巖性密度測井儀工作原理與典型故障分析

摘? 要：巖性密度儀器在使用過程中偶爾會(huì)出現(xiàn)一些故障，要解決同類問題通常需要對密度儀器的信號(hào)流程、機(jī)械結(jié)構(gòu)有非常清晰的理解，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)分別排查信號(hào)和機(jī)械結(jié)構(gòu)這兩個(gè)部分，將兩者作為重點(diǎn)進(jìn)行檢查，最終發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。該文首先介紹了巖性密度測井儀的基本原理，依據(jù)密度儀器的信號(hào)流程和機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，主要從兩個(gè)方面對巖性密度測井儀在使用過程中出現(xiàn)的典型故障進(jìn)行了歸納和分類。同時(shí)對出現(xiàn)較隱蔽的問題進(jìn)行了深度分析，如何根據(jù)故障現(xiàn)象找出排查方向，并找到問題的關(guān)鍵點(diǎn)所在，最終解決問題。該文對故障的排除過程進(jìn)行了詳細(xì)描述。

關(guān)鍵詞：巖性密度測井? 原理? 譜峰? 彈簧

中圖分類號(hào)：P631 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）04（c）-0017-02

核測井作為地球物理測井的一個(gè)分支，主要依據(jù)巖石及其孔隙流體的核物理性質(zhì)，利用放射性異常和射線與物質(zhì)的相互作用，測量放射性強(qiáng)度分布和能量變化規(guī)律，確定各種地質(zhì)和工程參數(shù)，分析地層巖石的化學(xué)成分和含量。巖性密度測井儀是核測井技術(shù)中最重要的測井儀器之一。利用該儀器一次測井可獲得地層的光點(diǎn)指數(shù)Pe和地層體積密度ρb，主要用于確定地層巖性和計(jì)算地層有效孔隙度，在石油勘探中具有十分重要的作用。該儀器應(yīng)用于核物理探測、核電子學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理等許多新技術(shù)領(lǐng)域。

巖性密度測井是在補(bǔ)償密度測井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，目前在石油測井行業(yè)應(yīng)用比較廣泛，不僅可以準(zhǔn)確測量地層的密度值，還可以測量光電吸收截面指數(shù)，對不同的地層巖性和孔隙度的分析起到了很大的作用。在實(shí)際測井作業(yè)中，通過與其他測井儀器的組合，特別是與中子測井儀器進(jìn)行組合使用，利用與中子曲線交會(huì)圖能夠有效識(shí)別油氣層，劃分滲透性地層，是目前現(xiàn)場測井作業(yè)中一項(xiàng)重要的測井項(xiàng)目。但是，巖性密度測井儀器在測井作業(yè)過程中會(huì)出現(xiàn)一些故障，通過對巖性密度測井儀器工作原理、信號(hào)流程和儀器組成結(jié)構(gòu)有深入的理解，才能有效地找到故障點(diǎn)進(jìn)行維修工作。

1? 巖性密度測井儀的工作原理

EZDT巖性密度測井儀器包括兩部分：電子線路EA部分和儀器機(jī)械節(jié)MA部分。電子線路部分包括電源板、控制板、信號(hào)處理板、能譜分析板等。機(jī)械節(jié)部分由電源電路、探頭、推靠臂等構(gòu)成，巖性密度測井儀器在測井作業(yè)時(shí)，通過采用機(jī)械結(jié)構(gòu)開收推靠臂使裝有放射源的極板探頭部分貼靠井壁測量的方式，將探頭采集到的數(shù)據(jù)送至電子線路處理，最終送至地面測井系統(tǒng)進(jìn)行顯示。

巖性密度測井儀器[1]在測井作業(yè)中使用2居里的Cs-137放射源，該放射源會(huì)發(fā)射661keV的伽馬射線，與地層中的物質(zhì)先發(fā)生康普頓散射，因?yàn)榭灯疹D散射截面與地層的體積密度存在一定的關(guān)系，所以可以利用散射截面來測量地層巖石的密度。當(dāng)伽馬射線與地層物質(zhì)發(fā)生康普頓散射后，會(huì)導(dǎo)致伽馬射線能量逐漸降低，隨著伽馬射線的能量降低到一定值以后，伽馬射線在地層中就會(huì)產(chǎn)生光電吸收效應(yīng)。根據(jù)對光電吸收截面指數(shù)的測量，可以用公式反推算出物質(zhì)的原子序數(shù)，進(jìn)而得知構(gòu)成地層物質(zhì)的元素組成。由于儀器包含兩個(gè)長短不同源距的探測器，在實(shí)際測井過程中，通過長短源距組合可以有效地去除井中泥餅對測井結(jié)果的影響，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

2? 典型故障分析及解決辦法

2.1 故障1：密度儀器短源距SSD計(jì)數(shù)正常，長源距計(jì)數(shù)異常，儀器沒有譜峰

故障分析和解決：將儀器串與地面測井系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，對儀器串供交流電進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)短源距計(jì)數(shù)SSD是正常的，儀器譜峰窗口無譜峰且長源距計(jì)數(shù)為零。作為快速查找問題所在的一種方法，更換密度儀器電子線路，儀器依舊沒有譜峰，同時(shí)對儀器供直流電，發(fā)現(xiàn)儀器推靠臂無法正常打開。在推靠臂未打開情況下井徑原始值為70mV（正常在300mV），在晃動(dòng)儀器MA過程中，交流面板電流在200～250mA跳變，以上兩種現(xiàn)象鎖定儀器的故障點(diǎn)主要在機(jī)械節(jié)MA部分， 如電源部分、極板線或者儀器機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都有可能存在故障，按儀器信號(hào)處理進(jìn)一步分析排查。

首先，根據(jù)儀器整體組成結(jié)構(gòu)和信號(hào)流程，分析發(fā)現(xiàn)這兩種問題存在共性，控制開收推靠臂的兩個(gè)繼電器K1、K2的電壓以及長源距探頭高壓管的輸入電壓均為+24VDC[2]，+24VDC供電異常會(huì)同時(shí)導(dǎo)致這兩個(gè)問題的出現(xiàn)。然后，對工作電壓供電部分進(jìn)行排查發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生+24VDC的電路沒有問題，但是測量5號(hào)探頭線對儀器外殼的絕緣值較低，只有111.34kΩ，并發(fā)現(xiàn)5號(hào)探頭線局部有破損情況。最終確認(rèn)故障點(diǎn)為：5號(hào)探頭線+24VDC為進(jìn)入長源距探頭的高壓管作為高壓管的輸入電壓，探頭線破損接觸儀器外殼直接導(dǎo)致+24VDC電壓被拉低，無法正常對K1、K2繼電器進(jìn)行供電，儀器無法正常開收推靠臂，且導(dǎo)致長源距探頭的高壓管無法輸出高壓，進(jìn)而使儀器長源距探頭無法正常采集數(shù)據(jù)，最終長源距計(jì)數(shù)異常，沒有譜峰。后續(xù)將破損的5號(hào)探頭線進(jìn)行了更換處理，重新制作新的探頭線，保證探頭線對儀器外殼的絕緣值為無窮大，組裝儀器后對儀器進(jìn)行供電檢測，儀器開收推靠臂的狀態(tài)和長源距計(jì)數(shù)均恢復(fù)正常。

2.2 故障2：密度儀器收推靠臂時(shí)電流較大，且在收的過程中會(huì)出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象

故障分析和解決：檢測密度儀器發(fā)現(xiàn)收推靠臂時(shí)電流較大，達(dá)到440mA，而且推靠臂在收的過程時(shí)不順暢，出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。根據(jù)此故障現(xiàn)象結(jié)合以前的維保經(jīng)驗(yàn)，可以確定故障點(diǎn)是儀器的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。首先對機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行直觀檢查，銷子、彈簧、連接桿等應(yīng)作為重點(diǎn)檢查對象，發(fā)現(xiàn)彈簧與極板推靠結(jié)構(gòu)之間的固定螺桿有銹蝕現(xiàn)象，螺桿上的螺帽位置不居中，同時(shí)發(fā)現(xiàn)大彈簧位置也出現(xiàn)偏移，與儀器本體磨損較嚴(yán)重。分析確認(rèn)彈簧總成存在問題，使儀器在收開推靠臂的過程中，固定螺桿受到不平衡拉力，導(dǎo)致螺桿被拉彎，螺帽出現(xiàn)不居中，大彈簧在壓縮過程中出現(xiàn)偏差較大與儀器本體磨損。

依據(jù)彈簧總成的組成結(jié)構(gòu)，當(dāng)外部大彈簧出現(xiàn)問題后，應(yīng)對彈簧總成整體以及彈簧總成內(nèi)部進(jìn)行進(jìn)一步檢查分析。拆開彈簧總成，發(fā)現(xiàn)大彈簧內(nèi)部的小彈簧已經(jīng)斷裂，導(dǎo)致儀器在收推靠臂的時(shí)候彈簧無法正常被壓縮，彈簧總成整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)形變，進(jìn)而使儀器在收推靠臂時(shí)電流較大，出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。更換新的彈簧總成后，多次進(jìn)行開收推靠臂檢查，發(fā)現(xiàn)此時(shí)儀器機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)以及收推靠臂電流恢復(fù)正常，整個(gè)過程無卡頓問題出現(xiàn)。

3? 結(jié)語

在密度儀器測井作業(yè)過程中使用放射源，所以保證儀器穩(wěn)定的工作性能和安全可靠的機(jī)械結(jié)構(gòu)非常重要。通過文中兩起巖性密度儀器典型性故障分析，對儀器在使用中出現(xiàn)一些故障要重視，要解決同類問題通常需要對密度儀器的信號(hào)流程、機(jī)械結(jié)構(gòu)有非常清晰的理解，掌握儀器各個(gè)部分的內(nèi)部構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)分別排查信號(hào)和機(jī)械結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分，將兩者作為重點(diǎn)進(jìn)行檢查，最終就會(huì)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 楚澤涵.地球物理測井方法與原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007.

[2] ATLAS B. Atlas online technical manuals OTM Issue26[S].2003.

[3] 郭登濤.巖性密度測井儀能譜測量工作原理及故障維修[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018，44（2）：223-224.

作者簡介：劉備（1989，7—），男，漢族，安徽宿州人，本科，初級(jí)職稱，現(xiàn)在從事測井儀器維保方面的研究。