双感应仪器测井时连接的仪器有:硬电极、辅助测量探头、电缆遥测仪、共用电子线路 1、自然伽马能谱探头、补偿中子探头、微球形聚焦探头、岩性密度探头、液压推靠器、REC 共用电子线路 2、连斜探头、高分辨率声波测井仪、双感应探头,双感应仪器在仪器串的最下部。本文针对双感应测井仪器使用中出现的一些故障,介绍了该仪器的电路原理和刻度要求。在此基础上对仪器的故障现象及原因进行了系统的分析和判断,给出了相应的解决方法。
1 双感应仪器的测量原理
双感应测井的基础理论为 Maxwell 电磁感应理论和趋肤效应几何因子理论。当发射线圈系输入稳定频率、恒定幅度的交变电流信号时,被测地层中将建立交变电磁场,地层环感应生成电流,感应电流正比于地层环电导率;各地层环感应电流又在测井仪器接收线圈系形成二次感应电势。测量该二次感应电势,即可推断出地层的电导率。深感应和中感应的工作原理相同,共用同一套发射线圈系统,包括 20 kHz 振荡器和发射线圈系。深、中感应测井的区别在于接收线圈系布阵参数不同,因而形成不同的探测深度和不同的纵向分辨率。深感应线圈系位于线圈系的上部,中感应线圈系位于线圈系的下部。电路原理框图如图 1 所示。
2 双感应仪器的刻度
仪器的刻度就是在模拟测量环境条件下用被测参数的标准值对仪器进行标定,以便建立起测量信号与被测参数的对应关系,是对仪器性能的检查与调整,是保证测井取得合格资料的一种重要措施。利用刻度信息能及时发现问题,通过解读双感应仪器刻度数据,可以帮助我们找出故障范围。对同一只仪器不同时期的刻度数据进行对比、研究,可及时发现仪器故障。双感应测井仪器的刻度包括车间刻度和现场刻度。车间刻度使用现场一级刻度标准,即自由空间的“零”电导率信号和产生 500 mS/m 电导率的刻度环信号。车间刻度是每月进行一次。仪器应离地面 3 m 以上,仪器周围 10 m 以内不应有金属或其它导电材料存在。
3 双感应仪器的故障分析与处理
3.1 故障一
1)现象。感应仪器下到井内测井时,无感应数值上传。2)原因分析。观查计算机采集信息,发现其他信号正常,唯独没有深感应 ILD 数值,怀疑是深感应电路有故障,或是REC 共用电子线路对深感应信号的放大部分电路有问题,其它仪器应没有问题。3)处理方法。当把仪器提到井口时,发现感应仪器的扶正器由于紧固的不当,滑到深感应探头接收线圈位置,造成无深感应输出。经重新对扶正器固定位置后再进行测井,则一切正常。
3.2 故障二
1)现象。在工作环境温度较低时(冬季气温多在-20℃以下),深感应与中感应刻度值均偏低。2)原因分析。常温下对该仪器进行效验检测时,刻度值在正常范围内,由此初步判断仪器的供电正常。当在低温环境下对仪器进行刻度检查时,检测到参考信号数值只有 189.5 mVAC。利用 5.12 MHz 的石英晶体和四二输入与非门(54HC00),经过 4040 计数器(U2)循环计数,计数器输出端通过 CY7C245-15 存储器输出数字正弦波信号,经D/A 转换器(U3 AD7520)得到 20 kHz 的振荡频率的模拟正弦波信号,再通过 HA2620、TD823 [1]。TD823 与变压器 T4 组成输出电路,用以提高输出电流功率。在变压器 T4 的输出端引出两个信号:一个是大电流的交变信号提供给发射线圈系,一个通过小阻值的采样电阻将电流信号转变成电压信号 200 mVAC引出,分别提供参考放大器,补偿线圈系、感应内刻度信号,抵消线圈系误差信号和温度补偿信号。经分析认为是线圈系所在的低温环境,使线圈系的电阻阻值发生变化,导致发射电流变化,使200 mVAC有所下降。TD823 是一个功率放大器,常温时输出功率为12 W,异常温度时输出功率也有所下降,也会使200 mVAC有所下降。3)处理方法。在低温环境下,通过对 ILD、ILM 放大电路中的温度补偿电阻进行代换测试,没有发现问题。当测量 U6-6端点的交流电压时为7.2 VAC,比常温下的8.3 VAC 低。在放大器 2620 的反馈回路中多串接一个正温度系数的1 kΩ的热敏电阻(HA2620 的 6 端与 AD7520 的 16 端之间),HA2620 是高阻抗运算放大器,主要用于自动控制、自动检测微电流放大、阻抗变换。然后重新对电阻R14阻值进行调整,使 U6-6 端的电压为8.5 VAC,经分别在两种环境下全面测试后,正常,问题得以解决。
3.3 故障三
1)现象。双感应仪器深感应接收系统线性数值超标。2)原因分析。通过刻度对双感应仪器进行线性检查,将电压表分别接GCH面板的 ILD、ILM 的刻度和回线之间。置内刻状态,调节灵敏度旋扭,使得 ILD、ILM 的读数分别是401 mV、461 mV。置测量状态,将线性校验仪设定在2 Ω·m档,移动线性校验仪位置,使测量值和刻度值一致,在测量状态下,旋转线性校验仪档开关,读出相应测量值,深感应的测量值如根据所测得的测量值分析,认为深感应接收电路的线性有明显的变化,数值明显超标。3)处理方法。将电压表分别接 GCH 面板的 ILD、ILM 刻度和回线之间。置内刻状态,调节灵敏度旋扭,使得 ILD、ILM 的读数分别是 401 mV、461 mV。置测量状态,将线性校验仪设定在 2 Ω·m 档,移动线性校验仪位置,使测量值和刻度值一致,然后在测量状态下,读出相应 0.2 Ω·m 档测量值为 3.400 V。然后改变深感应相敏检波电路的相位电容的大小后,置内刻状态,调节灵敏度旋扭,使得ILD 的读数分别是401 mV 时,再置测量状态,看0.2 Ω·m档测量值是否在 1.919 ~3.322 V 之间,否则,再对深感应的相移电阻进行同样的调整。通过调整深感应接收电路的 ILD 相敏检波的相位电容、相移电阻,使其各档测量值恢复了正常,维修调整后测得的双感应曲线符合地层规律,保证了测井曲线的准确。
4 结束语
通过对测井仪器现场刻度、测试过程中的故障分析及解决。可以得出如下结论:当仪器不能正常工作时,首先要确定故障部位。一种故障现象可能由多种因素引起。针对复杂的故障,只有对仪器的工作原理及电路构成和信号流程有充分的了解和认识,才能科学快速地判断出故障点,从而提高维修仪器的质量和效率。
参考文献
[1]521双感应球形聚焦测井仪技术改进与应用[J]. 马文革,张秋梅. 测井技术. 2016(05)