關(guān)于對巖性密度測井儀的認(rèn)識思考

魏小輝

（中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶分公司，陜西 西安 710075）

巖性密度儀的運(yùn)用，實(shí)質(zhì)上就是借助于分析γ 射線強(qiáng)度的變化情況，同時在分析Cs137 能譜的變化后，以相關(guān)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)計出地層體積密度、巖性成分。如此一來，便能夠高效且快速地為各種勘探工作打下堅實(shí)基礎(chǔ)。在運(yùn)用時必須要儀器緊緊貼在井壁上測定，從而消除泥漿、井眼等因素對測量結(jié)果的干擾。為此，結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)結(jié)合實(shí)際加以創(chuàng)新。文章以ECLIPS-S5700 配備2228 巖性密度儀作為樣本，除了論述其運(yùn)用原理、現(xiàn)狀、注意事項外，重點(diǎn)也分析了操作中出現(xiàn)的相關(guān)情況。

1 巖性密度測井儀運(yùn)用背景及現(xiàn)狀

核測井是地球物理測井的重要分支，其主要原理就是借助于射線以及物質(zhì)間的相互作用，再通過分析放射性的變化規(guī)律之后，幫助相關(guān)的學(xué)者以及技術(shù)人員能夠?qū)Ξ?dāng)?shù)貛r石的化學(xué)成分有一定掌握。所以，巖性密度測井儀便是在上述過程中不可忽視的重要儀器之一。利用此儀器能夠獲取地層許多重要信息和指標(biāo)數(shù)據(jù)，例如PE（光電吸收指數(shù)）、地層體積密度等等，因而被廣泛運(yùn)用在石油勘測等多個實(shí)際方面。如今，關(guān)于巖性密度測井儀的運(yùn)用越來越廣泛，諸如核電子學(xué)、信號處理等多種先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域中，都體現(xiàn)其出獨(dú)特的技術(shù)效果。另外，巖性密度測井儀其實(shí)是基于補(bǔ)償密度測井的基礎(chǔ)上的，它能夠準(zhǔn)確地分析出地層密度值以及光電吸收截面，因而在分析地層巖性、孔隙度中有著非常重大的運(yùn)用價值。此外，在實(shí)際測量時還可以和其它的儀器進(jìn)行協(xié)作，例如常見的中子測井儀等，能發(fā)揮出其各自優(yōu)勢，進(jìn)而為各種重要測井項目提供重要的數(shù)據(jù)支持。[1]

2 巖性密度測井儀工作原理

巖性密度測井儀主要囊括了電子線路EA、儀器機(jī)械節(jié)MA兩項。在電子線路EA部分包括電源板、控制板、信號處理板等；儀器機(jī)械節(jié)MA 則相對簡單，由電源電路、探頭、推靠臂組成。將儀器實(shí)際置于井下操作時，通常都是按照相關(guān)規(guī)定將推靠臂進(jìn)行開、收，使其極板探頭緊靠井壁。隨后，再將所搜集后的數(shù)據(jù)傳送至電子線路進(jìn)行深入處理。最終發(fā)送于地面測井系統(tǒng)后，呈現(xiàn)出我們需要得知的相關(guān)結(jié)果。若從更為深入、細(xì)致的角度來看，關(guān)于儀器的作用原理，則是相對復(fù)雜化的一個過程，當(dāng)進(jìn)行測井作業(yè)時，儀器結(jié)合能發(fā)射出661keVγ 射線的Cs-137 放射源，并和底層中的物質(zhì)先產(chǎn)生康普頓效應(yīng)。由于此效用中散射的截面和地層體積密度間有一定關(guān)聯(lián)，所以有關(guān)學(xué)者也常根據(jù)截面數(shù)據(jù)，及時有效地判定出底層巖石密度情況。同時，當(dāng)γ 射線及底層物質(zhì)發(fā)生康普頓效應(yīng)后，勢必會一定程度上讓γ 射線自身能量顯著減少，當(dāng)不斷縮減到某一個數(shù)值后，γ 射線會產(chǎn)生光電吸收效應(yīng)。隨后測量光電吸收截面指數(shù)，將其作為依據(jù)來用專門的公式來推導(dǎo)出物質(zhì)的原子序數(shù)，也就意味著能夠得知地層物質(zhì)中蘊(yùn)含了哪些不同的元素。因為同類別的儀器大多都提供了不同源距的多個探測器，那么當(dāng)實(shí)際操作測定時，就可以將不同源距的探測器進(jìn)行更替、組合，從而消除井內(nèi)其它因素（如泥餅）對最終結(jié)果的干擾，從而促使測量結(jié)果更有可靠性、值得借鑒和分析。[2]

3 巖性密度測井儀刻度及井徑臂

3.1 巖性密度測井儀刻度

儀器刻度中常出現(xiàn)以下不達(dá)標(biāo)的情況，導(dǎo)致“未通過”。例如刻度塊位置不當(dāng)、推靠器極板等不潔等等。以下從兩個方面分析儀器的刻度。

圖1 巖性密度測量原理

其一，關(guān)于“死時間”校正。“死時間”現(xiàn)象指探測γ 射線需延誤一定時間。正常情況下，關(guān)于“死時間”的校正很小，因此導(dǎo)致測量時難以避免各種誤差。但誤差的存在會伴隨計數(shù)率增多而提升，因此若處于低密度環(huán)境（如硅藻巖）下，誤差可能較大，此時則要結(jié)合密度曲線（ZDEN）、密度校正曲線（ZCOR）相關(guān)公式加以校準(zhǔn)。其二，關(guān)于儀器刻度。儀器刻度組成主要包括兩個鎂合金塊、鋁塊及兩個金屬片，金屬塊的密度值均參照了美國休斯敦的標(biāo)準(zhǔn)。在刻度時，刻度塊的位置可調(diào)整，水平或垂直均可。隨后將推靠器放置其水平處即可。同時，應(yīng)當(dāng)保障極板干凈、干燥，不會殘留灰塵、巖屑等雜質(zhì)，以保障測量結(jié)果準(zhǔn)確性。隨后，將推靠器極板朝向刻度塊較“厚”的部分，對齊極板上邊緣及刻度塊。施加一定的壓力讓極板緊密和刻度塊貼合，注意在此過程中不可讓極板移動、旋轉(zhuǎn)、傾斜，否則會導(dǎo)致位置錯誤，影響測量工作。完善上述操作后進(jìn)行校正測量，此時能夠計算出刻度表中的鎂鋁之比，若計算出的數(shù)據(jù)和預(yù)估的誤差范圍有明顯差異，此時則要將極板、金屬片重新放置后再次測量。倘若重新測量后依然未能達(dá)到誤差要求，那么此儀器則可能出現(xiàn)故障需進(jìn)行檢修了?？偠灾?，關(guān)于刻度和分析，需確保其探頭極板干燥潔凈，且校正、軟硬比（SHR）、DEN 等指標(biāo)都處于誤差范圍內(nèi)。[3]

3.2 巖性密度測井儀井徑臂打開及閉合

部分測井儀在設(shè)計上存在缺點(diǎn)，比如無馬達(dá)工作電壓上傳。所以操作技術(shù)人員無法通過直流面板情況來分析電壓情況。倘若此時馬達(dá)上的電壓過大，會導(dǎo)致儀器熱量較大，可能延長井徑臂的開合時間。針對上述儀器，當(dāng)實(shí)際操作時應(yīng)當(dāng)讓井徑臂先保持靜止，或是緩慢上提的狀態(tài)（指速度低于10m 每分鐘）時才打開。需要注意的是，當(dāng)儀器正處于下行操作時千萬不可打開井徑臂，或者是它正常工作時使其保持下行。這兩種操作可能會導(dǎo)致井徑臂卡住，或者是不小心使其彎曲、折損；情況嚴(yán)重時還可能直接導(dǎo)致儀器卡在井內(nèi)。部分巖性密度是數(shù)字遙測儀，和模擬儀器不同的是，它能夠在不關(guān)閉主流電源基礎(chǔ)下發(fā)指令，將電源傳送給馬達(dá)。聯(lián)合實(shí)際情況，諸如模擬儀器斷電后，要將其保持成“井徑關(guān)閉”狀態(tài)。這是為了巖性密度儀器異常井徑臂無法正常閉合后，就可以借助模擬器關(guān)閉，進(jìn)而將儀器上提出井眼。需要注意的是，關(guān)于井徑臂打開及閉合操作在運(yùn)用時必須加以重視。例如若井徑臂處于打開狀態(tài)下不慎被提出井眼，那么井徑臂會立刻從受限狀態(tài)下出現(xiàn)劇烈的反彈，此時所飛濺起的泥漿、巖屑等，都可能會傷及施工操作的人員，因而必須加以關(guān)注。[4]

4 巖性密度測井儀運(yùn)用注意事項

運(yùn)用巖性密度測井儀時，若發(fā)現(xiàn)其曲線異于常規(guī)情況，要注意是否存在其它的影響條件，通常包括以下五點(diǎn)：第一，當(dāng)井中出現(xiàn)大量的重晶石、赤鐵礦或是其它的化學(xué)制品時，可能會對測定結(jié)果構(gòu)成影響。這是因為化學(xué)物質(zhì)、赤鐵礦等都具備較高的光電吸收截面，容易干擾到最終結(jié)果。第二，大裂縫地層。導(dǎo)致地層出現(xiàn)裂縫的原因有很多，多是內(nèi)、外兩因素的綜合作用。當(dāng)出現(xiàn)大裂縫后，會影響到測量基本條件。第三，當(dāng)泥餅的厚度高達(dá)1/2in。當(dāng)泥餅較薄且貼合緊密時，會對測井工作創(chuàng)造一定有利條件，反之，則可能影響到最終測定的準(zhǔn)確率。第四，大于井徑測量的沖蝕擴(kuò)大井段。沖蝕即沖刷。當(dāng)出現(xiàn)井徑擴(kuò)大現(xiàn)象時，也會影響到巖性密度測井儀使用效果。第五，不規(guī)則、皺褶或波狀井眼。若出現(xiàn)此類形態(tài)的井眼，要深入研究后再考慮是否運(yùn)用巖性密度測井儀。此外，當(dāng)操作人員在進(jìn)行測量時，也要防止出現(xiàn)一些不恰當(dāng)?shù)氖謩釉鲆嬲{(diào)節(jié)，以免影響到儀器最初的測量效果，且原始數(shù)據(jù)回放（RDR）再處理也無法將其校正。[5]

5 當(dāng)巖性密度測井儀發(fā)生故障時的解決方法

5.1 巖性密度測井儀器無譜峰、計數(shù)異常

巖性密度測井儀在使用的過程中，最常發(fā)生的故障問題就是儀器無譜峰，且長源距的計數(shù)出錯。要迅速解決，需要先查找問題所在。維修人員可以先更換電子線路，并提供直流電，檢測發(fā)現(xiàn)依然沒有譜峰，且推靠臂不能正常開合，可以在推靠臂閉合的狀況下，晃動儀器MA，并觀察其交流面板的電流，若電流在兩百毫安到兩百五十毫安之間反復(fù)跳動，則說明巖性密度測井儀的故障處就集中在電源、極板線等地方。維修檢測人員可以根據(jù)故障的具體情況，進(jìn)一步的展開排查。[6]

維修人員要查看測井儀整體構(gòu)成以及信號的流通過程，可發(fā)現(xiàn)故障主要是由以下兩種情況導(dǎo)致。其一，控制推靠臂的打開和閉合的繼電器的電壓出現(xiàn)異常，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)故障，造成無譜峰以及計數(shù)異常的問題。其二，長源距的探頭高壓管的電壓輸入有誤。不排除兩個問題共同作用導(dǎo)致巖性密度測井儀出現(xiàn)故障問題。由于供電電壓出現(xiàn)問題，維修人員需要先對正在工作中的供電電壓進(jìn)行故障排查。如果發(fā)現(xiàn)+24VDC 的電路沒有出現(xiàn)異常情況，則需要進(jìn)一步的分析和考察。比如可能出現(xiàn)五號探頭線的絕緣強(qiáng)度弱，而且外部出現(xiàn)破裂或損壞，維修人員由此可以確認(rèn)故障原因。由于五號探頭線是高壓管的輸入電壓，而其絕緣能力下降，以及外部出現(xiàn)破裂和損壞問題，導(dǎo)致在進(jìn)入長源距高壓管時對+24VDC 電壓造成影響，導(dǎo)致電壓不足，不能保證推靠臂的繼電器的穩(wěn)定供電，兩個繼電器的供電電壓不足，導(dǎo)致推靠臂不能正常打開和閉合，因為長源距的高壓管受到五號探頭線的影響，不能輸出高壓電壓，導(dǎo)致長源距探頭不能順利獲取數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致計數(shù)出現(xiàn)問題，由于數(shù)據(jù)獲取異常，因此長源距計數(shù)顯示為零，沒有譜峰，而短源距沒有受到五號探頭線影響，因此計數(shù)顯示正常。在排查情況故障之后，維修人員可以對五號探頭線進(jìn)行處理，更換新的探頭線，確保其絕緣性，在更換成功后進(jìn)行測試，如果長源距能夠正常顯示計數(shù)，同時推靠臂能夠正常的打開和閉合，出現(xiàn)譜峰，則說明故障已被排除。[7-8]

5.2 推靠臂閉合時電流大、產(chǎn)生卡頓故障

這種故障也是巖性密度測井儀的常見故障之一，主要表現(xiàn)為，在閉合推靠臂時，電流達(dá)到四百四十毫安，并且不能正常的閉合，會產(chǎn)生卡頓問題，閉合時的動作不夠流暢。這類故障的原因比較容易排查，主要是其機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的故障。維修人員可以先對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，尤其是針對銷子、彈簧以及連接桿的檢查。查看螺桿是否存在銹蝕問題，以及彈簧是否發(fā)生了偏移。如果確實(shí)如此，維修人員可以更換或清理螺桿，解決銹蝕問題，同時更換新的彈簧總成，并反復(fù)打開和閉合推靠臂，如果電流已經(jīng)恢復(fù)，并且推靠臂能夠正常閉合，沒有出現(xiàn)卡頓，則說明故障排除。[9-10]

6 結(jié)語

綜上所述，此次從巖性密度測井儀的運(yùn)用背景、現(xiàn)狀、原理等多方面加以探討，并特以某巖性密度儀為樣本，分析在實(shí)際使用中出現(xiàn)的各種問題。例如主刻度不通過主要原因；又如限位開關(guān)失效后如何正確地讓井徑臂處于正確的開或閉合狀態(tài)。如此一來，能夠讓相關(guān)操作人員明確各種可能會影響測定結(jié)果的因素，構(gòu)建出安全、高效率的測量環(huán)境。相信通過本次分析，相關(guān)工作者能夠?qū)r性密度測井儀多一層思考，從而在實(shí)際運(yùn)用中消除干擾因素，提高測量效率和質(zhì)量。