MIT5530陣列感應(yīng)測(cè)井儀器幾個(gè)典型故障分析

張　金，張　龍，羅世祥，韓金玉

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司國(guó)際事業(yè)部　北京　102206；2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部　陜西　西安　710077)

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·經(jīng)驗(yàn)交流·

MIT5530陣列感應(yīng)測(cè)井儀器幾個(gè)典型故障分析

張金1，張龍2，羅世祥2，韓金玉2

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司國(guó)際事業(yè)部北京102206；2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部陜西西安710077)

為了能夠快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并排除MIT5530陣列感應(yīng)儀器故障，在儀器工作原理分析基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用理論分析方法，排除法以及特殊測(cè)量點(diǎn)測(cè)量法等儀器維修方法，分析了實(shí)際生產(chǎn)過程中MIT5530陣列感應(yīng)儀器幾個(gè)典型故障。

MIT5530；陣列感應(yīng)；工作原理；故障分析

0　引　言

MIT5530陣列感應(yīng)測(cè)井儀是一種基于電磁感應(yīng)原理測(cè)量地層電導(dǎo)率的測(cè)井儀器。其具有多種縱向分辨率和徑向探測(cè)深度的探測(cè)特性以及更方便、準(zhǔn)確的趨膚校正方法，從而有效拓寬地層電導(dǎo)率的測(cè)量范圍[1]。

MIT5530陣列感應(yīng)測(cè)井儀主要由發(fā)射短節(jié)、線圈系、前置放大短節(jié)以及電子線路短節(jié)組成。本文首先對(duì)儀器工作原理進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程中儀器幾種典型故障進(jìn)行了分析。從而進(jìn)一步加深了對(duì)MIT5530陣列感應(yīng)儀器的認(rèn)識(shí)，為今后快速、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)并排除陣列感應(yīng)儀器故障提供了有力保障。

1　MIT5530陣列感應(yīng)測(cè)井儀工作原理

MIT5530陣列感應(yīng)成像測(cè)井儀主要由發(fā)射電路、前置放大電路、二級(jí)刻度電路、帶通濾波器電路以及DSP數(shù)據(jù)采集電路等功能塊組成，其電路框圖如圖1所示。

給MIT5530陣列感應(yīng)測(cè)井儀供電，數(shù)據(jù)采集處理電路首先產(chǎn)生三電平控制信號(hào)以啟動(dòng)發(fā)射控制電路。發(fā)射信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)后由發(fā)射線圈向地層發(fā)射，8個(gè)接收子陣列線圈分別接收由地層產(chǎn)生的8道測(cè)量信號(hào)(電磁感應(yīng)信號(hào))。同時(shí)，發(fā)射線圈處產(chǎn)生具有四種不同幅度大小的八個(gè)刻度信號(hào)。由SDSP(協(xié)DSP1)和邏輯控制板產(chǎn)生的控制信號(hào)控制模擬開關(guān)進(jìn)行選通，系統(tǒng)按照時(shí)分原則完成測(cè)量信號(hào)和二級(jí)刻度信號(hào)的切換與測(cè)量。

三個(gè)SDSP(協(xié)DSP)采集電路采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一送到MDSP(主DSP)進(jìn)行組織編碼，由DTB接口電路將數(shù)據(jù)傳送給井下遙測(cè)，并通過井下遙測(cè)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綔y(cè)井地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

圖1　MIT5530陣列感應(yīng)成像測(cè)井儀電路框圖

2　MIT5530陣列感應(yīng)測(cè)井儀典型故障分析

2.1故障1

2.1.1故障現(xiàn)象

地面臺(tái)架供電電流大。

2.1.2故障分析

儀器供電電流大，通常是由儀器的供電電源電路出現(xiàn)短路造成。

儀器供電電源電路將地面提供的220 V交流電源經(jīng)三個(gè)變壓器變換為10組低壓交流電源，再分別經(jīng)橋式整流，多級(jí)電容濾波以及三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，最終輸出供儀器各功能單元使用的±5 V，±15 V等直流電源。因此，電源電路中主要涉及變壓器，整流橋，濾波電容以及三端穩(wěn)壓器四個(gè)環(huán)節(jié)。

在變壓器環(huán)節(jié)，當(dāng)變壓器長(zhǎng)期過載運(yùn)行，遭受雷電沖擊，過電壓或者所處的環(huán)境有大量的金屬粉塵時(shí)，都有可能導(dǎo)致絕緣擊穿或損壞，使得變壓器匝件短路，從而造成地面儀器供電電流大的現(xiàn)象[2]。

當(dāng)發(fā)生誤操作使儀器供電電電壓過大時(shí)，會(huì)在整個(gè)電源電路中產(chǎn)生一個(gè)較大的電壓，使得整流橋環(huán)節(jié)中的某只二極管被擊穿或者濾波電容環(huán)節(jié)的某只電容被擊穿，甚至使三端穩(wěn)壓器壞掉。從而形成短路，其產(chǎn)生的大電流也會(huì)通過變壓器反饋到地面，從而造成地面儀器供電電流大的現(xiàn)象[3]。

在實(shí)際維修過程中，我們發(fā)現(xiàn)，發(fā)生地面供電電流大現(xiàn)象時(shí)，電源板上CA50(680 μf，40 V)電容被擊穿造成短路情況發(fā)生的頻率最高。

2.2故障2

2.2.1故障現(xiàn)象

儀器返回后，小隊(duì)反應(yīng)39，72線圈系測(cè)井曲線不正常，工房通電檢查發(fā)現(xiàn)質(zhì)量控制曲線QC值為0.68左右，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)39、72線圈系低頻刻度信號(hào)幅度值正常，而中頻刻度信號(hào)幅度值僅為70、60，其地面檢查時(shí)故障現(xiàn)象如圖2所示。

圖2　陣列感應(yīng)儀器地面檢查故障現(xiàn)象2

2.2.2故障分析

根據(jù)MIT5530陣列感應(yīng)儀器工作原理，39，72兩個(gè)接收子陣列線圈的測(cè)量信號(hào)和刻度信號(hào)主要通過39/72數(shù)據(jù)采集通道，經(jīng)過前置放大電路放大，帶通濾波電路選通，A/D轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，進(jìn)入SDSP2(協(xié)DSP2)采集電路，SDSP2采集電路和其他兩個(gè)SDSP采集電路的數(shù)據(jù)一起送入MDSP采集電路，從而實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)采集功能。本故障現(xiàn)象中，僅39，72兩個(gè)線圈系刻度信號(hào)幅度異常，而其他線圈系刻度信號(hào)幅度均正常，說明MDSP采集電路工作正常，可能是39/72通道某個(gè)電路環(huán)節(jié)發(fā)生故障從而導(dǎo)致這一現(xiàn)象的發(fā)生。

再仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)僅39，72線圈系的中頻刻度信號(hào)幅度值錯(cuò)誤，而低頻刻度信號(hào)幅度值正常。

運(yùn)用排除法分析，如果故障出現(xiàn)在前置放大電路中，則低頻和中頻刻度信號(hào)幅度值均應(yīng)不正常，因此，可以排除對(duì)前置放大電路故障的懷疑。而如果故障出在SDSP2(協(xié)DSP2)采集電路上，那么，與39，72線圈系刻度信號(hào)幅度值同時(shí)進(jìn)行采集的21，27線圈系刻度信號(hào)幅度值也應(yīng)該不正常。因此，可以排除對(duì)SDSP2采集電路故障的懷疑。

最后，可將重點(diǎn)懷疑對(duì)象設(shè)定為帶通濾波器電路，帶通濾波器電路主要是通過對(duì)不同頻率信號(hào)通道設(shè)計(jì)不同的增益實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率信號(hào)的選擇性放大[4]。39/72數(shù)據(jù)采集通道的帶通濾波器電路主要有兩種頻率通道，分別是26.256 kHz(低頻)通道和52.512 kHz (中頻)通道。本故障現(xiàn)象中，剛好只有39，72線圈系的中頻刻度信號(hào)幅度不正常，因此，可以將問題鎖定在39/72數(shù)據(jù)采集通道的中頻濾波通道上。用示波器分別測(cè)量中頻濾波通道的緩沖器輸出端TP11，雙道雙協(xié)調(diào)帶通濾波器的輸出測(cè)量點(diǎn)TP13和TP12，可以發(fā)現(xiàn)TP11輸出波形正常，而TP9和TP10兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)波形不正常，從而發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)故障。

2.3故障3

2.3.1故障現(xiàn)象

陣列感應(yīng)儀器地面通電檢查時(shí)，其21、27線圈系刻度信號(hào)幅度值偏低，質(zhì)量控制曲線QC值為0.75左右。其地面檢查時(shí)故障現(xiàn)象如圖3所示。

2.3.2故障分析

該故障現(xiàn)象與和故障現(xiàn)象2有些類似，因此，首先仍然可以肯定的是故障出在21/27數(shù)據(jù)采集通道上。根據(jù)MIT5530陣列感應(yīng)儀工作原理并類比故障現(xiàn)象2的分析，可以立即排除對(duì)MDSP采集電路以及SDSP2采集電路的懷疑。

而與故障現(xiàn)象2不同之處在于，該故障現(xiàn)象中21，27兩個(gè)線圈系的低頻刻度信號(hào)幅度值以及中頻刻度信號(hào)幅度值均不正常。由于帶通濾波板上的低頻濾波電路和中頻濾波電路是兩個(gè)完全分離，互不干擾，互不影響的電路單元。如果故障出在帶通濾波電路上， 那么也就意味著帶通濾波板上的低頻濾波電路和中頻濾波電路同時(shí)發(fā)生了故障，這在邏輯上是小概率事件，因此，我們可以暫且排除對(duì)帶通濾波電路的懷疑。

最后21/27數(shù)據(jù)采集通道上僅剩下前置放大電路環(huán)節(jié)。前置放大電路主要實(shí)現(xiàn)將信源放大到額定電平。通過應(yīng)用示波器測(cè)量前置放大器輸出OUT測(cè)量點(diǎn)，前置放大輸出值明顯低于正常輸出值。從而確定故障確實(shí)出在前置放大電路上。更換前置放大電路，儀器工作正常。

圖3　陣列感應(yīng)儀器地面檢查故障現(xiàn)象3

2.4故障4

2.4.1故障現(xiàn)象

陣列感應(yīng)儀器地面通電檢查時(shí)，其21、27、39線圈系刻度信號(hào)幅度值不正確，質(zhì)量控制曲線QC值為0.62左右。其地面檢查時(shí)故障現(xiàn)象如圖4所示。

圖4　陣列感應(yīng)儀器地面檢查時(shí)故障現(xiàn)象4

2.4.2故障分析

出現(xiàn)此類儀器故障時(shí)，首先可以排除電源電路出現(xiàn)故障。此類故障和上述故障有些類似，均表現(xiàn)為線圈系刻度信號(hào)幅度值偏低，因此，根據(jù)MIT5530陣列感應(yīng)儀器工作原理以及類比故障現(xiàn)象2以及故障現(xiàn)象3的分析，首先可以排除對(duì)MDSP采集電路，帶通濾波器故障以及前置放大電路故障的懷疑。

排除了MDSP采集電路，前置放大電路和帶通濾波器電路后，追溯線圈系刻度信號(hào)采集流程，剩下SDSP2采集電路環(huán)節(jié)。21/27，39/72兩個(gè)通道的信號(hào)依次通過模擬開關(guān)ADG409，可編程放大器PAG202，可編程放大器PAG203，差分放大器以及16位AD轉(zhuǎn)換器AD7721并通過串口進(jìn)入SDSP2。由于72線圈系信號(hào)幅度正常，因此，可以判定故障應(yīng)該出在ADG409。更換ADG409后，21，27，39線圈系信號(hào)幅度正常。

3　結(jié)　論

通過對(duì)陣列感應(yīng)儀器幾個(gè)典型故障問題的分析可以發(fā)現(xiàn)，陣列感應(yīng)儀器故障現(xiàn)象和故障位置具有很好的對(duì)應(yīng)性。因此，今后當(dāng)陣列感應(yīng)儀器發(fā)生故障時(shí)，只要牢牢掌握陣列感應(yīng)儀器的工作原理以及儀器各功能模塊能夠?qū)崿F(xiàn)的基本功能，綜合運(yùn)用理論分析方法，排除法以及特征測(cè)量點(diǎn)測(cè)量法等各種儀器維修方法，一定能夠快速而準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)并排除儀器故障，從而為測(cè)井生產(chǎn)工作的正常開展提供有力保證。

[1] EILOG-05成套裝備用戶手冊(cè)(上冊(cè))[Z].中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司，2005，66-67.

[2] 胡澍.地球物理測(cè)井儀器[M]. 北京：北京石油工業(yè)出版社出版，1991，123-124.

[3] 黃隆基.核測(cè)井原理[M]．東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2000，81-85．

[4] 洪有密.測(cè)井原理與綜合解釋[M].北京：石油大學(xué)出版社，1993，155-159．

Typical Faults Analysis of MIT5530 Array Induction Logging Instrument

ZHANG Jin1，ZHANG Long2，LUO Shixiang2,HAN Jinyu2

(1.InternationalBusinessDivision,ChinaPetroleumLoggingCo.Ltd.，Beijing102206,China;2.ChangeqingDivision,ChinaPetroleumLoggingCo.Ltd.,Xi′anShaanxi710077,China)

In order to find and eliminate the malfunction of MIT5530 array induction instrument quickly and accurately, based on the analysis of working principles, some typical instrument malfunction happened in the process of practical production are analyzed by using some instrument maintenance methods such as the theoretical analysis method, exclusive method and special measuring-point measuring method.

MIT5530; array induction; working principle; malfunction analysis

張金，男，1987年生，工程師，2013年畢業(yè)于西南石油大學(xué)精密儀器及機(jī)械專業(yè)，碩士研究生，現(xiàn)從事測(cè)井儀器維修管理工作。E-mail：312760109@qq.com

P631.8+11

A

2096-0077(2016)04-0080-05

2015-09-22編輯：韓德林)