STARⅡ电成像测井仪故障分析

申卫兵 周 静

(西安石油大学井下测控研究所 陕西西安)

STARⅡ电成像测井仪故障分析

申卫兵 周 静

(西安石油大学井下测控研究所 陕西西安)

STARⅡ电成像测井仪是从美国Baker Atlas公司引进的,经过多年的使用后,现在出现了越来越多的问题,在分析电路和解决实际问题的过程中,我们掌握了快速准确解决问题的方法,并得到了实践的检验。

成像测井;故障;RESET

0 引 言

STARⅡ电成像测井仪是一种微聚焦电阻率测井仪,通过测量地层电阻率信息来识别岩性、裂缝、断层、不整合及井眼垮塌等,进而为地质精细结构的解释、地质构造的分析、沉积环境的评价等方面提供科学有力的数据[1]。

随着对复杂地层及薄层勘探要求日益增长,电成像测井的使用频率越来越高,在电成像仪测井过程中,各种问题也接踵而至。在分析电路原理和解决实际问题的过程中,我们逐渐掌握了快速准确维修STARⅡ电成像测井仪的方法,从而保证了仪器在吐哈和玉门油田的正常运行。

1 STARⅡ电成像测井仪

对测井仪器仪原理的了解及电路的熟悉程度,关系到我们在实际应用中发现问题和解决问题的能力,因此,要想全面掌握STARⅡ电成像仪的维修技术,原理及电路的熟悉掌握是非常重要的。

1.1 STARⅡ电成像测井原理[2、3]

与微聚焦测向测井原理一样,通过极板纽扣,垂直于极板向地层发射电流,把地层看成是一个电阻,回到上部金属外壳,从而形成一个完整的电流通路如图1所示。在测井过程中,使极板紧贴井壁,同时给极板与阵列纽扣供电,使其向地层发射同极性的电流,而上部的金属外壳作为回路电极,由于电流的极性相同,因此极板上发射的电流对阵列纽扣发射的电流起着聚焦作用,采集阵列纽扣的电流信号,就得到了地层电阻率的情况,但由于回路电极离供电电极较近,因而阵列纽扣电流大小主要反映井壁附近地层的电阻率情况,将阵列纽扣电流进行特殊的图像处理就可得到反映井壁附近的地层电阻率变化的黑白或彩色图像。同时与一般的地层倾角仪器一样其还具有很大的动态测量范围,而且具有两种测量模式:电成像模式和倾角模式。

图1 STARⅡ电成像测井仪原理图

1.2 STARⅡ电成像仪电路信号流程

各纽扣向地层发射电流最后回到上端金属外壳形成通路,从而使通过取样电阻上的电流大小随地层电阻率的变化而变化[4、5],根据U=I×R得到原始电压信号送到电子仪的DSP数据采集板,经过一系列的放大、滤波、整形、编码送到CPU板,再把数据缓存,编成M5数据方式送到遥测通信仪,而遥测通信仪也以同样的数据传输方式把数据发送到地面系统;同时其他的数据,如井径、温度、方位等信号则通过M2数据的方式传送到地面系统。信号流程如图2所示。

图2 STARⅡ电成像信号流程图

1.3 STARⅡ电成像仪电路各部分功能

1)CPU:接受地面发下的命令,控制各个部分执行命令。主要负责对数据进行编码、解码、A/D转换、缓存、发送及各种控制等功能,具有32K的EEROM和32K的RAM及1Mbit的串行I/O总线;

2)开收腿控制:根据CPU的命令,把CMOS逻辑信号转换成24 VDC去驱动两个继电器动作,从而使125 VDC通过22、26芯与马达相连,提供马达所需的工作电压;

3)井径测量:采集井径数据后传送到CPU。主要有多路选择器、多路A/D、刻度电阻网等;

4)屏蔽驱动:给屏蔽电极产生一个稳定的1 100 Hz的正弦波,同时其产生的12 V P-P可由“Buck Gain”分10步控制,当遇到高阻或低阻地层时,可通过“Buck Gain”等增益控制调整仪器的动态测量范围;

5)DSP数据采集:每一支电子仪EA有六块完全一样且各自独立的DSP采集板,而每个DSP数据采集板可以分为屏蔽信号采集电路和主信号即电阻率信号采集电路。变压器T1和T2分别采集这两路原始信号,再经过缓存、放大、后送到A/D转换器,再通过滤波、调制、编码之后送到CPU;

6)电源:有两个电源:4430XA和1022PA。①4430XA的作用:把从地面送下的缆头电压由420 VAC/0.8 A变成180 VAC/2.0 A,供给后面的仪器使用;②1022PA的作用:把由4430XA转换的180 VAC转换成电子仪和探头需要的五种电源:±15 V、±5 A、

+5 DV、±20 V(给六块极板供电)、±40 V(给屏蔽驱动供电)后两个电源是由电子仪EA控制的;

7)探头:主要包含两部分:马达推靠部分和极板部分。马达推靠部分给开收腿提供动力;极板部分主要包括六块完全一样且相互独立的极板;

8)WTS通信:采用Baker Atlas公司标准的WTS(Wireline Telemetry System:电缆遥测系统)信号传输方式传输到ECLIPS地面系统。其分为M2命令、M2数据、M5数据、M7数据四种传输方式。缆芯分配如图3所示。而STARⅡ电成像测井仪主要采用M5方式传输,把电阻率数据通过M5数据方式传到地面系统,把其他数据通过M2数据方式传到地面系统;同时通过M2命令方式接受地面系统的命令。

2 STARⅡ电成像仪常见故障分析

从我们单位引进STARⅡ电成像测井仪到现在的这几年的现场应用中,出现了各种各样的问题,但是归结起来,为3个方面的故障问题进行分析阐述。

图3 WTS缆芯分配图

2.1 由于“RESET”命令不起作用,极板工作电压供不下去,从而导致无法测井

小队反映测井时下发“RESET”命令不起作用,即“RESET”命令下发后,遥测通信仪中的缆头电压CHV的值不下降。这是在测井中经常遇见的问题,可以用下面的方法确定故障在电源PA、电子仪EA、探头MB中的某一个具体仪器上,以及该仪器更具体的部分上。

1)电子仪EA的检测方法:将电源PA、电子仪EA相连,且在电子仪EA的下端接模拟盒(指示±20V、CLK、SYNC),用5721地面测试面板检测。在下发“RESET”命令时,必须注意电流表的指示值,如果电流增大到1安培以上时,立即将电压迅速关掉,这说明电子仪EA中的屏流驱动板短路现象。

2)电源PA的检测方法:直接将电源PA的电子线路抽出来,将电源PA下端的3 和34 短接,只给电源PA供180VAC,测量电源PA下端22 和23 之间的电压应为80V;如果不是,检查电源PA中的开关电源板,根据图纸测量+10 V、-10 V、+4.5的电压是否正常,测量U3的11端正常应为10 V,一般问题都出在这些地方。

3)探头MB的检查方法:首先将极板引线接头从支撑臂的凹槽中分离出来,用万用表的二极管档,测量极板各连线和地线之间的绝缘值。用兆欧表测量探头的±20 V、CLK、SYNC和信号线的过线和地线之间的绝缘值。一般都是极板及接线舱绝缘值太低造成的“RESET”命令的失败。

当小队反映6块极板中的某一块极板信号不正常,而其它极板信号都正常时,一般都是该块极板坏了,或者该块极板的接头开路而导致信号无法传输。

2.2 由于探头部分绝缘不好,从而导致资料有问题

不合格资料的主要问题是曲线毛刺多、饱和等问题,而产生这些问题的主要原因是探头的绝缘不好造成的。探头绝缘主要有以下几个方面:(1)极板绝缘、(2)探头过线绝缘、(3)接线舱接头绝缘。而其中最重要的是接线舱接头的绝缘,因为隔开接头和泥浆的是绝缘胶套,因此,在高温高压等恶劣条件下,接线舱接头绝缘值的高低则完全取决于绝缘胶套质量的好坏。

STARⅡ电成像MB型探头内共用到绝缘胶套138个,其中接地线为32个,其余的106个分别是+20VDC、-20VDC、信号线、时钟、同步以及井径,都是需要绝对保障绝缘和连通良好的。

下面举几个常见故障和实例:

1)±20 VDC极板供电连线的磨破,造成胶套烧毁,同时引起极板损坏;

2)胶套在井眼中受压破损造成绝缘不好;

3)连通性不好造成测量曲线出现毛刺现象。

4)在青2-46、青2-47电成像1、6号极板的曲线都出现毛刺现象,同时1号极板的曲线还出现饱和现象,经检查是因为信号线剥线长度不够,把绝缘外皮送入铜套,恰好夹线钳夹线时夹在绝缘外皮上,造成连线忽通忽断。

5)测井资料中,6块极板都反映出成像图上出现几道固定的黑线,即在24个纽扣中若干个固定纽扣的电导率图象颜色明显偏深(电导率值明显偏大),导致资料为不合格。经过仔细检查,导致测井资料不合格的原因是:由于国产插针和胶套质量不合格,使得极板信号线绝缘降低,信号被干扰,从而使测井资料不合格。

2.3 开收腿和井径的问题

1)井径电位器总成内硅油不足或有气体,造成电位器被压死,从而造成万象节被拉断,使井径值不对;

2)极板支撑臂变形或刻度时刻度环不居中导致井径值不对;

3)电子仪EA开收腿控制板中的继电器损坏,125VDC供不下来,导致不能开收腿。

3 结束语

无论从电路还是从机械方面上看,STARⅡ电成像测井仪都是最复杂的仪器之一。但是面对最复杂的仪器,我们应该本着从理论联系实践的精神,认真掌握基本原理及其操作保养和维修方法。这样才能有效地利用仪器,对其出现的故障问题做到有的放矢,有效地提高生产效率。

[1] 张建华,仵 杰,刘振华.电法测井原理与应用[M].西安:西北大学出版社,2002

[2] 薛晓书,覃 彪.CLS数控测井系统电法测井仪器[M].西安:西安电子科技大学出版社,1996

[3] 冯启宁,郑学新.电法测井仪器[M].东营:中国石油大学出版社,2006

[4] 张庚骥.电法测井[M].西安:石油大学出版社,1996

[5] BAKER ATLAS.1022EA/PA/MA STARⅡMAINTENANCE MANUAL.2006(资料)

[6] 付鑫生.石油测井信息数字传输原理与系统[M].北京:石油工业出版社,1995

P631.8+3

B

1004-9134(2010)06-0091-03

申卫兵,男,1981年生,2001年毕业于西安石油大学测控与测量专业,在读硕士研究生,主要从事国家863项目:旋转导向智能钻井系统的研究。邮编:710065

2010-06-17编辑:梁保江)