吕殿中
(中国石油长城钻探工程有限公司测井国际项目业务部 北京)
岩性密度测井仪高压不稳的故障分析及维修
吕殿中
(中国石油长城钻探工程有限公司测井国际项目业务部 北京)
岩性密度测井仪器内的许多故障可以引起高压不稳,所以高压不稳定并不简单地是仪器的高压部分产生了故障,应全面分析产生这种现象的原因,有针对性的给予解决。文章给出一些高压不稳的故障分析及解决实例。
密度测井仪;高压;稳定;窗口;计数率
由北京环鼎科技有限责任公司生产的岩性密度测井仪由装在液压推靠器的密度探头和电子线路NEC组成,已在全国许多油田及海外市场得到广泛应用。目前仪器现场最常见的故障是提供给井下光电倍增管的高压稳不住,即长道或短道高压值从低到高搜寻、循环往复,或在某一个数值附近来回变化,其对应的标志位为0,此时所获得的测井数据是不可靠的。
岩性密度测井仪由电子线路(安装于NEC共用电子线路段内)、探头芯体、探头壳体、液压推靠器组成。
测井时,仪器探头段紧贴井壁地层,仪器中的1.5居里的铯137伽马源向地层发出伽马射线,伽马射线与地层物质发生康普顿散射,经历复杂的过程后,方向改变,能量降低。当能量低于100 keV以下时,发生强烈的光电吸收。仪器有长、短两个不同源距的探测器测量到达其位置的伽马射线,其中含有有关地层的信息。从放射源发出662 keV的伽马射线,而探测到的是0~662 keV的复杂能谱。
理论和实验证明,对于相同密度但体积光电吸收截面不同的三种介质,得到图1所示的谱图[1]。由图1可以看到,H段的计数是电子密度ρe的函数,而 S段的计数是ρe和体积光电吸收截面U的函数,即:
H=f2(ρe)
S=f1(U,ρe)
图1 岩性密度测量原理
由以上分析可以看出:测量密度是利用 H段的总计数,而测量岩性需要了解S段和H段两段的计数来计算。因此,没有必要获得全部范围内的伽马计数,合理选择谱段,正确地测量伽马谱线,就可以求得地层准确的岩性和密度。在实际仪器中,对不同的谱段采取设置窗口的办法,长源距测量用于获得求取密度、岩性所需数据;短源距测量主要用于泥饼补偿[2、3]。
以上论述可以看出,岩性密度仪器的工作完全取决于如何准确探测伽马射线的能量。我们知道,闪烁晶体和光电倍增管是正比设备,光电倍增管输出的脉冲高度和探测到的伽马能量成正比。根据脉冲高度分类近似于根据伽马能量分类。而检测到的脉冲高度与加到光电倍增管上的高压也成正比,由于井下温度的变化范围很大,而光电僧增管的放大倍数会随着温度的变化而发生较大的变化,因此,适当地选择光电倍增管的高压(控制光电倍增管的放大倍数)就成了岩性密度能否准确获得伽马能量的关键。为了知道加到光电倍增管上的高压是否正确,在紧靠晶体端面的地方,放了一个单一能量为662 keV的铯源。由于紧靠晶体,探测到的脉冲高度基本不受地层等环境的影响,把这个脉冲高度和已知能量的伽马输出进行比较,通过改变加到相应光电倍增管的高压可以调节输出脉冲的高度,直到它与基准脉冲高度吻合。
在实际情况下,单一能量的伽马射线并不产生单一高度的脉冲,由于keV到电压轮换中的统计起伏变化,脉冲高度聚集在一个中心平均值周围,符合高斯分布,脉冲高度的平均值应该和基准电压吻合。
在实际仪器中,在这个中心值两边各设立两个窗口,如图2所示[3]。
图2 稳压窗口的定义
N1的能量从538 keV~600 keV,N2的能量从600 keV~662 keV,N3的能量从662 keV~724 keV,N4的能量从724 keV~786 keV。
测井时,地面仪器通过下传命令向井下发送高压控制数据,同时把下传数据再返回地面。下传数据经解码、数模转换,产生控制高压振荡电路的控制信号。要注意的是,返回地面的数据并不代表就是井下振荡器送到光电倍增管的高压值,也不代表高压已经加到光电倍增管上。高压振荡电路产生的高压,加到光电倍增管上,光电倍增管输出脉冲信号,放大后到达脉冲高度解码电路(快、慢脉冲放大电路),不同能量的脉冲分别进入不同的窗口中累加,随帧数据上传到地面。其中由紧靠晶体的微弱小源产生的脉冲进入稳谱窗口N1~N4,地面就是根据这4个窗口内的数值来实现稳压的。
地面下传控制数据的目的是维持N2和 N3的计数率相等,但实际上不可能达到这一点,而是调节高压满足以下的条件:
N2-(N1-N4)/3=N3
如果达不到这个条件,高压就稳不住,地面的标志位为0,这时候的测井数据是不可靠的。
分别观察长短道的四个稳谱窗口的数据,短道计数明显偏低。采用替换法分别确认仪器本身工作正常,怀疑是接头部分接触不良,导致高压控制信号没加到探头上,清洁插针后重新连接,工作正常。
2)长道高压稳不住
观察长道窗口计数值均为0,说明没有高压或前置放大电路故障。查高压振荡电路正常,但无高压输出。再查高压振荡板上的电阻 R2(2M)前端有高压,后端无高压。故障原因是 R2电阻断了。更换电阻后工作正常。
3)测井时短道高压稳不住,时好时坏
查仪器在故障时短道各窗口计数均为0,经验证故障部位在NEC,再根据仪器时好时坏的现象,判断仪器可能存在接触不良或断线的地方。查NEC LH8和线路板YMD-01信号输入端之间的线不通,系插针处的线断。因有热缩管包着,故时通时断。
4)长道高压不稳
查长道各窗口计数均为0,无信号上传。确认故障部位在NEC,抽出NEC电路,发现高压控制板部分电路被烧糊了。电阻 R1,电容 C5,三极管Q1损坏.更换该电路板后,仪器工作正常。
5)测井时长道高压稳不住
长道高压值从低到高循环变化,不能稳定。观察长道四个通道的值,只有在高压达到很高时,LITH窗口才有少量脉冲信号,说明井下高压达不到预定值。查探头部分振荡管正常,变压器正常。把振荡器输出和长短道的倍压电路对调,依然是长道高压值低。判断是长道倍压电路故障。更换高压总成后仪器工作正常。
6)短道高压不稳,长道高压虽然能稳定在1 400多,但似乎也不对。
确认故障部位在NEC。采用CSY2+NEC+信号发生器,在NEC下端相应的长短道输入端加上模拟脉冲信号,CSY2显示长短道的各窗口值乱跳。查脉冲放大电路和脉冲堆积电路均未发现异常。查A2板各比较器输出也未见异常,判断是A1板对密度部分的计数出错。更换A1板后,仪器工作正常。
从上面的分析可以看出,仪器的许多故障都可能表现为高压不稳,测井过程中的井下高压稳不住,是由多方面的原因产生的,并不全部因为高压电路本身的原因。若出现高压稳不住的情况,应考虑以下几个方面的情况:
1)短道高压稳不住,从低到高反复循环搜索
1)高压确实不存在。前面说过,返回地面的高压数据并不代表高压就已经加到了光电倍增管上,有可能因某个环节的故障,高压振荡器没有高压输出。
2)稳谱窗口数据值不正确。如果这4个窗口数据值达不到上述的条件,高压也稳不住,这种情况在现场比较多见。
3)某道数据全为0。由于信号通道的故障,脉冲数据没能上传到地面,使长源距通道或短源距通道的数据显示全为0,这时地面高压会从低到高搜索,始终稳不住。
[1] 冯启宁.测井仪器原理——非电法测井仪器[M].东营:中国石油大学出版社,2006
[2] 北京环鼎科技有限公司.岩性密度测井仪530数控测井仪器使用维修手册.2007(资料)
[3] 北京环鼎科技有限公司.共用电子线路段一530数控测井仪器使用维修手册.2007(资料)
P631.8+3
B
1004-9134(2010)02-0090-02
吕殿中,男,1962年生,高级工程师,1983年毕业于华东石油学院测井专业,长期从事数控测井仪器的维修工作,现任长城钻探测井国际项目业务部技术支持。邮编:100000
2009-09-21 编辑:刘雅铭)
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