STARⅡ電成像測井儀故障分析

申衛(wèi)兵 周 靜

(西安石油大學(xué)井下測控研究所 陜西西安)

STARⅡ電成像測井儀故障分析

申衛(wèi)兵 周 靜

(西安石油大學(xué)井下測控研究所 陜西西安)

STARⅡ電成像測井儀是從美國Baker Atlas公司引進(jìn)的,經(jīng)過多年的使用后,現(xiàn)在出現(xiàn)了越來越多的問題,在分析電路和解決實(shí)際問題的過程中,我們掌握了快速準(zhǔn)確解決問題的方法,并得到了實(shí)踐的檢驗(yàn)。

成像測井;故障;RESET

0 引 言

STARⅡ電成像測井儀是一種微聚焦電阻率測井儀,通過測量地層電阻率信息來識別巖性、裂縫、斷層、不整合及井眼垮塌等,進(jìn)而為地質(zhì)精細(xì)結(jié)構(gòu)的解釋、地質(zhì)構(gòu)造的分析、沉積環(huán)境的評價(jià)等方面提供科學(xué)有力的數(shù)據(jù)[1]。

隨著對復(fù)雜地層及薄層勘探要求日益增長,電成像測井的使用頻率越來越高,在電成像儀測井過程中,各種問題也接踵而至。在分析電路原理和解決實(shí)際問題的過程中,我們逐漸掌握了快速準(zhǔn)確維修STARⅡ電成像測井儀的方法,從而保證了儀器在吐哈和玉門油田的正常運(yùn)行。

1 STARⅡ電成像測井儀

對測井儀器儀原理的了解及電路的熟悉程度,關(guān)系到我們在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,因此,要想全面掌握STARⅡ電成像儀的維修技術(shù),原理及電路的熟悉掌握是非常重要的。

1.1 STARⅡ電成像測井原理[2、3]

與微聚焦測向測井原理一樣,通過極板紐扣,垂直于極板向地層發(fā)射電流,把地層看成是一個(gè)電阻,回到上部金屬外殼,從而形成一個(gè)完整的電流通路如圖1所示。在測井過程中,使極板緊貼井壁,同時(shí)給極板與陣列紐扣供電,使其向地層發(fā)射同極性的電流,而上部的金屬外殼作為回路電極,由于電流的極性相同,因此極板上發(fā)射的電流對陣列紐扣發(fā)射的電流起著聚焦作用,采集陣列紐扣的電流信號,就得到了地層電阻率的情況,但由于回路電極離供電電極較近,因而陣列紐扣電流大小主要反映井壁附近地層的電阻率情況,將陣列紐扣電流進(jìn)行特殊的圖像處理就可得到反映井壁附近的地層電阻率變化的黑白或彩色圖像。同時(shí)與一般的地層傾角儀器一樣其還具有很大的動態(tài)測量范圍,而且具有兩種測量模式:電成像模式和傾角模式。

圖1 STARⅡ電成像測井儀原理圖

1.2 STARⅡ電成像儀電路信號流程

各紐扣向地層發(fā)射電流最后回到上端金屬外殼形成通路,從而使通過取樣電阻上的電流大小隨地層電阻率的變化而變化[4、5],根據(jù)U=I×R得到原始電壓信號送到電子儀的DSP數(shù)據(jù)采集板,經(jīng)過一系列的放大、濾波、整形、編碼送到CPU板,再把數(shù)據(jù)緩存,編成M5數(shù)據(jù)方式送到遙測通信儀,而遙測通信儀也以同樣的數(shù)據(jù)傳輸方式把數(shù)據(jù)發(fā)送到地面系統(tǒng);同時(shí)其他的數(shù)據(jù),如井徑、溫度、方位等信號則通過M2數(shù)據(jù)的方式傳送到地面系統(tǒng)。信號流程如圖2所示。

圖2 STARⅡ電成像信號流程圖

1.3 STARⅡ電成像儀電路各部分功能

1)CPU:接受地面發(fā)下的命令,控制各個(gè)部分執(zhí)行命令。主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、解碼、A/D轉(zhuǎn)換、緩存、發(fā)送及各種控制等功能,具有32K的EEROM和32K的RAM及1Mbit的串行I/O總線;

2)開收腿控制:根據(jù)CPU的命令,把CMOS邏輯信號轉(zhuǎn)換成24 VDC去驅(qū)動兩個(gè)繼電器動作,從而使125 VDC通過22、26芯與馬達(dá)相連,提供馬達(dá)所需的工作電壓;

3)井徑測量:采集井徑數(shù)據(jù)后傳送到CPU。主要有多路選擇器、多路A/D、刻度電阻網(wǎng)等;

4)屏蔽驅(qū)動:給屏蔽電極產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的1 100 Hz的正弦波,同時(shí)其產(chǎn)生的12 V P-P可由“Buck Gain”分10步控制,當(dāng)遇到高阻或低阻地層時(shí),可通過“Buck Gain”等增益控制調(diào)整儀器的動態(tài)測量范圍;

5)DSP數(shù)據(jù)采集:每一支電子儀EA有六塊完全一樣且各自獨(dú)立的DSP采集板,而每個(gè)DSP數(shù)據(jù)采集板可以分為屏蔽信號采集電路和主信號即電阻率信號采集電路。變壓器T1和T2分別采集這兩路原始信號,再經(jīng)過緩存、放大、后送到A/D轉(zhuǎn)換器,再通過濾波、調(diào)制、編碼之后送到CPU;

6)電源:有兩個(gè)電源:4430XA和1022PA。①4430XA的作用:把從地面送下的纜頭電壓由420 VAC/0.8 A變成180 VAC/2.0 A,供給后面的儀器使用;②1022PA的作用:把由4430XA轉(zhuǎn)換的180 VAC轉(zhuǎn)換成電子儀和探頭需要的五種電源:±15 V、±5 A、

+5 DV、±20 V(給六塊極板供電)、±40 V(給屏蔽驅(qū)動供電)后兩個(gè)電源是由電子儀EA控制的;

7)探頭:主要包含兩部分:馬達(dá)推靠部分和極板部分。馬達(dá)推靠部分給開收腿提供動力;極板部分主要包括六塊完全一樣且相互獨(dú)立的極板;

8)WTS通信:采用Baker Atlas公司標(biāo)準(zhǔn)的WTS(Wireline Telemetry System:電纜遙測系統(tǒng))信號傳輸方式傳輸?shù)紼CLIPS地面系統(tǒng)。其分為M2命令、M2數(shù)據(jù)、M5數(shù)據(jù)、M7數(shù)據(jù)四種傳輸方式。纜芯分配如圖3所示。而STARⅡ電成像測井儀主要采用M5方式傳輸,把電阻率數(shù)據(jù)通過M5數(shù)據(jù)方式傳到地面系統(tǒng),把其他數(shù)據(jù)通過M2數(shù)據(jù)方式傳到地面系統(tǒng);同時(shí)通過M2命令方式接受地面系統(tǒng)的命令。

2 STARⅡ電成像儀常見故障分析

從我們單位引進(jìn)STARⅡ電成像測井儀到現(xiàn)在的這幾年的現(xiàn)場應(yīng)用中,出現(xiàn)了各種各樣的問題,但是歸結(jié)起來,為3個(gè)方面的故障問題進(jìn)行分析闡述。

圖3 WTS纜芯分配圖

2.1 由于“RESET”命令不起作用,極板工作電壓供不下去,從而導(dǎo)致無法測井

小隊(duì)反映測井時(shí)下發(fā)“RESET”命令不起作用,即“RESET”命令下發(fā)后,遙測通信儀中的纜頭電壓CHV的值不下降。這是在測井中經(jīng)常遇見的問題,可以用下面的方法確定故障在電源PA、電子儀EA、探頭MB中的某一個(gè)具體儀器上,以及該儀器更具體的部分上。

1)電子儀EA的檢測方法:將電源PA、電子儀EA相連,且在電子儀EA的下端接模擬盒(指示±20V、CLK、SYNC),用5721地面測試面板檢測。在下發(fā)“RESET”命令時(shí),必須注意電流表的指示值,如果電流增大到1安培以上時(shí),立即將電壓迅速關(guān)掉,這說明電子儀EA中的屏流驅(qū)動板短路現(xiàn)象。

2)電源PA的檢測方法:直接將電源PA的電子線路抽出來,將電源PA下端的3 和34 短接,只給電源PA供180VAC,測量電源PA下端22 和23 之間的電壓應(yīng)為80V;如果不是,檢查電源PA中的開關(guān)電源板,根據(jù)圖紙測量+10 V、-10 V、+4.5的電壓是否正常,測量U3的11端正常應(yīng)為10 V,一般問題都出在這些地方。

3)探頭MB的檢查方法:首先將極板引線接頭從支撐臂的凹槽中分離出來,用萬用表的二極管檔,測量極板各連線和地線之間的絕緣值。用兆歐表測量探頭的±20 V、CLK、SYNC和信號線的過線和地線之間的絕緣值。一般都是極板及接線艙絕緣值太低造成的“RESET”命令的失敗。

當(dāng)小隊(duì)反映6塊極板中的某一塊極板信號不正常,而其它極板信號都正常時(shí),一般都是該塊極板壞了,或者該塊極板的接頭開路而導(dǎo)致信號無法傳輸。

2.2 由于探頭部分絕緣不好,從而導(dǎo)致資料有問題

不合格資料的主要問題是曲線毛刺多、飽和等問題,而產(chǎn)生這些問題的主要原因是探頭的絕緣不好造成的。探頭絕緣主要有以下幾個(gè)方面:(1)極板絕緣、(2)探頭過線絕緣、(3)接線艙接頭絕緣。而其中最重要的是接線艙接頭的絕緣,因?yàn)楦糸_接頭和泥漿的是絕緣膠套,因此,在高溫高壓等惡劣條件下,接線艙接頭絕緣值的高低則完全取決于絕緣膠套質(zhì)量的好壞。

STARⅡ電成像MB型探頭內(nèi)共用到絕緣膠套138個(gè),其中接地線為32個(gè),其余的106個(gè)分別是+20VDC、-20VDC、信號線、時(shí)鐘、同步以及井徑,都是需要絕對保障絕緣和連通良好的。

下面舉幾個(gè)常見故障和實(shí)例:

1)±20 VDC極板供電連線的磨破,造成膠套燒毀,同時(shí)引起極板損壞;

2)膠套在井眼中受壓破損造成絕緣不好;

3)連通性不好造成測量曲線出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象。

4)在青2-46、青2-47電成像1、6號極板的曲線都出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象,同時(shí)1號極板的曲線還出現(xiàn)飽和現(xiàn)象,經(jīng)檢查是因?yàn)樾盘柧€剝線長度不夠,把絕緣外皮送入銅套,恰好夾線鉗夾線時(shí)夾在絕緣外皮上,造成連線忽通忽斷。

5)測井資料中,6塊極板都反映出成像圖上出現(xiàn)幾道固定的黑線,即在24個(gè)紐扣中若干個(gè)固定紐扣的電導(dǎo)率圖象顏色明顯偏深(電導(dǎo)率值明顯偏大),導(dǎo)致資料為不合格。經(jīng)過仔細(xì)檢查,導(dǎo)致測井資料不合格的原因是:由于國產(chǎn)插針和膠套質(zhì)量不合格,使得極板信號線絕緣降低,信號被干擾,從而使測井資料不合格。

2.3 開收腿和井徑的問題

1)井徑電位器總成內(nèi)硅油不足或有氣體,造成電位器被壓死,從而造成萬象節(jié)被拉斷,使井徑值不對;

2)極板支撐臂變形或刻度時(shí)刻度環(huán)不居中導(dǎo)致井徑值不對;

3)電子儀EA開收腿控制板中的繼電器損壞,125VDC供不下來,導(dǎo)致不能開收腿。

3 結(jié)束語

無論從電路還是從機(jī)械方面上看,STARⅡ電成像測井儀都是最復(fù)雜的儀器之一。但是面對最復(fù)雜的儀器,我們應(yīng)該本著從理論聯(lián)系實(shí)踐的精神,認(rèn)真掌握基本原理及其操作保養(yǎng)和維修方法。這樣才能有效地利用儀器,對其出現(xiàn)的故障問題做到有的放矢,有效地提高生產(chǎn)效率。

[1] 張建華,仵 杰,劉振華.電法測井原理與應(yīng)用[M].西安:西北大學(xué)出版社,2002

[2] 薛曉書,覃 彪.CLS數(shù)控測井系統(tǒng)電法測井儀器[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1996

[3] 馮啟寧,鄭學(xué)新.電法測井儀器[M].東營:中國石油大學(xué)出版社,2006

[4] 張庚驥.電法測井[M].西安:石油大學(xué)出版社,1996

[5] BAKER ATLAS.1022EA/PA/MA STARⅡMAINTENANCE MANUAL.2006(資料)

[6] 付鑫生.石油測井信息數(shù)字傳輸原理與系統(tǒng)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1995

P631.8+3

B

1004-9134(2010)06-0091-03

申衛(wèi)兵,男,1981年生,2001年畢業(yè)于西安石油大學(xué)測控與測量專業(yè),在讀碩士研究生,主要從事國家863項(xiàng)目:旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向智能鉆井系統(tǒng)的研究。郵編:710065

2010-06-17編輯:梁保江)