對巖性密度測井儀的認(rèn)識

杜黎君 嵇玉華 席習(xí)力

(中原石油勘探局地球物理測井公司 河南 濮陽)

0 概 述

巖性密度儀測量伽瑪射線強(qiáng)度的減少以及由于地層的吸收特性引起Cs137 能譜的改變，以此計(jì)算出地層的體積密度和地層的巖性成分。儀器必須貼井臂測量，以減少泥漿和井眼尺寸對測量的影響，所以該儀器利用馬達(dá)將裝有放射源和光電探測器的推靠器極板緊貼井臂，同時(shí)單臂測量井徑。本文以ECLIPS - S5700配備的2228 巖性密度儀為例，討論儀器在使用中出現(xiàn)的問題以及實(shí)踐中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)和操作時(shí)注意事項(xiàng)。

1 巖性密度儀器的刻度

儀器刻度過程，刻度表中經(jīng)常有幾項(xiàng)不能通過，這主要是由于儀器在刻度塊中的放置位置沒有調(diào)整好，以及推靠器極板、源室不清潔造成的。

1.1 死時(shí)間校正

巖性密度儀中所用探測器要受到一個(gè)被稱為“死時(shí)間”現(xiàn)象的約束，即對伽瑪射線的探測必須要延遲一段時(shí)間才能進(jìn)行，也就是在死時(shí)間期間的探測要被忽略。2228 短源距探測器的死時(shí)間是0.000 002 s，長源距探測器的死時(shí)間為0.000 004 s。在正常測井條件下，由于死時(shí)間校正很小，儀器測量過程中會有誤差被引入，誤差隨計(jì)數(shù)率的增加而增加，因此，在低密度條件下，誤差較大。在密度非常低的條件下，如硅藻巖，誤差能達(dá)到0.05 gm/cc。下面的公式可用來對密度曲線(ZDEN)和密度校正曲線(ZCOR)進(jìn)行校正。

死時(shí)間校正=儀器實(shí)測計(jì)數(shù)率×探測器的死時(shí)間。

注意，刻度/校驗(yàn)表中的SSD(短源距計(jì)數(shù))、HRD1(長源距源距高能計(jì)數(shù))、HRD2(長源距源距低能計(jì)數(shù))為原始計(jì)數(shù)率，是未經(jīng)死時(shí)間校正的，而ZDEN、ZCOR、PE 以及所有來自ZDEN，并經(jīng)計(jì)算的所有曲線都是經(jīng)死時(shí)間校正的。

1.2 儀器刻度［1］

儀器主刻度使用2 個(gè)具有各向同性的鎂合金塊和鋁塊以及2 個(gè)金屬片。鎂塊和鋁塊的密度值是參照美國休斯頓的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置是通過已知密度值驗(yàn)證的。儀器的主刻度是對能量(峰值探測)、密度及PE 的刻度。

儀器的能量刻度是使用長源距探測器中的監(jiān)測源(銫137)和能量刻度塊(镅241)，讓長源距探測器對放射性能譜中的銫峰和镅峰進(jìn)行搜尋。也就是對光電倍增光的高壓即增益做自動調(diào)整，由監(jiān)測源產(chǎn)生的本底被連續(xù)地從不斷累積的長源距譜中剔除，使銫峰保持在230 ±5 道上，這種狀態(tài)是測井的最佳狀態(tài)。能量刻度必須在密度刻度和PE 刻度前進(jìn)行，這是確保儀器正常工作的前提。刻度時(shí)镅源的放置如圖1 所示。

圖1 能量刻度時(shí)，镅源刻度塊的放置

能量刻度結(jié)束后，就要使用測井源，即2 居里銫源做密度和PE 刻度?？潭缺碇械腗G(鎂)、AL(鋁)和CORR(校正)用于密度計(jì)算;LO PE(低PE)和HI PE(高PE)用于PE 計(jì)算。

第一個(gè)刻度點(diǎn)是對鎂合金塊的測量，為刻度表中的MG 計(jì)數(shù)，也用于LO PE 的計(jì)算。第二個(gè)刻度點(diǎn)是鎂合金塊另加1/4 in 厚度的不銹鋼墊片，即刻度表中的HI PE 計(jì)數(shù)。第三個(gè)刻度點(diǎn)為鋁塊，即刻度表中的AL 計(jì)數(shù)。第四個(gè)刻度點(diǎn)測量鋁塊加3/4 in 厚度的鎂墊片，即刻度表中的CORR，該計(jì)數(shù)用于校正泥餅。

刻度時(shí)，刻度塊可以垂直放置，也可以水平放置。推靠器在刻度塊水平放置位置如圖2 所示。同時(shí)極板必須保證沒有灰塵、巖屑，并且保持極板干燥。

圖2 探頭極板在鎂或鋁刻度塊中的位置

推靠器極板面對刻度塊的“厚”部，極板上邊緣應(yīng)與刻度塊邊緣對齊。氣壓泵柱塞壓力保持在2 800 psi，使極板牢牢地貼緊刻度塊。注意極板在刻度塊中不能有旋轉(zhuǎn)和傾斜。極板在刻度塊中正確與錯(cuò)誤位置的對比，如圖3 所示。

測量HI PE 和CORR 時(shí)，需在刻度塊中加放金屬片，一定要使金屬片與刻度塊保持弧形吻合。在測量HI PE 過程中，刻度表中的SHR(軟硬比)在誤差范圍內(nèi)外不斷變化，但測量結(jié)束，SHR 要在誤差范圍內(nèi)，如果不在，檢查極板和金屬片在刻度塊中的放置位置，使其符合圖二和圖三的要求后，重新測量。

在測量CORR 過程中，隨著CORR 測量的結(jié)束，刻度表中的MG/AL(鎂鋁比)會隨之計(jì)算出來，如果這些值不在給定的誤差范圍內(nèi)，也需要檢查極板和金屬片在刻度塊中的放置位置后，重新測量。

圖3 極板在鎂或鋁刻度塊中正確與錯(cuò)誤位置的對比

如果這支儀器有之前的刻度，將本次刻度中的所有數(shù)據(jù)與之對比，如果個(gè)別數(shù)據(jù)相差明顯也要特別注意調(diào)整極板和金屬片在刻度塊中的位置，如果重新測量后依然達(dá)不到誤差要求，儀器就需要維修了。

主刻度完成后，立刻執(zhí)行主校驗(yàn)。主校驗(yàn)使用的是校驗(yàn)夾具，俗稱雙胞胎源。夾具的安放與圖一所示相同。主校驗(yàn)期間短源距計(jì)數(shù)和2 個(gè)長源距計(jì)數(shù)相差很大，而且能譜窗口顯示了相當(dāng)寬的能量譜。

儀器的測前和測后刻度是在測井前和測井結(jié)束后馬上進(jìn)行的，使用的刻度源與主校驗(yàn)的相同，注意確保探頭極板的潔凈與干燥?？潭冉Y(jié)果，SHR、DEN、CORR、PE 必須在誤差范圍內(nèi)。

2 井徑臂的打開與關(guān)閉［2、3］

2228 有一個(gè)設(shè)計(jì)缺陷，就是沒有馬達(dá)工作電壓的上傳，所以單憑直流面板的供電顯示是不能確定具體加到馬達(dá)上的電壓，過壓會使儀器產(chǎn)生更多的熱量，欠壓會增加井徑的開合時(shí)間。馬達(dá)的起始工作點(diǎn)為電壓110 V DC 時(shí)，電流200 mA，也就是在這個(gè)條件下馬達(dá)才能工作。儀器推靠器中有2 個(gè)限位開關(guān)，分別在井徑臂打開和閉合后斷開馬達(dá)電路，直流面板上的電流顯示為零，以此提示操作員井徑開合到位，關(guān)閉直流電源。但儀器使用一段時(shí)間后，限位開關(guān)會失去作用，井徑臂打開或閉合后，限位器不能被激勵，馬達(dá)電路無法被斷開，電流沒有回零提示?？墒窍尬黄鞯氖Р粫绊懢畯奖坶_合。這就會帶來一個(gè)問題，儀器在井下做井徑開合，如何判斷井徑打開或閉合已經(jīng)到位，我們的做法是將電纜頭與3514 遙測短節(jié)、巖性密度線路相連，直流電源供電到150 V DC，測量巖性密度線路下連接頭第11 芯和12 芯之間的電壓，該電壓就是下井時(shí)實(shí)際加到馬達(dá)上的電壓(電纜長度不同，電壓值也不同)，在110 V DC ～150 V DC 范圍內(nèi)，斷電，將推靠器(井徑臂完全閉合)與巖性密度線路相連。面板供150V DC 直流電，記錄井徑臂完全打開所花的時(shí)間，最好在井徑刻度時(shí)，也記錄下井徑臂打開的時(shí)間。同樣地，記錄井徑臂在完全閉合時(shí)所花時(shí)間。關(guān)閉時(shí)間大概是打開時(shí)間的1.5 倍。一旦限位開關(guān)不起作用，儀器在井下開合井徑時(shí)，就會在開合時(shí)間上有個(gè)的把握。再結(jié)合井徑曲線，就能準(zhǔn)確判斷井徑臂在井下開合位置，避免馬達(dá)在井徑臂開合到位的情況下仍舊不停轉(zhuǎn)動乃至損壞。

對于像巖性密度儀這樣依靠馬達(dá)提供動力開合井徑臂的儀器，測井時(shí)，井徑臂必須在靜止或儀器慢速(＜10 m/min)上提時(shí)才能打開。在儀器下行時(shí)打開井徑臂或在井徑臂打開的情況下下行，井徑臂將會卡住井眼，還可能會使其彎曲或折斷，甚至出現(xiàn)儀器卡在井中的嚴(yán)重后果。

2228 巖性密度是數(shù)字遙測儀器，與模擬儀器不同的是能在不關(guān)閉儀器主交流電源的前提下，即地面設(shè)備與井下儀器依然保持通信，通過下發(fā)指令，將直流電源送給馬達(dá)。下井儀器串若有多支使用馬達(dá)開合井徑臂的儀器，如儀器串中有巖性密度和微球儀器，這2 支儀器都是使用馬達(dá)開合井徑臂的。但微球是模擬儀器，不能響應(yīng)井徑開合指令。所以模擬儀器的井徑臂開合時(shí)就必須關(guān)閉儀器主交流電源，通過纜芯控制面板上的馬達(dá)開關(guān)，手動將直流電源送給馬達(dá)。在這種情況下，作為遙測儀器的巖性密度中的馬達(dá)也會一起工作，所以馬達(dá)電流就會比單支儀器井徑開合時(shí)的高。

巖性密度推靠器中的馬達(dá)繼電器要求在儀器斷電的情況下，其常閉端為“井徑關(guān)閉狀態(tài)”，這是為了防止地面或巖性密度儀通訊異常，造成井徑臂在井下無法正常關(guān)閉時(shí)專門設(shè)計(jì)的，如遇此異常，就可以采取模擬儀器手動關(guān)閉井徑臂的做法。這樣，儀器就能順利上提出井眼。在這里還要特別提醒，由于通訊異常，不可能觀察井徑曲線值，無法判斷井徑臂是否完全閉合，還有一種情況是，地面設(shè)備或電纜問題造成直流電源無法送給馬達(dá)，井徑依然是完全打開的狀況。上述兩種情況下，儀器出井眼時(shí)，井徑臂馬上從表層套管受限的狀態(tài)下猛烈反彈。所以，這時(shí)施工人員必須遠(yuǎn)離儀器，防止泥漿、巖屑以及側(cè)鉆的鐵屑飛濺傷人。

3 注意事項(xiàng)

測井過程中，如曲線出現(xiàn)異常，要注意是否有影響巖性密度測量的井下條件存在，如:

1)井中有大量的重晶石或赤鐵礦或其他化學(xué)制品，因?yàn)檫@些物質(zhì)具有高的的光電吸收截面;

2)大裂縫地層;

3)泥餅厚度大于1/2 in;

4)大于井徑的測量范圍的沖蝕擴(kuò)大井段;

5)極不規(guī)則的多褶皺、成波狀的井眼

另外，也要注意不適宜的手動增益調(diào)節(jié)，會影響儀器的原始測量，而且在原始數(shù)據(jù)回放，即RDR 的再處理中是不能被校正的。

4 結(jié)束語

本文以ECLIPS-S5700 的2228 巖性密度儀為例，討論了巖性密度儀器在實(shí)際使用中，由于極板在刻度塊中的放置錯(cuò)誤及極板、源室未做清洗造成主刻度不能通過;在限位開關(guān)失效的情況下如何使井徑臂在井下開合到位;儀器出井眼時(shí)的人員安全以及影響巖性密度測量的井下條件。通過分析，對巖性密度儀器有了一個(gè)深刻的認(rèn)識。相信，在今后的使用中，會對其有更加全面、具體的掌握。

［1］Baker Atlas. Operation Manual，Texas. 1997 (資料)

［2］勝利偉業(yè)石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司. SL -6000 下井儀器維修手冊. 2004(資料)

［3］Baker Atlas. Downhole Tool Matence Manual. Texas，2001(資料)