EILog05遥传伽马仪器工作原理及常见故障分析

张 金 张灯亮 黎 晗 张 龙

(1.中国石油集团测井有限公司国际事业部 北京 102206;2.中国石油集团测井有限公司长庆事业部 陕西 西安 710077)



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EILog05遥传伽马仪器工作原理及常见故障分析

张 金1张灯亮2黎 晗2张 龙2

(1.中国石油集团测井有限公司国际事业部 北京 102206;2.中国石油集团测井有限公司长庆事业部 陕西 西安 710077)

EILog05遥传伽马仪器不仅完成地层中伽马射线的测量，更是地面与井下仪器通讯、上传数据以及下发命令的核心。文章首先对遥传伽马仪器电源、遥传系统和自然伽马测量单元的工作原理进行分析，然后在此基础上对实际生产过程中仪器常见故障进行分析。

EILog；遥传；伽马；工作原理；故障分析

0 引 言

EILog05遥传伽马仪器作为地面与井下仪器通讯、上传数据以及下发命令的核心，其工作正常与否，关系整个EILog测井系统的正常工作与否以及测井曲线质量[1]。因此，当该短节发生故障时，如何快速高效发现故障位置并对其进行维修，使其正常工作具有重大意义。

EILog05遥传伽马仪器主要由电源，遥传系统和自然伽马测量单元三个功能单元组成。本文将在对仪器各单元工作原理分析的基础上，针对实际生产过程中仪器常见故障进行分析。以期抛砖引玉，从而更好地解决仪器故障问题，保证测井生产工作的正常进行。

1 遥传伽马仪器各功能单元工作原理

1.1 电源单元工作原理分析

EILog05遥传伽马仪器的电源单元为整个仪器信号测量以及信号传输提供动力。其工作原理框图如图1所示。

图1 电源单元工作原理框图

220 V缆头电压(交流)经过变压器初级输出四路交流电压，四路交流电压通过桥式整流电路整流，并由电容滤波后分别输出30 V，2.2 V，10 V以及±24 V的直流电压。其中，30 V直流电压供继电器使用，2.2 V直流电压用于指示缆头电压。而10 V直流电压和±24 V直流电压则再经过42094-005和42094-012三个三端稳压器分别输出+5 V以及±12 V电压。+5 V以及±12 V电压将作为仪器的基本供电电源。

1.2 遥传系统工作原理分析

EILog05遥传伽马仪器的遥传系统是所有井下仪器与地面计算机测井系统之间统一的数据传输系统，它是在计算机指令的控制下，进行数据的采集、格式编排和传输。遥传系统的核心是固定在一个三角形骨架上的三块电路板、这三块电路板分别是模拟板，数字板和采集板。

其中，模拟板主要完成遥传系统下传命令信号的高通滤波和上传数据信号的低通滤波以及功率放大等功能，其工作原理框图如图2所示。井下仪器上传的数字信号以及声波信号等模拟信号经过低通滤波和功率放大后经由T5模式变压器上传至地面数据采集系统，而下传的各种命令信号则经过高通滤波器以及静噪抑制电路等到达各种井下仪器。

图2 模拟板工作原理框图

数字板主要由一个CPLD电路组成，其主要完成电缆头电压和温度测量以及下传电缆传输BPSK信号的解码、同步检测和帧时序电路控制的产生等。

采集板主要完成模拟信号和数字信号(脉冲信号)的采集。其工作原理框图如图3所示。井下仪器的各种测量信号经过16路模拟开关、增益放大器放大以及AD转换器的AD转后，经由CPLD电路进入DTB接口。CPLD电路是整个数据采集电路的核心。

图3 数据采集板工作原理框图

1.3 自然伽马测量单元工作原理分析

自然伽马测量单元主要完成地层中自然伽马射线环绕井轴的强度分布的测量，其测井资料可以用来划分岩性，进行地层对比，以及确定地层泥质含量等[2]。自然伽马测量单元主要由探测器、前置放大电路、信号处理电路以及电源组成。其原理框图如图4所示。

图4 自然伽马测量单元原理框图

当地层中的伽马射线进入探测器后，在NaI晶体的作用下，伽马射线的能量转换成荧光，荧光光子穿过光电倍增管玻璃外壳进入光电倍增管后就会在光电倍增管的阴极上产生电子，电子在高压电场作用下飞向光电倍增管的第一打拿极。此时，第一打拿极会产生较多的次生电子，而这些次生电子在高压电场作用下又会飞向下一打拿极并产生更多的次生电子。以此类推，大量的次生电子最终到达光电管阳极形成阳极电流[3]。从而成功的将伽马射线转换成可供测量的电脉冲信号。

由于此时的电脉冲信号还比较微弱，信号干扰较大，无法供后续电路进行有效测量[4]。因此，在进入测量电路前，系统设计了以HA2510运算放大器为主的前置放大器，电脉冲信号经耦合电容耦合进入前置放大器并经电压放大后输出。从而大幅提高系统的测量精度和抗干扰能力。

经前置放大器放大后输出的电脉冲信号进入由一块高温混合电路LH117068组成的集跟随、鉴别、分频和整形为一体的信号处理电路，并通过两个调鉴别门槛电压的电阻最终输出幅度为+10 V，脉宽为35 μs～40 μs的方波，该方波信号即为自然伽马测量信号。

自然伽马测量信号直接送到DTB接口，并通过遥传系统被最终采集进入地面系统并呈现给测井工作人员。

2 遥传伽马仪器常见故障分析

2.1 故障1

2.1.1 故障现象

遥传伽马仪器通讯不正常或无法建立通讯，下接仪器上传数据不正常(通过前期准备，排除EILog仪器台架以及软连线的影响)。

2.1.2 故障原因分析

由遥传伽马仪器电源单元工作原理分析可知，遥传伽马仪器电源单元为整个仪器信号测量以及信号传输提供动力。因此，出现遥传伽马仪器通讯不正常或无法建立通讯，下接其它仪器上传数据不正常时，应首先考虑是否是电源单元出现问题。此时可以使用示波器或万用表检查电源板上±12 V，±5 V工作电压输出值是否正常，其纹波干扰大否。如果确定是电源问题，则再根据电源单元的工作原理进一步确定到底是滤波环节出现问题还是稳压环节出现问题。

当确定电源单元工作正常时，则需进一步检查遥传系统工作正常与否。由遥传系统的工作原理可知，遥传系统模拟板和数字板的损坏都有可能造成这种故障现象。首先检查数字板，数字电路板是遥传伽马仪器与地面系统的通讯核心，上传的原始信号也是由该主板产生。其次检查模拟板，模拟电路板主要完成上传信号的驱动，功率放大以及下发命令的滤波、识别。驱动和功放电路功耗大、易发热，在测井施工高温高压环境下，功耗更大，容易损坏，使上传信号畸变，从而使通讯无法建立。

2.2 故障2

2.2.1 故障现象

小队反映测井时伽马值比正常值低20个API，地面检查时，遥传伽马仪器通讯正常，伽马测量值不到40个API。

2.2.2 故障原因分析

遥传伽马仪器地面检查时，正常情况下，其伽马测量值应在80个API到120个API左右。遥传系统通讯正常，则可排除遥传系统以及电源单元的影响，问题应该发生在自然伽马测量单元。

由伽马测量短节工作原理分析可知，造成这种现象通常有以下几个原因：

1)NaI晶体的氧化或碎裂。NaI晶体是伽马射线能量转换成荧光的关键所在，NaI晶体氧化或碎裂必然导致同样的伽马射线能量转化出较少的荧光，荧光减少，光电倍增管产生的电子数也会减少，从而导致伽马测量短节伽马计数率的降低。

2)伽马测量短节被磁化。光电倍增管工作时，光子打在光电倍增管阴极时产生电子，电子在电场的作用下聚集成一束后射入第一打拿极产生更多电子。当受到磁场作用时，部分电子就会发生偏转而跑出极板，从而造成电子数减少，并最终导致伽马测量短节伽马计数率的降低，因此，需要定期对遥传伽马仪器进行消磁，保证仪器工作正常。

3)光电倍增管的高压坪区不合适，计数率就会不正常，有可能偏高也有可能偏低。光电倍增管的计数率与其电极间所加高压有关，当高压在坪区范围内工作时，计数率在此范围内会很稳定。低于坪区的高压时，伽马计数率随高压降低而迅速减少，高于坪区后计数会随高压增加而迅速增加。每一个光电倍增管都有一个自己的坪区线，为了减少电压对计数的影响，每次都要进行高压调节，将高压选择在坪区的中点。

3 结束语

EILog05遥传伽马仪器不仅完成地层中自然伽马射线环绕井轴强度分布的测量，更是连接地面与井下仪器的桥梁。因此，只有牢固掌握仪器各功能单元工作原理，熟悉仪器各功能单元结构，综合运用各种仪器故障分析方法，才能快速、准确地发现并排除仪器故障，保障测井工作的顺利开展。

[1] 中国石油集团测井有限公司.EILOG-05成套装备用户手册(上册).2005：52-55.(资料)

[2] 洪有密.测井原理与综合解释[M].石油大学出版社，1993：14-17．

[3] 黄隆基.核测井原理[M]．东营：石油大学出版社，2000：221-226．

[4] 胡 澍.地球物理测井仪器[M]. 北京：石油工业出版社，1991：158-162.

Working principle and common fault analysis of EILog05 telemetry gamma instrument

ZHANG Jin1ZHANG Dengliang2LI Han2ZHANG Long2

(1.ChinaPetroleumLoggingCo.,LtdInternationalBusinessDivision，Beijing102206，China;2.ChinaPetroleumLoggingCo.,LtdChangQingBusinessDivision,Xi’an,Shaanxi710077China)

EILog05 telemetry gamma instrument can not only complete the measurements of gamma rays in the formation, but also is the essense for the data and commands communication between the surface and downhole instruments. This paper firstly analyzes the working principles of the telemetry gamma instrument power supply, the telemetry system and the natural gamma measurement unit, on the basis of which, it then analyzes the common faults of the instrument in the actual production.

EILog， telemetry， gamma， working principle， fault analysis

张 金，男，1987年生，硕士研究生，现在中国石油集团测井有限公司从事测井仪器维修管理工作。 E-mail:312760109@qq.com

TE91

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2096-0077(2015)01-0095-03

2014-09-22 编辑：韩德林)