MRIL-P型核磁仪器故障分析及排除

刘春辉

(1.中国石油大学(华东) 山东东营) (2.中国石油测井有限公司吐哈事业部生产测井项目部 新疆鄯善)

MRIL-P型核磁仪器故障分析及排除

刘春辉1、2

(1.中国石油大学(华东) 山东东营) (2.中国石油测井有限公司吐哈事业部生产测井项目部 新疆鄯善)

MRIL-P型核磁共振测井仪成功挂接在EXCELL-2000测井采集系统上,为油田评价低阻、碳酸盐、火成岩油气层提供了准确的依据,解决了传统测井解释在面对地层水矿化度异常油气层、非砂岩油气层所遇到阿尔奇公式的不适用性等问题。MRIL-P核磁测井仪是大功率、精密仪器,在测井现场同样存在着一些问题。文章介绍了MRIL-P的基本原理、在使用过程中所遇到的故障问题及解决方法。

EXCELL-2000;MRIL-P;FET;拉莫尔频率

0 引 言

中油测井吐哈事业部于2007年引进MRIL-P型核磁共振测井仪并成功挂接在EXCELL-2000测井采集系统上,为油田评价低阻、碳酸盐、火成岩油气层提供了准确的依据,解决了传统测井解释在面对地层水矿化度异常油气层、非砂岩油气层所遇到阿尔奇公式的不适用性等问题[1]。MRIL-P型核磁测井仪电路主要分为弱电部分和强电部分,本文将围绕MRIL-P高压RF脉冲的产生原理,介绍使用中过程中所遇到的一些故障的分析与排除的方法。

1 故障分析与解决[2、3]

1.1 故障1:Transmitter模块 FET效应管烧毁——断路或短路

故障现象

1)吸合电子线路的继电器(方法:在软件主界面,单击attach),通过高压直流供电箱供少量DCpower,尚未发射,就能观察到DCpower有功率输出;

2)B1mod不稳定,处于不断变化的过程中,而且变化的幅度较大(此时没有了补偿高压波动的机制);

3)同样的AMP对应比平时小得多的A0和B1;

4)回波信号的信噪比明显变低。

故障原因分析

1)对于FET场效应管击穿致短路的问题分析如下:

MRIL-P核磁共振测井仪为了保证安全,在供高压的电缆与发射器输入之间设计了Relay模块用于控制高压的通断,当继电器模块吸合时,高压将直接加到发射器模块输入端,由于此时FET开关电路已被击穿且输入端短路,未发送“发射”命令之前,就已经有了功率输出,具体表现是高压直流供电箱有电流输出。

2)对于FET场效应管击穿致断路的问题分析如下:

以 Q1、Q2、Q3和 Q10、Q11、Q12组成的场效应管开关以及相关电路为例,发射器模块放电电路如图1所示。因为场效应管源、漏输出端电路呈现容性(根据场效应管的小信号模型可知),当 Q1、Q2、Q3断开和Q10、Q12、Q13闭合瞬间,在场效应管 Q1、Q2、Q3的源、漏极之间存在电压的剧烈变化,此时Q1、Q2、Q3源、漏极尚未断开,必定导致短路,不仅将场效应管组合烧毁,而且对整个系统同样具有严重的破坏,因此,需要电感 L2作为 Q1、Q2、Q3源、漏极支路的瞬间负载,电感L3是同样的道理;设计电感L2、L3有其必要性,但另一方面,L2、L3的引入也带来其他的问题,其中最主要的问题是:(以 Q1、Q2、Q3组成的开关电路为例)由于通过电感的电流不能够发生瞬间的变化,否则,电感两端就会感生出电压脉冲(电感模型:U(t)=L

假设不存在放电电路(具体指由 D1、D2、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15组成的电路网络)或发生故障,是由于开关电路 Q1、Q2、Q3断开导致流过 L2的电流突然发生变化,就会在 Q1、Q2、Q3的源极产生负的脉冲从而烧毁场效应管 Q1、Q2、Q3。

图1 发射器模块放电电路设计(局部、简图)

解决方法

无论是FET被击穿短路还是断路,当检测出FET场效应管出现问题时,首先需要更换FET场效应管(推荐是已累计上井次数,定期更换场效应管),其次,还要附加检查放电回路是否出现问题。

1.2 故障2:电子线路中的 RelayModule问题

故障现象

在软件界面上,发送“吸合”命令,提示“不成功”,或即使提示“成功”,但是供高压 HVmax、HVmin没有高压显示。

故障原因分析

在排除地面系统故障前提下,当继电器吸合之后,高压将通过继电器模块直接加载到并联到HV的高压采样电阻之上,此时没有高压显示,可认定继电器模块问题(在确定采样电阻或Exciter模块没问题的情况下)。

解决方法

当发现电子线路部分的继电器模块出现问题,而手头上又没有该模块时,可以将继电器模块“甩掉”了,此时,在测井操作的过程中,无需发送Attach(吸合)命令,就可以供高压进行测井。

1.3 故障3:高压直流电供不到井下仪故障处理

故障现象

在测井工程中,已经用高压直流供电箱供高压了,在软件主界面HVmax和HVmin无数值。

故障原因分析

1)考虑地面仪的问题

MRIL-P采用中间抽头的方法进行交流工作电和高压直流电的传输,EXCELL-2000地面系统对于DITS仪器,高压直流电是在PCP面板处通过隔离变压器耦合到井下的;CH2DCRET、CH1DC高压直流电受继电器开关电路的控制当两个继电器任意一个打开都会导致高压直流供不下去。

2)考虑井下仪的问题

HV接到Relay模块,Relay模块受Class软件中“吸合”命令的控制,在未吸合时,高压直流电无法到达直流电采样电阻,因此,软件界面上 HVmin和 HVmax显示0V,当吸合之后高压到达采样电阻HVmin和HVmax显示高压电压(未发射之前两者基本相同)。可能是Relay模块坏掉了。

解决方法

根据ECELL-2000供电系统 如图2所示,可知,当发现高压不能够供到井下仪时,首先要检查EXCEL

-2000系统PCP模块,开关要打到MRIL以及W2DC位置;从井下仪方面说,则要检查RelayModule模块以及高压采样电阻是否有问题。

图2 ECELL-2000供电系统

1.4 故障4:天线探头继电器烧坏或电容损坏的问题

故障现象

1)在之前正常的扫频过程中每一切片的扫频范围内,不能够发现Gain曲线的顶点;

2)扫频结果,Gain曲线更多地表现为单调性的增加或减少,以单调性的增加居多。

原因分析

MRIL-P型核磁共振天线探头可等效为 GLC并联谐振电路,其输入阻抗 Z模|Z|与频率 w的关系如图3所示。

图3 GLC电路输入阻抗与 w的关系

解决方法

打开天线探头,依次检查继电器以及电容,更换问题部件并测试是否仪器正常。

1.5 故障5:chi偏大

故障现象

在测井或配车过程,chi偏大(配车时,chi>1;测井时,chi远远超过正常的范围)。

故障原因分析

chi是核磁共振测井质量控制的核心指标,表征指数拟合程度的好坏,能够反映井下仪状况,有多种因素都会影响chi的数值,具体包括:

1)仪器连接问题

MRIL-P核磁共振测井仪的天线部分,回波信号是模拟信号部分,信号强度弱,易受干扰。仪器连接扣连接不紧固或有杂质未擦干净,会将噪音窜入回波信号中,导致chi偏大,例如:在测前、测后刻度时,chi偏大,有时是因为模拟探头的接触问题。

2)B1mod调节不到位的问题

为了能够获得最大的信噪比,在测井之前,需要将B1mod调节到适当的大小,具体的标准就是刻度值的5%范围内,若调整不到位也会导致chi偏大,信噪比下降。

3)发射器模块出现问题

原因在上述场效应管问题问题中已经进行了分析。

解决方法

1)接电子线路短节与天线探头连接处并进行紧固连接;

2)新调整B1mod使其尽量在刻度值的5%范围内;

3)检查发射器模块。

总之,chi指标是一个综合的指标,在测井环节中的任意一个都会影响测井资料的质量,在测井过程中,要严格工艺流程,才能够获得合格的测井质量。

2 结束语

通过以上分析,我们可以发现强电路比较弱电路更容易出现故障,因为,强电路承担着更大的功率,对电路设计以及平时的保养提出了更高的要求。尤其是动作比较频繁的部件更是故障的集合点。通过对MRIL-P核磁测井仪设计原理以及更深刻的电路分析,使我们在今后更快地排除故障,提高测井时效。

[1] 肖立志,柴细元,孙宝喜,等.核磁共振测井资料解释与应用导论[M].北京:石油工业出版社,2001

[2] 李瀚东.电路分析基础[M].北京:高等教育出版社,1993

[3] 管致中,夏恭恪.信号与线性系统[M].北京:高等教育出版社,1992

P631.8+3

B

1004-9134(2010)02-0092-03

2009-07-02 编辑:梁保江)

刘春辉,男,1981年生,助工,2004年毕业于中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院信息与计算科学专业,目前从事测井数据采集工作。邮编:838202