SDZ-5110微球聚焦測(cè)井儀原理及常見(jiàn)故障分析

王金元 于 鵬 周昌帥 王徐輝 趙巍巍

(河南石油工程有限公司測(cè)井公司 河南 南陽(yáng) 473132)

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SDZ-5110微球聚焦測(cè)井儀原理及常見(jiàn)故障分析

王金元 于 鵬 周昌帥 王徐輝 趙巍巍

(河南石油工程有限公司測(cè)井公司 河南 南陽(yáng) 473132)

SDZ-5110微球聚焦測(cè)井儀是SDZ-5000快速測(cè)井平臺(tái)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各油田，測(cè)井效果良好。文章詳細(xì)介紹了該儀器工作原理及電路組成，對(duì)常見(jiàn)故障進(jìn)行了總結(jié)分析與排除，對(duì)該儀器的維修有很好的借鑒作用。

微球聚焦測(cè)井儀 ；沖洗帶電阻率 ；屏流信號(hào)；故障分析

0 引 言

微球聚焦測(cè)井是微電阻率測(cè)井的方法之一。它適用于水基泥漿(淡水或鹽水) 、砂泥巖或石灰?guī)r剖面的中、深井測(cè)井。微球聚焦測(cè)井是在微側(cè)向和鄰近側(cè)向的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種測(cè)井方法。由于微球極板的特殊結(jié)構(gòu)及采用泥餅校正電極，使其有效的消除了泥餅及原狀地層對(duì)測(cè)量的影響，能更準(zhǔn)確的測(cè)量出地層沖洗帶電阻率[1]。

1 儀器解析

1.1 儀器工作原理

SDZ-5110微球聚焦測(cè)井儀可在175℃高溫和140 MPa壓力的條件下可靠使用。采用該儀器一次下井可同時(shí)記錄RXO、dH兩條曲線(xiàn)。與1229或1239雙側(cè)向測(cè)井儀組合，可準(zhǔn)確判斷滲透地層及泥漿侵入情況，從而確定地層含油、氣、水的性質(zhì)。儀器具有馬達(dá)控制推靠器，使微球極板緊貼井壁。儀器可選用兩種極板適用于井徑為152 mm～500 mm的中、深井中測(cè)井。微球聚焦測(cè)井儀有主電極、屏蔽電極、監(jiān)督電極。屏蔽電流對(duì)主電流起屏蔽作用，從而防止泥餅分流。屏蔽電流和主電流同時(shí)作用，經(jīng)過(guò)增益放大器的自動(dòng)調(diào)節(jié)，最后使監(jiān)督電極M1M2之間的電位差趨向于零[2]。

儀器供電(180 V交流)以后，經(jīng)過(guò)井下儀電源穩(wěn)壓電路，變成±15 V的直流，供儀器的各部分使用。首先由屏流放大電路產(chǎn)生1 024 Hz的正弦波信號(hào)，作為儀器的工作信號(hào)，一路送到屏流放大器(同一厚膜電路)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后，由變壓器T5耦合至主電極A0上，由于屏蔽電流I1的回路電極A1距主電極A0很近，在有泥餅存在時(shí)，大部分I1的都沿著泥餅流到A1電極。另外，I1電流在周?chē)臻g形成的電場(chǎng)在監(jiān)督電極M1M2之間形成電位差ΔVm1m2。此電位差經(jīng)過(guò)高增益主流放大器放大后，變成與I1電流同極性的主電流I0，再?gòu)闹麟姌O送出。泥餅中已被I1所填充，I0只好穿過(guò)泥餅進(jìn)入地層沖洗帶。因地層沖洗帶很少有屏蔽電流I1，所以I0便失去了屏蔽電流的屏蔽作用，它幾乎呈放射狀向四面八方發(fā)射，正因?yàn)樗跊_洗帶中不受屏蔽作用的影響，它就不會(huì)向鄰近側(cè)向測(cè)井那樣流入地層的侵入帶。從而也就有效地克服了侵入帶的影響。另外，電極系中由于增加了泥餅校正電極M0，從電場(chǎng)圖上分析，它正好代表了泥餅和地層交界處的電位，在測(cè)量電位時(shí)，我們只要把這部分影響減去，就能去掉泥餅的影響。用公式表達(dá)為：

Rxo=K(VM1-VM0)/I0

(1)

式中VM1、VM0分別為電極M1、M0的電位；I0為主電流強(qiáng)度；Rxo為沖洗帶電阻率；K=0.024 m (小極板) 或K=0.041 m(大極板)。

下井儀器電子線(xiàn)路主要包括：屏流放大電路、主流放大器、V0I0測(cè)量及相敏檢波電路等七部分。以下對(duì)電路主要部分進(jìn)行解析。

1.2 信號(hào)發(fā)生電路與屏流放大電路

該電路由正反饋及一些外圍電路組成，振蕩頻率由X3輸1 024 Hz、10.5 V左右的正弦波信號(hào)，此信號(hào)即為儀器的工作參考信號(hào)。屏流放大電路是由同一厚膜電路和功率放大器組成。給下井儀器提供一定功率的屏流。它把屏流信號(hào)和主流控制信號(hào)相加，使屏流輸出電壓隨主流大小向相反方向變化，從而不但加快了儀器平衡的速度，而且擴(kuò)大了儀器的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。

1.3 主流放大器

由前置放大器、帶通濾波器和壓控恒流源組成，它提供隨監(jiān)督信號(hào)ΔVM1M2變化的主電流I0。前置放大器工作信號(hào)是微伏級(jí)的，故置于軟磁合金的屏蔽殼里。其工作電源是由主流放大板經(jīng)過(guò)去耦降為±8 V左右后提供電路。

帶通濾波器6N1采用多端負(fù)反饋形式。為了保證系統(tǒng)增益和有效抑制振蕩，濾波器的放大倍數(shù)為100，Q值也較高。輸出由電阻R4和R5分壓，一部分信號(hào)送到屏流放大器，控制屏蔽電流的變化；另一部分由藕合變壓器到下級(jí)。最后一級(jí)采用壓控恒流源電路，它的增益可以隨地層電阻率成正比例變化。這樣，即可滿(mǎn)足高阻層的測(cè)量精度，又可保證低阻層的穩(wěn)定要求。適當(dāng)?shù)剡x擇R6，可以使電路工作在理想的放大倍數(shù)條件下，計(jì)算公式A=KRx0，式中A為線(xiàn)路增益，Rx0為地層電阻率，K為比例系數(shù)，大小與線(xiàn)路中R6成反比，即：K=1/R6。

1.4 I0 、V0測(cè)量放大電路及相敏檢波電路

I0測(cè)量放大器的作用是將主電流的大小線(xiàn)性地轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，V0測(cè)量放大器是放大M1和M0之間的采樣電壓ΔVM1M0，該部分電路是由厚膜電路及外圍一些電阻、電容組成。該厚膜電路中包括它帶通濾波電路及相敏檢波電路，這里使用帶通濾波電路的目的，一方面使失調(diào)電壓不會(huì)在輸出變壓器T8、T9內(nèi)產(chǎn)生電流而飽和，另一方面可以有效濾除地電干擾，以及組合測(cè)井時(shí)的雙側(cè)向信號(hào)干擾。I0、V0相敏檢波電路是將被放大了的I0、V0信號(hào)、分別經(jīng)變壓器T8、T9藕合到相敏檢波電路，I0、V0交流信號(hào)經(jīng)相敏檢波后，成為脈動(dòng)信號(hào)，然后通過(guò)R809、C805和R801、C806組成的濾波電路濾波，輸出穩(wěn)定的直流信號(hào)[2]。

2 儀器技術(shù)指標(biāo)

供電要求：AC180±10 V，50 Hz；

RX0記錄范圍： 0.2 Ω·m～2 000 Ω·m；

RX0測(cè)量精度：2 Ω·m～200 Ω·m，范圍內(nèi)允差±5%；

0.2 Ω·m～2 Ω·m和200 Ω·m ～1 000 Ω·m，允差±10%；

dH記錄范圍：150 mm～500 mm；

dH測(cè)量精度：150 mm～500 mm，允差±5%；

最高工作溫度： 175℃(恒溫0.5h)；

最高承受壓力：140 MPa；

儀器外徑：φ92 mm，推靠器收攏后不大于114 mm，張開(kāi)后最大為500 mm；

儀器長(zhǎng)度：3.14 m；

儀器質(zhì)量：90 kg；

最大測(cè)井速度：1 000 m/h；

垂直分辨率：2 00 mm；

探測(cè)深度：150 mm～200 mm；

穩(wěn)定性：儀器連續(xù)工作四小時(shí)，漂移在10%以?xún)?nèi)。

3 故障分析與排除

故障現(xiàn)象1：輸出I0、V0信號(hào)不穩(wěn)定或I0、V0值不正確。

在微球的測(cè)量放大電路中，變壓器的次級(jí)接相敏檢波的3#、4#端，變壓器的中心抽頭與5#纜芯相接。微球儀器的5#纜芯即是信號(hào)地，也是換檔電壓的傳輸線(xiàn)；相敏檢波器DG307的工作電壓為12 V，而儀器換檔刻度電壓一般為50 V～60 V，因此儀器在換檔時(shí)，很高的換檔電壓直接倒灌到相敏檢波器DG307上，從而將DG307集成塊燒壞。

排除： 為了保證三路儀器信號(hào)輸出不受繼電器的影響，分別在輸出端增加了三個(gè)穩(wěn)壓二極管和三個(gè)10UF的濾波電容。增加穩(wěn)壓二極管的目的是使輸出電壓穩(wěn)定，濾波電容的目的是對(duì)三道信號(hào)進(jìn)行濾波，使傳輸?shù)男盘?hào)穩(wěn)定，提高所測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性[3]。檢查發(fā)現(xiàn)50多伏的直流刻度電壓通過(guò)繼電器加到相敏檢波器上，造成相敏檢波器DG307損壞?，F(xiàn)將5#纜芯的信號(hào)地與換擋電壓進(jìn)行分離，5#纜芯僅用于換檔DC的傳輸用，并更換DG307集成塊，儀器工作正常。

故障現(xiàn)象2 推靠控制正常但無(wú)I0、V0輸出。

排除：當(dāng)儀器供電后，輸出不隨模擬盒檔位或地層變化。此現(xiàn)象的原因是當(dāng)儀器供電時(shí)，系統(tǒng)需要60 s左右的內(nèi)部刻度時(shí)間，輸出不變化是正?，F(xiàn)象，如果長(zhǎng)時(shí)間不變化，儀器可能出現(xiàn)問(wèn)題。檢查儀器工作電流是否過(guò)大，將儀器電源關(guān)閉后檢查儀器電路，查看電源板的直流電源是否正確，檢查是否有器件過(guò)熱或損壞。檢查發(fā)現(xiàn)正電源15 V變?yōu)?8 V時(shí)，主流的輸出在1 000 Ω的電壓輸出為4.950 V?；具_(dá)到了飽和，因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電壓5 V，導(dǎo)致PCM采不到信號(hào)。

當(dāng)24 V電源電路上的濾波電容性能不穩(wěn)定或虛焊時(shí)，會(huì)造成繼電器的性能下降或繼電器斷線(xiàn)損壞，測(cè)出的(微球)曲線(xiàn)出現(xiàn)了飽和。經(jīng)檢查24 V電源電路上的濾波電容性能穩(wěn)定，但繼電器已損壞，更換繼電器后，I0、V0輸出值正常。

現(xiàn)象3 主流道在1000檔位時(shí)，主電流有自激現(xiàn)象。

排除：在跟隨放大器板，主流道中1000檔時(shí)有自激現(xiàn)象，頻率為80 Hz，這是由于系統(tǒng)閉環(huán)引起的，只有改變?cè)鲆?，降低幅度?lái)實(shí)現(xiàn)。將輸入電阻由原來(lái)的1 K變?yōu)? K，反饋電阻由62 K變?yōu)?0 K后，主流道中1 000檔電流自激現(xiàn)象消失，儀器工作正常。

現(xiàn)象4 三道信號(hào)I0、V0、I1均沒(méi)有值。

排除：當(dāng)儀器在上井過(guò)程中I0、V0、I1均沒(méi)有信號(hào)時(shí)，回來(lái)要檢查下井電流及電源工作電壓、屏流放大器的振蕩器及其外圍電阻、電容。檢查發(fā)現(xiàn)晶振電路和厚膜電路產(chǎn)生的1 024 Hz正弦波信號(hào)振蕩頻率不對(duì)，幅度低于正常值。更換晶振和厚膜電路集成塊后三道信號(hào)I0、V0、I1均正常。

現(xiàn)象5：儀器在刻度時(shí)輸出主流值不對(duì)。

排除：儀器在刻度和測(cè)量時(shí)主流值均不正確。檢查發(fā)現(xiàn)微球儀器的信號(hào)地線(xiàn)與換檔DC共用一根纜芯，而很高的換擋電壓，直接從10#纜芯倒灌入微球儀器的5#纜芯，導(dǎo)致 2DW234損壞。為了避免雙側(cè)向微球組合測(cè)井儀刻度、測(cè)井時(shí)，燒壞2DW234器件，現(xiàn)將微球儀器的5#纜芯信號(hào)地與換擋電壓進(jìn)行分離。把信號(hào)地抽出單獨(dú)走18#纜芯，5#纜芯僅用于換檔DC的傳輸，經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)和更換2DW234后，儀器在刻度和測(cè)量時(shí)輸出主流值正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

SDZ-5110微球聚焦測(cè)井儀是SDZ-5000快速測(cè)井平臺(tái)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各油田，測(cè)井效果良好，該儀器與快速平臺(tái)系統(tǒng)中其它儀器的維修經(jīng)驗(yàn)積累也在不斷增加。只有對(duì)儀器工作原理、儀器電路圖有了充分的了解，理論聯(lián)系實(shí)際，在維修實(shí)踐中理解電路原理和故障現(xiàn)象，我們的維修技能和效率才會(huì)不斷提高，才能為小隊(duì)提供可靠的儀器。

[1] 胡 澍.地球物理測(cè)井儀器[J].北京:石油工業(yè)出版社，1991:56-58.

[2] 中國(guó)電子科技集團(tuán)第二十二研究.SDZ-5110微球聚焦測(cè)井儀維修手冊(cè)，2010:4-6.(資料)

[3] 謝樹(shù)棋.關(guān)于微球形聚焦測(cè)井儀使用中的幾個(gè)問(wèn)題[J].江漢石油科技,1992,(4):34-40.

The Principle and Common Malfunction Analysis of SDZ-5110 Sphere Focus Logging

WANG Jinyuan YU Peng ZHOU Changshuai WANG Xuhui ZHAO Weiwei

(SinopecHenanEngineeringCompanyLimitedLoggingCompany,Nanyang，Henan473132,China)

The SDZ-5110 sphere focus logging is an important part of SDZ-5000 well logging platform,widely used in the oil field,logging well.This paper introduces in detail the working principle and circuit,the common faults are analyzed and eliminated,has a good reference to the maintenance of the instrument.

sphere focus logging, flush zone resistivity, screen flow signal, fault analysis

王金元，男，1989年生，助理工程師，2011年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)勘查技術(shù)與工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在河南石油工程有限公司測(cè)井公司從事測(cè)井地面系統(tǒng)操作工作。E-mail: sf301@126.com

P631.4+3

B

2096-0077(2015)02-0098-03

2014-08-16 編輯：屈憶欣)