HRDL高分辨率双侧向测井仪故障分析及解决方案

刘一品 吴少威 闫明琦 赵焯英 郑琦怡 胡进利 王文学

(1.中国石油测井有限公司长庆事业部 陕西西安) (2.中国石油测井有限公司华北事业部 河北廊坊)

HRDL高分辨率双侧向测井仪故障分析及解决方案

刘一品1吴少威1闫明琦1赵焯英1郑琦怡1胡进利2王文学2

(1.中国石油测井有限公司长庆事业部 陕西西安) (2.中国石油测井有限公司华北事业部 河北廊坊)

文章首先分析了HRDL高分辨率双侧向测井仪的基本原理,在此基础上就双侧向测井仪在实际应用中出现的故障进行了分析和探讨,最后通过对实际问题的解决,提出了该仪器故障排除的解决方案。

高分辨率;双侧向;测井仪;故障分析;解决方案

0 引 言

侧向测井是一种电阻率测井。其特点是在供电电极的两侧加上有同极性的屏蔽电极,使主电极的电流被控制在一个狭窄的范围内垂直进入地层,大大减小泥浆分流和上下围岩的影响。侧向测井是克服泥浆影响和高阻薄地层的重要方法。侧向测井根据电极排列和尺寸不同,其探测深度也不同,所以又有深浅侧向测井之分。深浅侧向测井配合使用,可以研究渗透性地层的泥浆侵入带性质,有助于划分油水层。

1 电极系及工作原理

1.1 电极系结构[1]

HRDL高分辨率双侧向测井的电极系是由串在一个圆柱型绝缘棒上的9个环状包铅电极组成。电极系上端连接电子仪,下端连接A2L电极或声波仪,组成对称分布的11个电极,该电极系由两个主电极A0、A0′,监督电极M1、M2和M2′,两对屏蔽电极A1、A1′和A2、A2′,一对辅助监控电极和A1＊′组成。高分辨率双侧向测井仪在满足电极短路条件和电位平衡条件时,测得地层电阻率。深侧向和浅侧向使用同一个电极系。电极系如图1所示。

图1 高分辨率双侧向电极系分布图

1.2 工作原理[2]

图2 高分辨率双侧向测井仪器的电路原理框图

高分辨率双侧向测井仪器的电子仪由井下微机控制系统和数控双侧向的基本模拟电路组成。高分辨率双侧向测井仪器的电路原理框图如图2所示,当井下仪加电后,首先由井下微机产生初始命令,控制仪器工作状态和深、浅屏流,由微机直接输出经控制的可变直流供屏流源产生信号。浅测向电流源产生280 Hz浅测向总电流It,它包括浅屏流Ibs和浅测向主电流Ios。浅测向电流Ibs、Ios流经地层后返回至电极A2。深测向电流源产生35 Hz深测向总电流It,它包括深屏流Ibd和深测向主电流Iod,Ibd从屏蔽电极A1、A2流出,Iod从主电极A0流出,深侧向电流Ibd、Iod流经地层后返回鱼雷电极(电缆外皮)。为了使电极系工作于深测向状态,屏蔽电极A1、A2应保持等电位,为此引入一个辅助监督回路,它的输入信号取自于电极A2、A＊1之间的电位差,而不是取自于A2、A1之间的电位差(这是由于A1电极的表面积比A＊

1电极的表面积大的多,在A1电极上积聚的电荷多)。当与A2之间出现35 Hz信号的电位差时,辅助回路将在输出端提供一个补偿电压加在电极A2与A1之间。补偿电压的大小与输入信号相等但极性相反。所以对35 Hz信号,屏蔽电极A1、A2处于短路状态。

深、浅侧向功控电流源发射屏流和主电流,主监控回路调节从主电极上输出主电流I0,迫使监督电极之间的残余电位差ΔUm1m2约等于零,使A0电极发射的主电流Io水平流入地层,迫使地层电流场达到动态平衡;电流测量电路测量主电流Id(深侧向)、Is(浅侧向),电压测量电路测量主电流经过目的层的压降Ud(深侧向)、Us(浅侧向),所测得的Ud、Us、Id,Is信号送入多路选择开关,分路进行A/D转换,然后送入微机计算各自的Ra=KVo/Io、Po=Vo×Io,比较Po和预设功率Pr,产生新的功控命令,控制微机输出的直流信号,控制深、浅屏流的变化,形成井下闭环控制,完成测量深侧向电压Vd、电流Id;浅侧向电压Vs、电流Is等四个信号,从而可以计算出地层电阻率。

2 故障现象及解决方案

故障现象1:深侧向的刻度值正常,浅侧向的高、低刻度值明显偏大。

室内检查时发现深侧向的刻度值都在正常范围内,而浅侧向的高刻值和零刻值都明显偏大,但是它们的比值关系都很好。检查了电极系和其它与浅侧向有关的电路模块后,没有发现问题所在。测量电子线路浅侧向电流源振荡器的输出时,发现示波器所显示的正弦波幅度正常,但是频率却只有110 Hz,而不是280 Hz。由此判断故障出在浅侧向电流源上。浅侧向电流源振荡器电路如图3所示。

图3 浅侧向电流源的振荡器电路

解决方案:用万用表经过仔细的检查,发现电阻R9处有虚焊,将电阻R9重新焊接后,再次供电检查,仪器工作正常,故障得以排除。

故障分析:当R9处虚焊,即电阻阻值变大时,振荡电路的二级带通滤波器的中心频率将变小。振荡器的中心频率偏移,使得整个电路的信号频率发生改变,而其他相关的滤波器或相敏检波器等的设定频率却仍然是280 Hz,这样就会使一部分有用的信号丢失,同时使一些无用信号进入,最终导致输出的刻度值不正确。

故障现象2:双侧向仪器在测井的过程中出现深浅侧向值下掉现象。

通电检查时,不管在测井档或刻度档,测量值都不稳定,但过一段时间仪器又恢复正常,当仪器工作不正常时,检查模拟短节,发现深浅电流值比较正常,而深浅电压值偏低,更换数字板后故障仍未消失。

解决方案:上述故障现象说明问题不在数字板上,再检查继电器板时,发现继电器K2工作不稳定,更换后仪器工作正常。

故障分析:通电检查深、浅电流测量值正常,而电压测量值不正常,说明仪器的公共部分正常,再检查与电压测量有关的刻度电路时,发现继电器K2工作不稳定,继电器K2控制深、浅测向的电压测量回路,如果继电器K2工作不稳定,电压测量电路的输入信号就不稳定,致使测量的深浅电压值不稳定,根据电阻率的计公式Ra=KVo/Io可知,电压值偏低时,电阻率值将偏低,从而导致双侧向仪器在测井的过程中出现深浅侧向值下掉现象。

故障现象3:测井时深侧向曲线正常,浅侧向曲线不正常。

通电检查仪器时,发现深侧向在高低刻以及测井状态正常,而浅侧向在高低刻以及测井状态不正常,这说明深浅侧向的公共部分是正常的,检查浅侧向电流源的直流电源正常,而电流源的输出不正常,在高刻状态下检查电流源的功率控制信号为零(正常值为1.4 V),说明故障出在电流源的功率控制信号上。

分析及解决方案:

如图4所示,数字板上单片机由微机软件按预设功率曲线控制输出深、浅侧向控制脉冲信号,经滤波和放大电路处理,输出直流控制信号Vdpc、Vspc到深浅电流源控制深,浅屏流源工作,通电检查,当继电器打到高刻档上,深屏流源输入端控制信号Vdpc为1.4 V正常、浅屏流源输入端控制信号Vspc幅值为0 V,检查上一级数据采集控制板,单片机的54号和57号管脚输出峰峰值为5.0 V的脉冲方波信号,其脉冲宽度随地层电阻的变化而变化,脉冲方波信号与标准信号对比正常。而经滤波放大以后深侧向直流控制信号Vdpc输出值1.4 V正常;浅侧向直流控制信号输出值Vspc为0 V(正常输出值Vspc应为1.4 V),从而说明故障出在浅侧向功率控制信号的斩波和放大电路上。如图4所示,检查了与斩波和放大电路有关的滤波电容C29电容值为0.1μF正常,电阻R29,R30,R31阻值正常,N10运算放大器有输入信号却没有输出信号,则是N10运算放大器OP07发生故障,更换运算放大器OP07后,仪器通电检查恢复正常。

图4 单片机输出的深浅侧向直流控制信号斩波电路

3 结 论

HRDL高分辨率双侧向仪器是测量高阻地层电阻率的重要仪器,通过对这些故障的分析和排除,可以得出以下结论,HRDL高分辨率双侧向仪器是一个复杂的闭环测量系统,出现故障的种类具有不确定性,仪器的各部分紧密联系,要解决一个问题,必须对仪器的原理框图和信号流程要有非常全面的理解,通过对故障进行深入细致的分析,找出解决问题的方案,并在实际工作中不断总结和积累经验,这样不但有利于认识其工作原理,还能提高仪器维修水平,并为油田开发提供优质服务。

[1] 中油测井有限公司技术中心.HRDL高分辨率双侧向井下仪使用维修手册.2006(资料)

[2] 童石白.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,

Failure analysis and solutions to HRDL high-resolution dual laterolog logging.

Liu Yipin,Wu Shaowei,Yan Mingqi,Zhao Zhuoying,Zheng Qiyi and Hu Jinli.

This paper first analyzes the basic principle of the HRDL high-resolution dual laterolog logging.On this basis,the faurts of the dual laterolog logging instrument in the practical application are analyzed and discussed.Finally,by solving the practical problems,troubleshooting solutions are proposed.

High resolution(HR),Dual laterolog,Logging,Failure analysis,Solutions

P631.8+3

B

1004-9134(2011)04-0033-03

刘一品,男,1972年生,工程师,1995年毕业于长庆石油学校石油地质专业,2010年西安石油学院工程专业函授本科毕业,现就职中油测井有限公司长庆事业部仪修中心。邮编:710201

2011-02-09编辑刘雅铭)

PI,2011,25(4):33～35

·仪器设备·