ECIM55402井徑儀無法開收腿故障分析及解決辦法

潘明宇，吳學(xué)濤，彭宏文，楊 爽，姚勁松

(中國石油集團(tuán)測井有限公司物資裝備公司 吉林 松原 138000)

0 引 言

ECIM5540 電極系井徑連斜組合測井儀是 EILOG-05 快測平臺(tái)的專用測井儀器[1]，可以連續(xù)檢測井軸傾斜角、方位角和工具面角，確定井段走向；并由計(jì)算機(jī)控制將傳感器的姿態(tài)量通過計(jì)算得出井斜角和方位角，編碼傳送到地面進(jìn)行繪圖、顯示、存盤。井徑測量采用恒流源供電，當(dāng)電流流過井徑傳感器，連續(xù)采集電位器上的電壓值,可以同時(shí)測量 X、Y 方向的井徑。

儀器在結(jié)構(gòu)上分為上下兩個(gè)短節(jié)。上部短節(jié)主要包括連續(xù)測斜電路、電極系和井徑供電測量電路(ECIM55401短節(jié))，下部短節(jié)主要包括井徑機(jī)械推靠器部分(ECIM55402短節(jié))。隨著儀器使用周期加長，組合測井儀出現(xiàn)各種故障，其中ECIM55402井徑短節(jié)不能正常開腿收腿故障率占到40%～50%。根據(jù)組合儀工作原理，結(jié)合維修實(shí)踐，對這一故障進(jìn)行了分析，提出了解決辦法，為儀修人員提供參考借鑒。

1 井徑短節(jié)開腿收腿工作原理

1.1 供 電

地面系統(tǒng)經(jīng)遙測短節(jié)的2芯和10芯提供大約110 V輔助交流電壓，在ECIM55401短節(jié)整流后提供直流電壓供給ECIM55402短節(jié)的井徑電機(jī)，供電電流100～200 mA，井徑短節(jié)開腿收腿框圖如圖1所示。

圖1 井徑短節(jié)開腿收腿框圖

1.2 命令控制

地面系統(tǒng)下發(fā)DSIGNAL命令控制井徑電機(jī)的工作狀態(tài)。下發(fā)的DSIGNAL命令通過B0和B1信號(hào)線經(jīng)達(dá)林頓管(MC1413)驅(qū)動(dòng)，控制相應(yīng)繼電器吸合/斷開來操控井徑電機(jī)是否開始工作，有張開、收攏、和禁止推靠3種狀態(tài),其控制命令見表1。

表1 井徑電機(jī)控制命令

繼電器 K1 的作用是緊急收腿，即在儀器主電斷電無通訊狀態(tài)下，供輔交流收攏推靠器確保井徑儀不會(huì)卡在井中；K2(對應(yīng)B1信號(hào))的作用是允許或禁止推靠；K3(對應(yīng)B0信號(hào)) 的作用是控制推靠器張開或收攏，如圖2所示。

圖2 繼電器控制電路

2 故障現(xiàn)象及原因分析

2.1 故障1

2.1.1 故障現(xiàn)象

對ECIM5540上部短節(jié)供主電220 V，通訊正常，連斜、電極系工作正常。下發(fā)開腿命令，附交流供電110 V，井徑不開腿。

2.1.2 檢查及解決

首先測量ECIM5540上部短節(jié)的下5芯(連接電機(jī)一端TK1)和6芯(連接電機(jī)一端TK2)之間電壓，無負(fù)電壓輸出，說明故障在上部短節(jié)。

按圖2測量B0、B1電壓，是高電平，說明下發(fā)命令正確。接著測量B0、B1經(jīng)達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)芯片MC1413對應(yīng)的管腳14和13，電壓均為24 V。由于MC1413是反向驅(qū)動(dòng)器，輸入是高電平時(shí)輸出應(yīng)為低電平，而測量結(jié)果是輸入高電平，輸出也是高電平，說明繼電器線圈兩端無24 V電壓差，所以繼電器沒有吸合，電機(jī)供電沒有回路，致使電機(jī)不工作。由此判斷是MC1413故障，更換后，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，井徑短節(jié)開腿正常。

2.2 故障2

2.2.1 故障現(xiàn)象

主電供電正常，附交流供電50 V時(shí)電流達(dá)到500 mA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常電機(jī)開腿電壓，導(dǎo)致井徑腿無法打開。

2.2.2 檢查及解決

正常井徑電機(jī)開腿過程是下發(fā)命令后繼電器K3常開(6腳7腳吸合，2腳3腳吸合)，K2常開(2腳3腳吸合，6腳7腳吸合)，K1常開(6腳7腳吸合，2腳3腳吸合)，構(gòu)成一個(gè)負(fù)直流電供給電機(jī)的兩端TK1和TK2，形成完整回路。供電電流大說明必有短路。根據(jù)圖1首先檢測整流二極管，均正常；接著測量各個(gè)繼電器吸合情況，K1、K2吸合情況均正常。檢查K3繼電器時(shí)，發(fā)現(xiàn)1腳和8腳線圈值正常，但觸點(diǎn)全部導(dǎo)通。從圖1電路中可以清楚看到，如果K3繼電器觸點(diǎn)全部導(dǎo)通，在電機(jī)供電兩端正負(fù)極就會(huì)短路形成大電流而無法讓電機(jī)正常執(zhí)行開腿功能。

更換K3繼電器后，供附交流110 V，電流200 mA，井徑電機(jī)正常開腿，儀器工作正常。

2.3 故障3

2.3.1 故障現(xiàn)象

測井時(shí)先是附電供電電流時(shí)大時(shí)小，后來井徑開收腿無反應(yīng)。

2.3.2 檢查及解決

檢查發(fā)現(xiàn)，井徑電機(jī)供電控制板上K3繼電器部分管腳覆銅板都已經(jīng)脫落。檢測K3繼電器1腳和8腳之間的線圈電阻無窮大(正常應(yīng)為3 kΩ左右)，說明繼電器的線圈已經(jīng)損壞。

更換K3繼電器后重新加電，主電供電正常，附交流供電110 V，井徑電機(jī)不工作，無法開腿。檢查B0、B1命令正常，但K3繼電器沒有正常吸合。測量K3繼電器的1腳和8腳之間吸合電壓24 V正常，按圖1檢查K1、K2、K3繼電器常開、吸合正常。再次仔細(xì)檢查K3繼電器時(shí)發(fā)現(xiàn)6腳和4腳之間的覆銅板脫落，導(dǎo)致井徑電機(jī)負(fù)端TK2斷開，不能形成回路。在電路板上K3繼電器的6腳和4腳之間連線，井徑電機(jī)供電正常，開收腿正常。井徑控制板繼電器連線如圖3所示。

圖3 井徑控制板繼電器連線

2.4 故障4

2.4.1 故障現(xiàn)象

主電供電正常，供附交流110 V，井徑電機(jī)不工作。

2.4.2 檢查及解決

檢查發(fā)現(xiàn)B0、B1命令正常，K1、K2、K3繼電器沒有正常吸合，懷疑是繼電器供電不正常。繼電器供電電路如圖4所示。次級(jí)交流電經(jīng)Q1二極管整流后由電解電容C1濾波產(chǎn)生24 V左右直流電加載到繼電器的電感線圈。測量C1兩端電壓為16 V，達(dá)不到繼電器工作電壓，所以繼電器不吸合。檢查變壓器次級(jí)輸出交流23 V，正常。Q1的4個(gè)整流二極管均正常。仔細(xì)檢查濾波電容C1，發(fā)現(xiàn)管腳一端斷開，導(dǎo)致輸出電壓降低。

圖4 繼電器供電電路

更換濾波電容C1后，K1、K2、K3繼電器正常吸合，井徑電機(jī)開收腿正常。

2.5 其他故障

除了上述常見故障現(xiàn)象外，還有一些偶然情況。如主電供電正常，附交流供電正常，但井徑開腿下發(fā)命令時(shí)有時(shí)無，導(dǎo)致井徑無法開腿。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，井徑短節(jié)底部三總線插頭接觸不好，導(dǎo)致下發(fā)命令不穩(wěn)。此外，遙傳短節(jié)與ECIM5540上部短節(jié)連線過長也會(huì)使通訊不暢，導(dǎo)致井徑短節(jié)開收腿命令中斷而無法正常工作。這些情況主要是由工作不夠細(xì)心或者誤操作引起的，如果工作時(shí)認(rèn)真檢查,一般是可以避免的。

3 改進(jìn)措施

從以上故障可以看出，如何保護(hù)K3繼電器觸點(diǎn)及連接電路是關(guān)鍵。通過查閱相關(guān)資料及對電路進(jìn)行分析，提出以下改進(jìn)：

1)對驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)

在K3繼電器線圈1腳和8腳之間并聯(lián)二極管DX，8腳接二極管DX正極，1腳接DX負(fù)極，如圖5所示。繼電器K3正常供電24 V時(shí)，二極管DX反向斷路。當(dāng)繼電器斷電時(shí)，繼電器線圈(相當(dāng)于電感)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)反向電動(dòng)勢e=-Ldi/dt(一般是供電電壓的幾倍以上。這個(gè)反向瞬時(shí)電壓會(huì)對繼電器K3連接的驅(qū)動(dòng)電路MC1413造成沖擊甚至損壞)，這時(shí)二極管DX正向?qū)?，把反向電?dòng)勢進(jìn)行釋放，保護(hù)了驅(qū)動(dòng)電路MC1413。

圖5 MC1413的保護(hù)電路

2)對繼電器K3觸點(diǎn)的保護(hù)

附交流經(jīng)整流后的直流電壓通過繼電器K1、K2、K3吸合形成通路加載到電機(jī)兩端。由于K1、K2基本保持常開狀態(tài)，觸點(diǎn)的吸合狀態(tài)基本不變。而井徑的每一次開腿收腿，K3繼電器觸點(diǎn)也要進(jìn)行吸合，所以受沖擊和損壞的幾率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他繼電器。為了保護(hù)K3繼電器觸點(diǎn)，可以在馬達(dá)供電回路中串聯(lián)一個(gè)電感，以減小浪涌沖擊電流對觸點(diǎn)的影響。

4 結(jié)束語

針對井徑短節(jié)無法正常開收腿故障，在維修過程中要認(rèn)真分析故障原因，逐個(gè)環(huán)節(jié)排查，根據(jù)不同情況選擇相應(yīng)維修手段和解決方法，并采取相應(yīng)保護(hù)措施。

1)對K3繼電器驅(qū)動(dòng)電路，在K3線圈兩端并聯(lián)反向二極管,以消除瞬間反向電動(dòng)勢。

2)為保護(hù)K3繼電器觸點(diǎn)，在馬達(dá)供電回路中串聯(lián)一個(gè)電感或者考慮使用與K3繼電器具有相同參數(shù)特征的固體繼電器取而代之。

3)建議K3繼電器由焊接方式改為插拔方式，避免更換時(shí)損傷電路板。