微球测井仪屡烧检波板厚膜电路的问题解决

唐联级

（中海油田服务股份有限公司 河北 燕郊 065201）

微球测井仪以其独到的测井模型在探测地层冲洗带电阻率Rxo时效果很好，在当今电法测井中大量使用。EMSF61XA微球测井仪的小信号检测电路设计采用厚膜电路，简化了电路结构，提高了仪器的工作可靠性。但EMSF61XA的缆芯复用设计却引起仪器马达供电意外进入小信号检测回路，出现EMSF61XA微球测井仪屡次损坏信号放大检波板的厚膜集成电路[3]N1的问题。这一问题的出现引起了大量测井作业返工，影响了测井时效，引发了甲方的抱怨。另外，由于厚膜电路N1价格昂贵，所以也增大了设备的维修成本，这个问题必须尽快解决。

1 原因分析

经过对问题的综合分析统计发现，微球出现的该问题主要是在仪器收开腿时出现厚膜电路N1的损坏。

分析问题主要原因如下：

EMSF61XA微球测井仪的信号通路和仪器收开腿110 V直流电是通过继电器K1分时复用[4]了仪器上部接头的1，3#缆芯，如图1左下所示。

图1 EMSF61XA微球测井仪的信号流程图Fig.1 Signal flowing of the EMSF61XA

1，3#芯的信号传输功能的实现：当仪器有180 VAC供电时，B+对地有直流供电，K1继电器处于NO（工作状态），1#芯与Vm接通，1#芯对5#芯传输微球测量电压值Vm；同样3#芯与Im接通，3#芯对5#芯传输微球测量电压值Im电流值。所以有180 V仪器交流供电时，1，3#芯用于传输测量信号。

1，3#芯的马达供电功能的实现：当仪器无180 VAC供电时，B+对地无直流供电，K1继电器处于NC（复位状态），1#芯与DC MOTOR（直流马达）一端接通，3#芯与 DC MOTOR（直流马达）另一端接通；在1#对3#缆芯上加110 V直流电，即可让马达运转，实现仪器收开腿。所以在仪器无180 V交流供电的情况下，1，3#芯用于仪器马达供电收开腿。

故障报告显示：有3次故障正好是仪器在基地保养时出现。当仪器做完保养和外部信号测试，仪器工作正常，对仪器进行开110 VDC马达供电收腿，收腿中途发现马达停止转动，无马达运转电流。重启马达供电，马达电流又正常，继续完成仪器收腿后，接下来给仪器供180 VAC交流电检测仪器输出信号时，发现Vm，Im输出为零。结合电路图1分析故障现象，锁定了仪器收腿过程中因马达电流较大而发热，使继电器K1触点位置发生改变，这时110 VDC直流与马达通路断开而到了仪器信号通路中，仪器110 VDC收腿供电直接进入N1的信号回路将厚膜电路N1烧坏。

所以K1性能无法满足要求是问题的诱因，更换K1是必须的，由于K1需要较大的功率，仪器的位置空间也有限，更换K1后的电路N1被烧的风险仍在。在仔细分析电路后，发现通过继电器K1分时复用仪器上部接头的1，3#缆芯是问题的根源，改变复用模式，将信号通路与直流马达供电通路分开是解决问题的根本措施。

分析早期的仪器设计可知，采用复用方式是基于对EMSF61XA/DLL/CN/ZDL等测井仪器的模拟信号进行A/D转换的数字化短节ESAT61XA/XB的下部26芯接头不够用，不得已而采用的方法，根据最新的仪器组合，下部26芯接头的许多缆芯已闲置不用，所以利用这些闲置缆芯去解决EMSF61XA的1，3#的信号传输及马达收开腿功能的分时复用是可行的。

仔细分析该改进方案后，决定对仪器信号及马达供电通路进行改进。

2 电路改进方案

微球仪器收开腿供电采用原供电电路，让EMSF61XA/XB输出信号EM，IM改变输出通路，测量信号分别从上部接头的13&18，12&18输出。这样就可以避免110 VDC收开腿供电进入N1，损坏厚膜电路N1。

同时，对数字化短节ESAT61XA/XB的下部26芯接头也做相应的信道调整，以与修改后的EMSF61XA信道相对应。

3 电路改进实施步骤

3.1EMSF61XA的修改

由于微球输出信号线（pig tail）中7、8、9号芯这3根信号线空着没用，所以12#、13#、18#芯就借用这3根线：把输出信号线（pig tail）的 7#、8#、9#这 3个芯从上部接头拔出插到12#、13#、18# 芯上，这样输出信号线（pig tail）就不需增加信号缆芯。

修改EMSF61XA步骤如下，参考如图2所示。

图2 EMSF61XA EM，IM信号输出线路修改连线图Fig.2 Modification of the routing of EM，IM signal in EMSF61XA

把微球AP01 TEMINAL板上的继电器K1，K2及相关的信号输出连线做修改：在AP01板上，断开 K2上的1#脚与Term X9，X9直接引到猪尾巴18#芯上；断开K2上的8号脚与Term X6，将X6直接引到猪尾巴13#号芯上，实现 Vm从上部接头的13#芯输出；断开K1上的5号脚与X1，将X1直接引到猪尾巴12#号芯上，实现Im从上部接头的12#芯输出。

修改后的信号缆芯分配：

13#：EM （原来的 1#芯）

12#：IM（原来的 3#芯）

18#:COM（原来的5#芯）

1#，3#，5#芯与马达收开腿及换挡的相关的信号通路保持不变。

3.2 数字化短节ESAT61XA/XB的信号通路修改

微球仪器做了修改，则对微球信号进行A/D数字化[5]的ESAT61XA/XB仪器的输入信号通路也必须做相应的修改，将原来的信号输入从1#，3#对5#缆芯改到13#，12#对18#缆芯。由于ESAT61XA和ESAT61XB电路变化较大，下面分开讲解修改步骤。

3.2.1 ESAT61XB的修改步骤

ESAT61XA的修改如图3所示。

从微球仪器上部接头的 12#，13#，18#到 ESAT61XB下部接头对应的12#，13#，18#，进入接头后直接连到BUS板（9104-E-0004）上的J3和J4。原来 12#、13#是用于传输中子测井仪的LSN和SSN脉冲信号的，从BUS板上引到脉冲板上进行处理，现在已经不用了，所以用来传送EM，IM。而18#芯和5#芯在继电器板上是接在一起的，所以不需要修改。修改时把下部接头的12#，13#从BUS板上焊下后，改接到继电器板上 A1 和 A2（即 12#—A2；13#—A1）。 这样 12#、13# 的信号就绕过继电器板直接进入模拟通道板，没有受继电器板的影响。达到信号通路和电压通路相互不影响，保证仪器正常工作，完成ESAT61XB修改。

图3 ESAT61XB信号通路修改连线图Fig.3 Modification of the routing of EM，IM signal in ESAT61XB

图4 ESAT61XA信号通路修改连线图Fig.4 Modification of the routing of EM，IM signal in ESAT61XA

在ESAT61XB下部连接修改后的EMSF61XA进行信号测试，Vm，Im信道的信号采集正常，对EMSF61XA进行的刻度顺利通过。

3.2.2 ESAT61XA的修改步骤

ESAT61XA的修改如图4所示。

修改前，从ESAT61XA下部26芯接头的12#，13#信号线直接进入 TERMINAL BOARD[6]（B-149449）的 JF，而 18# 芯和5#芯在继电器板上是接在一起的，所以不需要做修改。修改时把 12#，13#芯从 TERMINAL BOARD上的 JF的 2，3引脚断开，把13#，12#直接引到TERMINAL BOARD上JD的A1和A2上，13#接到JD-1脚，12#接到JD-2脚，完成了ESAT61XA的修改。

在ESAT61XA下部连接修改后的EMSF61XA进行信号测试，Em，Im信道的信号采集正常，对EMSF61XA进行的刻度顺利通过。

由于ESAT61XA/B的修改只是把12#、13#芯的信号并联接到继电器板上的A2、A1通道而没有影响原来的输入信号通路。所以修改后的ESAT61XA/B仍然可以挂接微侧向测井仪3104XA和没做修改的EMSF61XA微球测井仪。

4 结束语

通过对EMSF61XA微球测井仪的修改，仪器小信号检测输出通路和马达供电通路实现了完全隔离，既保证了马达供电回路的可靠连接，又确保了仪器小信号输出通路与大功率供电的可靠隔离，大大提高了小信号输出的信噪比。修改后的EMSF61XA微球测井仪的32井次的正常测井作业，消除了甲方的抱怨，也充分显示了该修改的有效性。

[1]楚泽涵.地球物理测井方法与原理[M].北京：石油工业出版社，2007.

[2]COSL.ELIS TECHNICAL MANUALS Issue11[R].2011.

[3]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2003.

[4]王佩珠.电路与模拟电子技术[M].江苏：南京大学出版社，1994.

[5]蒋焕文.电子测量[M].2版.北京：中国计量出版社，1988.

[6]BAKER ATLAS.ATLAS Online Technical Manuals OTM Issue26[R].2003.