微电阻率扫描成像测井仪ERMI 典型故障解析

汪金柱

（中海油田服务股份有限公司油田技术事业部塘沽作业公司，天津 300000）

0 引言

ERMI 是中海油服生产的一种井壁电成像测井仪，通过扫描测量阵列电扣的发射电流反映井壁附近地层的电阻率，经图像处理技术形成井壁附近地层的图象。 可用于描述地层层析结构与构造特征，直观显示裂缝、断层面、不整合及其产状，进行碎屑岩油藏的沉积相描述,为解决复杂岩性地层勘探提供一种有效的测量方法。

1 E RMI 测井系统的组成

微电阻率扫描成像测井系统由地面系统与井下仪器两大部分构成。其中，地面系统采用ELIS 成像测井系统的硬件平台， 软件部分除了ELIS 系统软件的通用模块外，增加了ERMI 专用的仪器控制与数据通讯模块。井下仪器包括仪器电子线路、多臂推靠器、测量极板、方位测量短节、绝缘外套、绝缘短节以及其他辅助测量仪器等。

2 疑难故障解析及排除方法

国产电成像ERMI 虽然电子线路集成度较高，机械部分设计巧妙，性能较稳定，但在长期的作业使用中，故障也偶有发生，下面通过对典型案例进行分析，希望对读者有一定的参考意义。

2.1 马达电压和井径显示异常

故障现象：ERMI 仪器马达电压MOTORV 显示异常，且2#、4#、6#极板井径显示偏小。

检测和维修方法：通过交叉对比，确定是电子线路ERMI61EA 的问题，初步断定马达和井径信号处理电路故障。井径板上井径信号来自井径传感器，马达电压取自马达控制板上的采样电阻R14， 井径板和马达控制板过来的模拟信号首先送入主控板（EMCM）进行调理， 再通过多路复用器DG506AAK 送入ADC 转换芯片将模拟信号转换为数字信号， 最后经FPGA 编码送到地面显示。

首先用万用表测量井径板和马达控制板模拟信号都正常， 接着用示波器测量主控板上的U10 DG506AAK 芯片的输入和输出，发现U10 的24 脚和21 脚CAL 2 FILTER 在空载的情况下存在负几十豪伏的电压，将井径和马达电压的原始信号拉低，导致地面井径和马达显示异常。 更换主控板上U10 DG506AAK 芯片后，马达电压和井径显示均正常。

2.2 极板无法上电故障

故障现象： 6 块极板都无法上电， 极板内外部信号均为死值。

检测和维修方法：ERMI 极板上电过程如下,地面下发PAD POWER ON 命令，主控板（EMCM）对此命令进行解码，主控板和信号处理板（EPM）通过同步串口通讯，控制EPM 相关操作，EPM 向极板电源控制模块（PPCM）板发送使能信号。PPCM 的功能是对六个极板的供电进行监控与通断控制，在仪器上电时，极板不上电，只有在地面命令的作用下才能打开。

六块极板都无法上电， 怀疑数字控制电路或电源控制模块故障。 观察地面显示的数字电源供电发现+1.8 V 供电为2.2 V，经排查发现仪器骨架上1.8 V 电源稳压芯片VR4 输出异常，导致数字控制电路无法无法正常工作，更换此芯片后，仪器6 块极板上电正常。

2.3 极板耐温性能不佳

故障现象：ERMI 渤海进行某井次作业，井底温度（wtbh） 为145℃， 上提测量发现3#和6#极板信号丢失， 将仪器上提至3 200 m 处，wtbh 为130℃，6 个极板信号都正常。

检测和维修方法：分析故障现象怀疑仪器耐温性能不佳导致信号丢失，ERMI61EA 电子线路处理极板信号的电路耐温不佳或ERMI61MA 极板本身耐温不佳。 将ERMI61EA 和ERMI61MA 分别放入烘箱进行加温，加温结果确认极板本身耐温不佳。ERMI 仪器每块极板里面有一块信号采集板 （EPAM），EPAM 用于接收25 路幅值为50 nA-1 mA 极大动态范围的2kHz正弦模拟信号， 完成25 通道小信号的放大、 滤波功能，并利用微控制器及CPLD 控制模数转换器进行模数转换， 最后将模数转换结果传送给ERMI61EA 的EPM 板处理。

用小烘箱对极板里面信号采集板EPAM 反复加温试验，最终确定信号采集板里面单片机U20（PIC16F872）的耐温性能不佳。 通过一系列严格的器件筛选和测试后， 将单片机PIC16F872 型号更换为PIC16F1933，并修改程序，仪器耐温度性能大幅度提升。

2.4 极板刻度空气中的噪声偏大

故障现象： ERMI61 仪器串进行刻度发现6# 极板在空气中的噪声偏大，Curr Raw Air 高达1 000 多，正常范围在0～500 之间。

检测和维修方法：ERMI 电阻率刻度，第一步是刻度空气中噪声，噪声越小，仪器信噪比越高，测井成像效果越好。 本仪器只有6 号极板空气中的噪声偏高，其他极板正常，怀疑6 号极板本身故障。 极板内的信号采集板 （EPAM） 有5 个端口用于和信号处理板（EPM） 连接， 分别是＋5V，－5V， 地， 串行时钟信号（SCLK），串行数据信号（SDATA）。

怀疑6 号极板接地不好，拆下6 号极板测量极板5 针中的地线（最粗的针）对外壳阻值为34Ω，查问电路图极板的地线和外壳之间串的电阻为5.1Ω。拆开6 号极板，测量EPAM 电路板上R155 阻值为5.1Ω 正常，但发现EPAM 板上与电阻一端相连的X2 螺母脱焊，引起电阻对地虚焊。 将X2 螺母重新焊接后，测量各阻值满足要求， 连地面系统刻度，6 号极板的噪声在正常范围。

2.5 开收腿地面交流面板电流跳变异常

故障现象：检查电成像ERMI 仪器，加直流电进行开收腿操作， 仪器开收腿且地面显示的MOTORV均正常，但交流面板的电流一直跳变，开收腿完毕后交流面板的电流稳定正常。

检测和维修方法：仪器开收腿直流电影响交流主电， 怀疑ERMI61EA 直流滤波电路故障；ERMI61MA机械传动部分故障。 交叉对比， 发现问题确定在ERMI61MA 上。ERMI 机械传动部分由马达、扭矩限制器、超越离合器、滚珠丝杠、连接杆和位移传感器组成。用万用表测量电机线圈的阻值和对外壳的绝缘都正常， 按照ERMI61MA 推靠器的拆卸步骤拆卸传动部分，拆卸电机总成外壳时，一拆开就流出了大量的液压油，卸下电机，发现电机里面也进入了液压油。此电机比较特殊，需要在真空环境下工作，电机进油将会导致无法正常工作，从而使开收腿过程中地面交流面板电流跳。

经排查确定液压油渗入电机是由于电机旋转密封面112 的O 圈破裂， 更换电机旋转密封的密封圈，并更换一个新的电机，恢复电机总成，连地面系统检查，仪器工作正常，各参数也正常。

3 结语

国产电成像ERMI 设计新颖，仪器的集成度比较高，这为维修带来了方便，可以快速地确定故障的大致范围。只要维修人员在理论和电路原理的方面有深入的了解，并且能将两者结合起来分析问题，就可以将故障解决。

图1 EPAM 采集板接地图