核磁测井仪器MREX 故障分析与处理实例

宛文宇

(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部塘沽作业公司 天津 300452)

0 引 言

MREX 是Baker Atlas 公司推出的一种偏心测量核磁共振测井仪器，在CMR、MRIL-C 型和MRIL-P 型基础上改进而来，仪器可挂接在Baker Atlas 公司的ECLIPS地面系统上，可与其它57 系列井下仪器组合测井［1］。近年来，随着渤海油田的快速发展，钻井数量的不断增加，核磁共振测井仪器MREX 在测井作业中的使用越加频繁，而仪器的可靠性是测井作业成功的关键，本文针对核磁共振测井仪器MREX 出现的主要故障现象，进行了原因分析并提出了排除故障的方法。

1 故障原因及处理方法

1.1 故障1

故障现象:现场进行扫频刻度时，刻度参数主频、质量因子(Q)值、噪声(NOISE)值、刻度(CAL)值大部分都超出正常范围，扫频刻度无法正常通过。

原因分析:扫频目的是把给定的6 个继电器(K1，K2，K3，K4，K5，K6)进行组合使用，搜索出每个天线的共振频率(该步骤是给天线加载较低的电压刻度信号，使其在共振频率附近，获得最大信号和最大的信噪比)。如果任何一个继电器异常都会导致扫频刻度无法正常通过。

处理方法:测试继电器方法:将3218EB 电子线路和3218MB 探头断开，用ECLIPS 地面系统单独给3218EB加电，检查继电器驱动板的工作电压+28 V 是否正常，如正常则用一根短接线一端接外壳(GND)，另一端接继电器驱动板上的RL3P(close)或RL3N(open)接线柱，如继电器工作正常，会听见清脆的开关动作声响。

依据上述方法，我们依次对6 个选频继电器进行测试，测试过程中发现K3 继电器无法正常切换，故障可能由两个原因所致:(1)继电器本身存在问题，相应维修方法将继电器进行更换。(2)继电器驱动电路中元器件存在问题。维修方法对驱动电路进行仔细排查，找出存在问题的元器件进行更换。本次维修中，将继电器的OPEN，CLOSE 和GND 端都断开，单独对继电器测试，发现继电器工作正常，初步判断为继电器驱动电路中存在故障，继电器驱动电路如图1 所示。

图1 继电器驱动电路

检查电路的元器件，发现R6(贴片电阻起保护作用)的阻值为无穷大，实际应为28.7 Ω。对R6进行更换，更换后将仪器连接到ECLIPS 地面系统进行测试，扫频参数恢复正常。

1.2 故障2

故障现象:现场进行发射增益刻度检查时，发现发射增益参数Vtx 值偏低且TAU90 数值偏大超出正常范围，使发射增益刻度无法正常通过。

原因分析:核磁共振测量第一步:利用静磁场B0使磁场中的原子核排列成一个方向。当B0加到磁性核上时，B0对原子核施加一个力矩，使核的自旋轴与B0方向一致［2］。拉莫尔公式如下:

式中，f 是拉莫尔频率，γ 是旋磁比，代表核磁强度。

核磁共振测量第二步:使磁化矢量从纵向扳倒到横向平面。扳倒是通过施加一个与静态磁场B0相垂直的交变磁场B1来完成的［2］。为了达到有效的扳转，B1的频率必须等于B0的拉莫尔频率。扳倒角的公式如下:

式中，θ 是扳倒角，B1是振荡磁场的幅度，τ 是施加振荡磁场的时间

根据上述核磁共振原理分析，导致TAU90 偏大的原因可能为B1交变磁场的幅度偏低，导致氢核无法在正常时间被扳倒90°，从而致使TAU90 的时长超出正常范围。

处理方法:在刻度发射增益的状态下，对天线驱动板RF(射频)脉络进行检测，发现射频脉络幅值(502 kHz，562 kHz，622 kHz，698 kHz，779 kHz，875 kHz，980 kHz)状态下，幅值范围在1.03 kV ～1.12 kV 之间(正常幅值应在1.08 kV ～1.17 kV 之间)。可以断定振荡射频电压偏低50 V 左右，导致氢核无法在正常的时间被扳倒，从而致使TAU90 的时长超出了正常范围。因此，将故障点锁定在天线驱动板。

首先，对天线驱动板进行测量检查，发现天线驱动板上的R1阻值异常，更换R1后进行联机测试时发现故障现象依旧。在天线驱动板上有Q1 ～Q8 8 个MOSFET管，如图2 所示，仪器原理是利用MOSFET 管的导通和关断性使直流高压电产生峰峰值为2400VPP 的正弦式脉冲加在天线和选频电容两端产生B1的交变磁场［3］。

图2 天线驱动板电路框图

如果MOSFET 管的导通性存在异常，也会导致振荡射频电压产生压降。利用MOSFET 管的特性对每个MOSFET 管进行了单独测试，发现其中有部分MOSFET管的导通性存在问题(导通阻值大于1 Ω)，筛选出了8个导通性好的MOSFET 管(导通阻值小于1 Ω)，安装到天线驱动板上。将仪器连接到ECLIPS 地面系统测试，发射增益刻度参数恢复正常，Vtx 值和TAU90 值都符合正常范围。

1.3 故障3

故障现象:现场进行接收增益主校验刻度时，发现1#＆11#＆12#频率的振铃值超出正常范围。

原因分析:一个完整的CPMG 脉冲序列的噪声包含4 个噪声测量来描述:偏置(OFFSET)，噪声(NOISE)，振铃(RINGING)和回波噪声(IENOISE)。振铃(RINGING)信号是采集回波信号之前采集，在回波信号进入前置放大板之前，退耦板就应将较大振铃滤除掉［4］。而故障现象反映为仪器采集回波序列的开始(1#频率)和结束(11#＆12#频率)的振铃偏大，中间频率的振铃正常。因此，将故障点锁定在退耦板上。

处理方法:首先对退耦板上的驱动控制信号进行测量，检查驱动控制信号是否正常。如驱动控制信号异常，则可以对信号通路进行逐级测量检查，即可将故障点找到。

如驱动控制信号正常，将万用表置于电阻档测量退耦板的TP6＆TP7(给C4电容充电)，具体电路如图3 所示，主要目的是检查Q4 晶体管的导通与关断特性是否正常。大约几秒钟后，将万用表置于直流电压档，检查TP6＆TP7 之间电压是否放完。放电后，再测量TP10＆TP11之间的阻值是否为170 Ω 左右。本次维修中，发现TP10＆TP11 之间变成约为5 MΩ 左右(Q4 晶体管常态下导通阻值应在40 Ω 左右，只有在截至状态下其阻值才为5 MΩ)，通过上述方法可以判断出Q4 晶体管导通存在问题，对Q4 晶体管进行了更换。更换后我们将仪器连接到ECLIPS 地面系统进行测试，接收增益主校验刻度参数恢复正常，刻度参数符合正常范围。

图3 退耦板部分电路

2 结束语

通过对核磁共振测井仪器MREX 电子线路信号流程分析判断，系统地提出了仪器疑难故障的诊断过程及处理方法。维修后的MREX 仪器分别完成了渤海油田JZ20 -5 -2、QHD29 -2E -4 井等多口探井作业，提高了测井的时效和资料质量，为油公司后续勘探开发提供了直观的地层测井资料。

［1］邵维志，庄 升，丁娱娇. 一种新型核磁共振测井仪-MREX［J］.石油仪器. 2004，18(2):36.

［2］肖立志. 核磁共振测井原理与应用.北京:石油工业出版社，2007:28.

［2］BAKER ATLAS. 3218EB/MB Magnetic Resonance Explorer(MREX)Maintenance Manual.2008(资料)

［3］BAKER ATLAS. Online Technical Manuals OTM Issue47，2009(资料)