化為光脈沖信號(hào)，由光電倍增管的光陰極轉(zhuǎn)換為光電子，經(jīng)光電倍增管放大后輸出負(fù)電壓脈沖，經(jīng)幅度鑒別、分頻、整形、功放，然后經(jīng)電纜輸送到地面[3]。

3 疑難故障解析及排除方法

3.1 EDST影響儀器串通訊

(1)故障現(xiàn)象。檢查常規(guī)大滿貫儀器，儀器串無(wú)法建立通訊，將EDST從儀器串中移除后，儀器串通訊正常建立。

(2)檢測(cè)和維修方法。單獨(dú)檢查EDST儀器，儀器自身通訊也無(wú)法建立，通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，認(rèn)為EDST儀器影響大滿貫儀器串的通訊。拆卸EDST儀器外殼抽出線路，對(duì)電子線路進(jìn)行直觀檢查，發(fā)現(xiàn)電源板上的濾波電容C3和C6引腳和電容本體分離。濾波電容不僅使電源直流輸出平滑穩(wěn)定，降低了交變脈動(dòng)電流對(duì)電子電路的影響，同時(shí)還可吸收電子電路工作過(guò)程中產(chǎn)生的電流波動(dòng)和經(jīng)由交流電源串入的干擾，使得電子電路的工作性能更加穩(wěn)定。由于電源板上濾波電容C3和C6引腳與電容本體分離，電容在電路中沒(méi)有發(fā)揮出相應(yīng)的作用，導(dǎo)致交流電源串入儀器電路，儀器本身無(wú)法建立通訊，且影響儀器串的通訊。更換電源板上的C3和C6電容，并用道康寧RTV3145耐高溫密封膠將電容本體固定在電源板上，防止儀器在井下或運(yùn)輸過(guò)程中劇烈震動(dòng)導(dǎo)致電容引腳與電容本體分離，連地面測(cè)試，儀器串通訊正常。

3.2 M5通訊異常

(1)故障現(xiàn)象。對(duì)EDST儀器進(jìn)行GR計(jì)數(shù)和能譜刻度，GR計(jì)數(shù)刻度正常，能譜刻度出現(xiàn)通訊錯(cuò)誤。

(2)檢測(cè)和維修方法。EDST數(shù)字自然伽馬能譜測(cè)井儀可以同時(shí)測(cè)量GR計(jì)數(shù)和能譜曲線，GR計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)量較小，通過(guò)M2通道傳輸，能譜數(shù)據(jù)量較大通過(guò)M5通道傳輸，GR計(jì)數(shù)刻度正常，能譜刻度通訊異常，對(duì)GR儀器M5通訊進(jìn)行訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)示波器M5通道波形有較大雜波干擾信號(hào)，說(shuō)明儀器的M5通訊存在問(wèn)題。儀器M5通訊由能譜分析板上M5通訊編碼電路U10( 6409)編碼后，送入I/O板，經(jīng)M5模式變壓器耦合到儀器IB總線。拆卸儀器，抽出線路，按照信號(hào)流程，用示波器測(cè)量I/O板上M5通道的IC3(DS1633)芯片的輸入和輸出波形均異常，繼續(xù)往前測(cè)量M5通道電路的波形，發(fā)現(xiàn)能譜分析板板上M5編解碼芯片U10(6409)輸出BOO和BZO波形異常，BOO和BZO為M5數(shù)據(jù)，U10輸入正常。更換能譜分析板上U10芯片后，儀器M2和M5通訊均正常，GR計(jì)數(shù)和能譜刻度均正常通過(guò)。

3.3 GR計(jì)數(shù)偏高

(1)故障現(xiàn)象。EDST儀器通訊正常，GR計(jì)數(shù)偏高。

(2)檢測(cè)和維修方法。儀器通訊正常，GR計(jì)數(shù)為110 API，正常此地區(qū)GR本底計(jì)數(shù)為50 API，對(duì)儀器進(jìn)行FIT正常，懷疑EDST儀器GR計(jì)數(shù)處理電路故障或GR探頭故障。拆開(kāi)儀器，抽出線路，測(cè)量?jī)x器的供電和高壓管的高壓均正常，示波器測(cè)量GR處理電路信號(hào)無(wú)異常，懷疑GR探頭故障。拆開(kāi)探頭，仔細(xì)檢查各個(gè)部件，碘化銫晶體與光電倍增管均正常，但發(fā)現(xiàn)探頭引出的信號(hào)線SIG(白色)被擠破，如圖1所示，干擾信號(hào)進(jìn)入GR通道，導(dǎo)致GR計(jì)數(shù)偏高。更換白色信號(hào)線，重新焊接，連地面系統(tǒng)測(cè)試，GR計(jì)數(shù)正常，用伽馬架對(duì)儀器進(jìn)行刻度也正常。

圖1 探頭白色信號(hào)線被擠

3.4 GR計(jì)數(shù)和保溫瓶溫度異常偏高

(1)故障現(xiàn)象。GR儀器通訊正常，GR計(jì)數(shù)和保溫瓶溫度異常高，GR計(jì)數(shù)高達(dá)500 API，正常此地區(qū)GR本底計(jì)數(shù)為50 API，室溫下GR儀器保溫瓶溫度為104 ℃。

(2)檢測(cè)和維修方法。伽馬計(jì)數(shù)和溫度顯示同時(shí)異常偏高，懷疑GR信號(hào)及溫度處理電路故障或儀器供電故障。用萬(wàn)用表測(cè)量測(cè)量?jī)x器供電，高壓管的輸入即CONTROLLER板上的電容C26兩端，發(fā)現(xiàn)電壓為0VDC，正常應(yīng)為11VDC左右。繼續(xù)測(cè)量電源板上的供電，發(fā)現(xiàn)-15VDC為-8VDC，+5VDC為3.3VDC，+15VDC正常。測(cè)量骨架上-15V三端穩(wěn)壓器42095-015輸入為23VDC正常，骨架上+5V三端穩(wěn)壓器42094-05輸入為10VDC正常，但42095-015和42094-05三端穩(wěn)壓器輸出異常，說(shuō)明三端穩(wěn)壓器工作異常。儀器供電異常，芯片供電異常，未達(dá)到芯片額定工作電壓，芯片無(wú)法正常工作，導(dǎo)致GR計(jì)數(shù)和保溫瓶溫度異常偏高。更換儀器骨架上-15V的三端穩(wěn)壓器42095-015和+5V三端穩(wěn)壓器42094-05后，測(cè)量?jī)x器電源都正常，GR計(jì)數(shù)為50 API正常，室溫下保溫瓶溫度為20 ℃也正常。

3.5 GR計(jì)數(shù)偏低

(1)故障現(xiàn)象。儀器通訊正常，EDST的GR計(jì)數(shù)偏低，僅為10 API，正常此地區(qū)GR本底計(jì)數(shù)為50 API。

(2)檢測(cè)和維修方法。懷疑EDST儀器高壓偏低、GR計(jì)數(shù)處理電路或GR探頭故障。用萬(wàn)用表高壓探頭測(cè)量高壓管輸出正常，用示波器測(cè)量PHA板SINGAL IN，即GR脈沖信號(hào)的輸入，GR脈沖數(shù)量偏少，懷疑GR探頭故障。拆卸GR探頭，直觀檢查光電倍增管及碘化銫晶體，發(fā)現(xiàn)碘化銫晶體碎裂，導(dǎo)致GR計(jì)數(shù)偏低。更換碘化銫晶體，恢復(fù)儀器，連地面測(cè)試GR計(jì)數(shù)正常。數(shù)字自然伽馬能譜測(cè)井伽馬探測(cè)器由光電倍增管及碘化銫晶體組成，屬于精密配件，在搬運(yùn)、使用、維修安裝過(guò)程中，應(yīng)注意防碰、撞等沖擊行為，以免損壞探頭。

3.6 GR計(jì)數(shù)為零

(1)故障現(xiàn)象。儀器的通訊正常，計(jì)數(shù)為零，放上GR刻度架，儀器計(jì)數(shù)依然為零。

(2)檢測(cè)和維修方法。懷疑EDST儀器高壓模塊輸出為零、GR計(jì)數(shù)處理電路或GR探頭故障。抽出電子線路，對(duì)儀器的供電進(jìn)行檢查，+5 V、±15 V及-22 V供電均正常，用萬(wàn)用表及高壓表筆檢查儀器的高壓輸出，發(fā)現(xiàn)高壓模塊輸出為零。U4(AD7549)輸出一個(gè)模擬電壓信號(hào)來(lái)控制高壓模塊輸出電壓，可以在電解電容C26的兩端測(cè)量到這個(gè)電壓信號(hào)(HVENUS)，U4是一個(gè)精準(zhǔn)的D/A轉(zhuǎn)換器，U1(87C51)通過(guò)外部命令來(lái)改變U4輸出的模擬電壓。對(duì)信號(hào)進(jìn)一步測(cè)量，發(fā)現(xiàn)控制板上HVENUS信號(hào)為零，懷疑是Q1三極管處于關(guān)斷狀態(tài)，11V無(wú)法供給HVENUS。繼續(xù)用示波器檢查發(fā)現(xiàn)U5(LM124)的14腳及1腳均無(wú)輸出信號(hào)，在檢查發(fā)現(xiàn)U4(AD7549)的17、18腳無(wú)輸出信號(hào)，U4的13、19腳(VREFA)無(wú)輸入信號(hào)，懷疑是-15 V沒(méi)有從U14(LM120H-15)供給過(guò)來(lái)，最后發(fā)現(xiàn)電容C15被擊穿，C15兩端電阻為0.34歐姆，-15 V直接短接到地，造成-15 V無(wú)法供給U4的13、19腳(VREFA)供電，導(dǎo)致高壓控制信號(hào)和儀器高壓為零，更換控制板上電容C15后，連地面檢查，GR計(jì)數(shù)正常。

3.7 伽馬計(jì)數(shù)時(shí)有時(shí)無(wú)

(1) 故障現(xiàn)象。數(shù)字伽馬能譜測(cè)井儀在多地的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中出現(xiàn)了伽馬計(jì)數(shù)時(shí)有時(shí)無(wú)的現(xiàn)象。

(2)檢測(cè)和維修方法。經(jīng)多方查找原因，發(fā)現(xiàn)儀器保溫瓶?jī)?nèi)骨架若沒(méi)有與地連接，會(huì)導(dǎo)致保溫瓶?jī)?nèi)骨架和電源骨架存在電壓，此電壓進(jìn)入信號(hào)處理板后導(dǎo)致伽馬計(jì)數(shù)時(shí)有時(shí)無(wú)，原來(lái)儀器電路設(shè)計(jì)中電源骨架與保溫瓶?jī)?nèi)骨架是不相連的，只與保溫瓶?jī)?nèi)電路板的地線連接，若在保溫瓶?jī)?nèi)信號(hào)處理板上增加一根地線，把它和骨架連接，就會(huì)使伽馬計(jì)數(shù)不穩(wěn)定的現(xiàn)象消失[4]。

4 維保注意事項(xiàng)

(1)設(shè)備中帶引腳的電容，建議用道康寧RTV3145耐高溫密封膠將電容固定在電路板上，起到固定電容的作用，防止因強(qiáng)烈震動(dòng)導(dǎo)致電容引腳與本體分離，從而引起儀器工作異常。

(2)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，建議先從供電入手，排除了供電問(wèn)題再去分析其他故障，因?yàn)楣╇姽收陷^容易確定故障點(diǎn)。

(3)維保數(shù)字能譜測(cè)井儀測(cè)高壓管的輸入，可以測(cè)量控制板上的C26電容兩端電壓，此電壓為HV的1/100。直接用高壓探頭測(cè)量高壓時(shí)，不建議從P8公插頭處直接測(cè)量，防止誤操作造成儀器損壞，建議測(cè)量高壓管輸出引線。

(4)耦合光電倍增管和晶體，盡可能少用耦合劑，長(zhǎng)時(shí)間的仔細(xì)研磨可改善光損失和光散射，另外研磨后放置幾小時(shí)有助于耦合劑穩(wěn)定。

(5)組裝儀器電子線路和探頭部分，建議將探頭的三根引出線用線繩固定，防止安裝過(guò)程中，彈簧壓縮造成擠線。

(6) EDST儀器維修后，建議用伽馬刻度架對(duì)儀器進(jìn)行刻度，檢驗(yàn)儀器狀態(tài)。

(7)數(shù)字自然伽馬測(cè)井儀的傳感器由光電倍增管和晶體組成，屬于易碎品，在搬運(yùn)、使用、維修安裝過(guò)程中，應(yīng)注意防碰、撞等沖擊行為，遠(yuǎn)離強(qiáng)磁材料及強(qiáng)磁環(huán)境，以免損壞晶體、光電倍增管及儀器其他部分[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

維修數(shù)字自然能譜伽馬測(cè)井儀EDST時(shí)，首先要熟悉各個(gè)部分的作用和電路原理，通過(guò)故障現(xiàn)象，大致確定一下故障范圍，再以電路圖為根據(jù)，對(duì)相關(guān)信號(hào)流程進(jìn)行分析和測(cè)量，最終確定到故障點(diǎn)，將問(wèn)題徹底解決。