脉冲中子-中子(PNN)仪器故障分析及排除

唐秀梅，赵立安，李 慧

(中国石油大港油田测试公司 天津 300280)

·经验交流·

脉冲中子-中子(PNN)仪器故障分析及排除

唐秀梅，赵立安，李 慧

(中国石油大港油田测试公司 天津 300280)

针对脉冲中子-中子(PNN)仪器在实际应用中常见的一些故障，介绍了PNN各短节功能和相应电路的基本原理,对故障产生原因进行了系统分析,给出了相应故障的排除方法。

脉冲中子-中子(PNN)；电源；脉冲信号通道；中子发生器；故障

0 引 言

脉冲中子-中子(PNN)仪器是奥地利HOTWELL公司生产的可过油管脉冲中子测井仪，该仪器具有直径小、可过油管测井、双探测器等特点。自2004年引进以来，通过对仪器的实际应用，在仪器维修方面积累了一些经验，对一些常见故障可以快速诊断并排除。

1 仪器工作原理

PNN井下仪器由通讯短节，自然伽马(GR)短节，探测器短节和中子发生器4个短节组成[1]。

PNN井下仪器工作原理如图1所示。中子发生器短节按照一定周期向地层发射能量为14MeV的中子，探测器短节测量经地层慢化而又返回井眼内的热中子，根据计数率随时间的衰减，算出地层的热中子宏观俘获截面∑或寿命τ，来确定储层含油饱和度、识别岩性、计算孔隙度[2]。

图1 PNN井下仪器工作原理示意图

2 常见故障分析与维修

PNN技术在大港油田使用已经15年，统计仪器故障主要有供电电流大、探头无计数、探头计数有干扰和发生器没产生中子四大类。

根据现场故障描述采用分段排除法判定问题短节，再对该短节进行仔细排查。排查时坚持先简后繁，先电源后电路的原则。在排除简单的容易出问题的部位和电源部分后，再进行分析，查找较复杂的不易出问题的部位。

2.1 电源故障分析及排除

仪器的电源分为两部分：低压电源和高压电源。

1)低压电源

整串PNN仪器的通讯短节、自然伽马短节(GR)和探测器短节三部分都有低压电源，如果低压电源出故障，则产生不了+65V、+12V低压，高压模块无法工作，没有高压，传感器就不会有信号产生；同时信号处理芯片也无法工作，信号得不到发送与处理，导致无任何通道信号、电流变小、电流增大等现象。

故障现象：

在X1井进行PNN测试时，对井下仪器进行供电，发现电流过大，有短路现象。

分析处理：

首先将通讯短节、自然伽马短节和探测器短节逐节配接进行通电检测，发现通讯短节通电正常，配接GR短节后出现短路现象，判断为GR短接出现故障。检查低压电源的输出电压是否正常，如果不正常，则断开其负载，空载情况下检查输出电压是否正常，以此来判断是否是低压电源板自身问题。

常见故障为IRF840、稳压二极管损坏。低压电源部分电路如图2所示。如果场效应管IRF840击穿，则LINE总线对地短路，导致电流大，且无+65 V和+10 V产生；如果稳压二极管损坏，则输出电压不稳，影响后续电路。通过检测发现IRF840击穿为此次故障原因。

图2 低压电源部分电路图

2)高压电源

GR短节传感器采用的是光电倍增管+晶体，需要的电压为1 050 V。探测器短节传感器采用的是两个3He管，根据源距不同，定义为长源距(LSN)、短源距(SSN)，探测器所需要电压为1 350～1 450 V。高压输出没有或达不到指标，会造成无信号输出、信号计数过高、过低。

故障现象：

在X2井进行PNN测试过程中，仪器在3 050 m突然探测器无计数，供电电流增大，上提仪器至1 000 m后正常。怀疑是仪器长时间工作后，个别器件耐温性能下降引起的。

分析处理：

首先通电检测探测器短节，对怀疑部位进行加温检测。用吹风机对电路中信号处理部分加温，同时用示波器观察输出信号是否正常；用吹风机对高压部分加温，同时用高压表笔测量高压输出是否正常，经检测发现随着温度的升高，高压模块输出由1 400 V降为900 V，确定为调高压电阻和电容的耐温性能下降，无法达到探测器工作的要求，更换器件后仪器正常。

电源部分出现故障的几率相对较高，特别是高压部分。由于高压模块损坏导致没有高压的现象共有9次，为此重新设计高压模块，实现国产化，将模块中一部分滤波功能调到供电电路中，仪器工作电流减小10 mA，该器件国产化后降低了维修成本。仪器测试 43口井，故障率几乎为零。

2.2 LSN、SSN脉冲信号通道故障分析及排除

两个探测器记录未被地层俘获的0.025 eV热中子，并在探测器输出端产生一个脉冲，经放大后、电平鉴别后，传至通讯部分，脉冲在通讯部分处理后发送到地面，如图3所示。

图3 探测器电路部分框图

故障现象1：

在X3井的测试过程中，下至200 m检测仪器，激发中子发生器后，发现长短源距无计数。而仪器电流、电压正常，且示波器波形显示中子发生器工作正常。

分析处理：

从图3可以看出，影响信号产生的主要有三部分：电源部分、传感器部分和信号处理部分，需分块检测，缩小怀疑范围，确定损坏器件。

如果长短源距均没有计数，两个探测器同时坏的概率非常小。因此，将排查部分放在对探测器均影响的高压模块电源和对信号处理影响的低压电源部分，即电源板上。电源板的故障可以按照上述电源故障排查方法进行检测。经检测发现高压调整电阻的阻值异常，更换调整电阻，将高压调至1 368 V。维修后仪器在水罐中打靶，仪器正常。

如果检测电源板没有问题，检查双运放TL072是否有输入、输出信号，判断TL072器件是否损坏。TL072无故障再检查LM2903器件是否损坏，因为长短源距两路信号共用一个LM2903进行处理，LM2903损坏也会导致长短源距无计数。如果通过上述检测均无问题，则怀疑3He管损坏。

如果一个通道没有计数，只需按上述方法检查该通道的传感器和双运放TL072部分的信号处理电路。

故障现象2：

在对X4井进行PNN测试过程中出现中子发生器在未释放中子情况下，探测器长短源距出现不稳定计数[3]。

分析处理：

室内连接仪器进行检修，采用GR-CCL工作模式，初始正常，但10分钟后长短源距均出现几十的计数。去掉中子发生器部分后，故障依然存在；然后去掉探测器部分，计数消失，判断为探测器部分出现故障，怀疑有干扰信号窜入。

首先考虑干扰信号是高压部分造成的，检查电容是否损坏，尝试增大电容的容量，同时保证接地良好。

其次怀疑是线路中的一些贯穿线出现问题。重新整理贯穿线，发现部分贯穿线有压瘪的现象，更换并重新整理后，干扰信号消失。后经查证，如果传输线出现压瘪的现象，虽然与外壳或其他破皮的线路接触不会造成短路，但会致使性能降，尤其是承受近2 kV的连接线干扰更加明显。

2.3 中子发生器故障分析及排除

中子发生器是产生高能快中子的关键部件，在地面测井软件控制作用下发射14MeV的高能快中子。PNN采用俄罗斯1-26型低频中子管，该型号中子管额定频率为20 Hz，PNN使用频率为13 Hz。

故障现象：

在现场测试X5井时，测完60 m井段后突然中子产额降为0，且示波器上波形异常。该井最高温度达144℃，现场怀疑温度问题，上提至2 000 m，断电2小时后重新激发仪器，产额仍为0，仪器在GR-CCL模式下电流为150 mA,而正常电流是80 mA。提出仪器后，采用分段排除法，确定为中子发生器短节存在故障，于是更换中子发生器完成测试。

分析处理：

首先分析中子发生器构成，它包括两部分：3 kV高压电路和中子管的密封部分。检查中子发生器时必须放入水罐 ，不能在地面激发中子发生器。室内检测常采用自制的模拟负载替代密封部分对3 kV高压电路进行检测。针对上述故障的检测电流为80 mA，而该部分正常电流为10 mA，判断为3 kV部分故障。

3 结束语

以上维修方法可以帮助我们快速准确地分析排除PNN测井仪器在维修使用中遇见的问题，提高仪器维修效率，基本解决了仪器所出现的故障。

仪器的故障是多种多样的，还有许多故障的排除需要我们在工作中摸索解决，可以根据仪器使用情况，有针对性地关注测试关键点，及早发现故障隐患，提高测试成功率。

[1] 赵国海，王志敏，董社霞，等.脉冲中子-中子(PNN)测井技术[J].石油机械，2005,33(8)：75-78.

[2] 黄隆基.核测井原理[M].北京：石油大学出版社，2000：82-160.

[3] 陈新君. PNN测井仪工作原理与典型故障维修 [J].仪器仪表用户，2014，21(5)：90-91.

Common Fault Analysis and Troubleshooting of Pulsed Neutron-neutron (PNN) Instrument

TANG Xiumei, ZHAO Li′ an, LI Hui

(WellTestingCompanyofDagangOilfieldPetrochina,Tianjin300280,China)

Aiming at some common fault of the practical application of pulse neutron-neutron (PNN) instrument, this paper introduces each sub function of the PNN and the basic principle of corresponding circuit, analyzes the failure causes, and gives the fault elimination method.

pulsed neutron-neutron (PNN); power source; pulse signal channel; neutron generator; fault

唐秀梅，女，1972年生，工程师，1992年毕业于大港石油学校测井专业,目前主要从事测井仪器维修维护工作。E-mail:tangxmei@petrochina.com.cn

P631.8+17

A

2096-0077(2017)03-0093-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.03.022

2017-02-24 编辑：姜 婷)