數(shù)字自然能譜伽馬測井儀EDST常見故障解析

駱應杰(中海油田服務股份有限公司油田技術事業(yè)部墨西哥項目組，墨西哥 卡門 24157)

1 設備簡介

數(shù)字自然伽馬能譜測井儀EDST主要包括探測器、前置放大電路、PHA電路、控制電路、能譜分析電路、I/O電路、電源電路等部分。自然伽馬能譜測井儀根據(jù)測量可以輸出鉀、鈾、釷三條曲線和一條總伽馬曲線，對分析地層沉積相不區(qū)分粘土礦物有很大作用[1]。

2 自然伽馬能譜儀器的測量原理

自然伽馬能譜儀器利用巖石中特定元素產(chǎn)生的伽瑪射線(鉀、鈾、釷，能量特定)與閃爍晶體相互作用時，通過晶體和光電倍增管產(chǎn)生一個光電脈沖信號，這個脈沖信號被電路分析然后識別[1]。而自然伽馬就是測量一定能量范圍內(nèi)所有伽瑪射線的強度，能譜測量就是把這個波長范圍內(nèi)采集的伽瑪信號按照特定的波長分析之后區(qū)別累計(對應于不同的能量道，也就是所謂譜數(shù)據(jù))，并對譜數(shù)據(jù)加以區(qū)分并解析出鉀、鈾、釷元素[2]。

自然伽馬能譜測井儀是一種沿著井眼剖面測量巖層自然放射性活度分布的測量儀器。測井時，閃爍晶體把地層伽馬射線轉化為光脈沖信號，由光電倍增管的光陰極轉換為光電子，經(jīng)光電倍增管放大后輸出負電壓脈沖，經(jīng)幅度鑒別、分頻、整形、功放，然后經(jīng)電纜輸送到地面[3]。

3 疑難故障解析及排除方法

3.1 EDST影響儀器串通訊

(1)故障現(xiàn)象。檢查常規(guī)大滿貫儀器，儀器串無法建立通訊，將EDST從儀器串中移除后，儀器串通訊正常建立。

(2)檢測和維修方法。單獨檢查EDST儀器，儀器自身通訊也無法建立，通過對故障現(xiàn)象進行分析，認為EDST儀器影響大滿貫儀器串的通訊。拆卸EDST儀器外殼抽出線路，對電子線路進行直觀檢查，發(fā)現(xiàn)電源板上的濾波電容C3和C6引腳和電容本體分離。濾波電容不僅使電源直流輸出平滑穩(wěn)定，降低了交變脈動電流對電子電路的影響，同時還可吸收電子電路工作過程中產(chǎn)生的電流波動和經(jīng)由交流電源串入的干擾，使得電子電路的工作性能更加穩(wěn)定。由于電源板上濾波電容C3和C6引腳與電容本體分離，電容在電路中沒有發(fā)揮出相應的作用，導致交流電源串入儀器電路，儀器本身無法建立通訊，且影響儀器串的通訊。更換電源板上的C3和C6電容，并用道康寧RTV3145耐高溫密封膠將電容本體固定在電源板上，防止儀器在井下或運輸過程中劇烈震動導致電容引腳與電容本體分離，連地面測試，儀器串通訊正常。

3.2 M5通訊異常

(1)故障現(xiàn)象。對EDST儀器進行GR計數(shù)和能譜刻度，GR計數(shù)刻度正常，能譜刻度出現(xiàn)通訊錯誤。

(2)檢測和維修方法。EDST數(shù)字自然伽馬能譜測井儀可以同時測量GR計數(shù)和能譜曲線，GR計數(shù)數(shù)據(jù)量較小，通過M2通道傳輸，能譜數(shù)據(jù)量較大通過M5通道傳輸，GR計數(shù)刻度正常，能譜刻度通訊異常，對GR儀器M5通訊進行訓練，發(fā)現(xiàn)示波器M5通道波形有較大雜波干擾信號，說明儀器的M5通訊存在問題。儀器M5通訊由能譜分析板上M5通訊編碼電路U10( 6409)編碼后，送入I/O板，經(jīng)M5模式變壓器耦合到儀器IB總線。拆卸儀器，抽出線路，按照信號流程，用示波器測量I/O板上M5通道的IC3(DS1633)芯片的輸入和輸出波形均異常，繼續(xù)往前測量M5通道電路的波形，發(fā)現(xiàn)能譜分析板板上M5編解碼芯片U10(6409)輸出BOO和BZO波形異常，BOO和BZO為M5數(shù)據(jù)，U10輸入正常。更換能譜分析板上U10芯片后，儀器M2和M5通訊均正常，GR計數(shù)和能譜刻度均正常通過。

3.3 GR計數(shù)偏高

(1)故障現(xiàn)象。EDST儀器通訊正常，GR計數(shù)偏高。

(2)檢測和維修方法。儀器通訊正常，GR計數(shù)為110 API，正常此地區(qū)GR本底計數(shù)為50 API，對儀器進行FIT正常，懷疑EDST儀器GR計數(shù)處理電路故障或GR探頭故障。拆開儀器，抽出線路，測量儀器的供電和高壓管的高壓均正常，示波器測量GR處理電路信號無異常，懷疑GR探頭故障。拆開探頭，仔細檢查各個部件，碘化銫晶體與光電倍增管均正常，但發(fā)現(xiàn)探頭引出的信號線SIG(白色)被擠破，如圖1所示，干擾信號進入GR通道，導致GR計數(shù)偏高。更換白色信號線，重新焊接，連地面系統(tǒng)測試，GR計數(shù)正常，用伽馬架對儀器進行刻度也正常。

圖1 探頭白色信號線被擠

3.4 GR計數(shù)和保溫瓶溫度異常偏高

(1)故障現(xiàn)象。GR儀器通訊正常，GR計數(shù)和保溫瓶溫度異常高，GR計數(shù)高達500 API，正常此地區(qū)GR本底計數(shù)為50 API，室溫下GR儀器保溫瓶溫度為104 ℃。

(2)檢測和維修方法。伽馬計數(shù)和溫度顯示同時異常偏高，懷疑GR信號及溫度處理電路故障或儀器供電故障。用萬用表測量測量儀器供電，高壓管的輸入即CONTROLLER板上的電容C26兩端，發(fā)現(xiàn)電壓為0VDC，正常應為11VDC左右。繼續(xù)測量電源板上的供電，發(fā)現(xiàn)-15VDC為-8VDC，+5VDC為3.3VDC，+15VDC正常。測量骨架上-15V三端穩(wěn)壓器42095-015輸入為23VDC正常，骨架上+5V三端穩(wěn)壓器42094-05輸入為10VDC正常，但42095-015和42094-05三端穩(wěn)壓器輸出異常，說明三端穩(wěn)壓器工作異常。儀器供電異常，芯片供電異常，未達到芯片額定工作電壓，芯片無法正常工作，導致GR計數(shù)和保溫瓶溫度異常偏高。更換儀器骨架上-15V的三端穩(wěn)壓器42095-015和+5V三端穩(wěn)壓器42094-05后，測量儀器電源都正常，GR計數(shù)為50 API正常，室溫下保溫瓶溫度為20 ℃也正常。

3.5 GR計數(shù)偏低

(1)故障現(xiàn)象。儀器通訊正常，EDST的GR計數(shù)偏低，僅為10 API，正常此地區(qū)GR本底計數(shù)為50 API。

(2)檢測和維修方法。懷疑EDST儀器高壓偏低、GR計數(shù)處理電路或GR探頭故障。用萬用表高壓探頭測量高壓管輸出正常，用示波器測量PHA板SINGAL IN，即GR脈沖信號的輸入，GR脈沖數(shù)量偏少，懷疑GR探頭故障。拆卸GR探頭，直觀檢查光電倍增管及碘化銫晶體，發(fā)現(xiàn)碘化銫晶體碎裂，導致GR計數(shù)偏低。更換碘化銫晶體，恢復儀器，連地面測試GR計數(shù)正常。數(shù)字自然伽馬能譜測井伽馬探測器由光電倍增管及碘化銫晶體組成，屬于精密配件，在搬運、使用、維修安裝過程中，應注意防碰、撞等沖擊行為，以免損壞探頭。

3.6 GR計數(shù)為零

(1)故障現(xiàn)象。儀器的通訊正常，計數(shù)為零，放上GR刻度架，儀器計數(shù)依然為零。

(2)檢測和維修方法。懷疑EDST儀器高壓模塊輸出為零、GR計數(shù)處理電路或GR探頭故障。抽出電子線路，對儀器的供電進行檢查，+5 V、±15 V及-22 V供電均正常，用萬用表及高壓表筆檢查儀器的高壓輸出，發(fā)現(xiàn)高壓模塊輸出為零。U4(AD7549)輸出一個模擬電壓信號來控制高壓模塊輸出電壓，可以在電解電容C26的兩端測量到這個電壓信號(HVENUS)，U4是一個精準的D/A轉換器，U1(87C51)通過外部命令來改變U4輸出的模擬電壓。對信號進一步測量，發(fā)現(xiàn)控制板上HVENUS信號為零，懷疑是Q1三極管處于關斷狀態(tài)，11V無法供給HVENUS。繼續(xù)用示波器檢查發(fā)現(xiàn)U5(LM124)的14腳及1腳均無輸出信號，在檢查發(fā)現(xiàn)U4(AD7549)的17、18腳無輸出信號，U4的13、19腳(VREFA)無輸入信號，懷疑是-15 V沒有從U14(LM120H-15)供給過來，最后發(fā)現(xiàn)電容C15被擊穿，C15兩端電阻為0.34歐姆，-15 V直接短接到地，造成-15 V無法供給U4的13、19腳(VREFA)供電，導致高壓控制信號和儀器高壓為零，更換控制板上電容C15后，連地面檢查，GR計數(shù)正常。

3.7 伽馬計數(shù)時有時無

(1) 故障現(xiàn)象。數(shù)字伽馬能譜測井儀在多地的現(xiàn)場作業(yè)中出現(xiàn)了伽馬計數(shù)時有時無的現(xiàn)象。

(2)檢測和維修方法。經(jīng)多方查找原因，發(fā)現(xiàn)儀器保溫瓶內(nèi)骨架若沒有與地連接，會導致保溫瓶內(nèi)骨架和電源骨架存在電壓，此電壓進入信號處理板后導致伽馬計數(shù)時有時無，原來儀器電路設計中電源骨架與保溫瓶內(nèi)骨架是不相連的，只與保溫瓶內(nèi)電路板的地線連接，若在保溫瓶內(nèi)信號處理板上增加一根地線，把它和骨架連接，就會使伽馬計數(shù)不穩(wěn)定的現(xiàn)象消失[4]。

4 維保注意事項

(1)設備中帶引腳的電容，建議用道康寧RTV3145耐高溫密封膠將電容固定在電路板上，起到固定電容的作用，防止因強烈震動導致電容引腳與本體分離，從而引起儀器工作異常。

(2)設備出現(xiàn)故障時，建議先從供電入手，排除了供電問題再去分析其他故障，因為供電故障較容易確定故障點。

(3)維保數(shù)字能譜測井儀測高壓管的輸入，可以測量控制板上的C26電容兩端電壓，此電壓為HV的1/100。直接用高壓探頭測量高壓時，不建議從P8公插頭處直接測量，防止誤操作造成儀器損壞，建議測量高壓管輸出引線。

(4)耦合光電倍增管和晶體，盡可能少用耦合劑，長時間的仔細研磨可改善光損失和光散射，另外研磨后放置幾小時有助于耦合劑穩(wěn)定。

(5)組裝儀器電子線路和探頭部分，建議將探頭的三根引出線用線繩固定，防止安裝過程中，彈簧壓縮造成擠線。

(6) EDST儀器維修后，建議用伽馬刻度架對儀器進行刻度，檢驗儀器狀態(tài)。

(7)數(shù)字自然伽馬測井儀的傳感器由光電倍增管和晶體組成，屬于易碎品，在搬運、使用、維修安裝過程中，應注意防碰、撞等沖擊行為，遠離強磁材料及強磁環(huán)境，以免損壞晶體、光電倍增管及儀器其他部分[5]。

5 結語

維修數(shù)字自然能譜伽馬測井儀EDST時，首先要熟悉各個部分的作用和電路原理，通過故障現(xiàn)象，大致確定一下故障范圍，再以電路圖為根據(jù)，對相關信號流程進行分析和測量，最終確定到故障點，將問題徹底解決。