XRMI電成像儀器常見(jiàn)故障分析

XRMI 電成像儀器常見(jiàn)故障分析斌1劉祥文2朱(1 . 西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院 陜西 西安) (2 . 中國(guó)石油測(cè)井有限公司青海事業(yè)部 甘肅 敦煌)摘要 : 2004 年中油測(cè)井青海事業(yè)部從 HALL IBURTON 引進(jìn)電成像儀器 XRMI 。經(jīng)過(guò)近兩年多的實(shí)踐 ,在使用的過(guò)程中出現(xiàn)了一些故障 ,我們對(duì)該儀器的電路原理進(jìn)行了仔細(xì)的研究 ,根據(jù)電路原理 , 分析了在測(cè)井過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題 ,并找到了相應(yīng)的解決方法 。關(guān) 鍵 詞 : 成像儀器 ; 故障 ; 極板 ;通信中圖法分類號(hào) : P631 . 8 + 3文章編號(hào) : 100429134 (2007) 0220092202文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : BD ITS 儀器包含 3 種通信方式 : 地面貓和 D4TG的通信 ;D4TG 和地面貓的通信 ;D4TG 和 RTU 的通 信 。每支儀器都有 RTU ( 不同的儀器 RTU 中的 IP 地址不一樣) , RTU 收集到該種儀器采集的地層信息和儀器的工作狀態(tài)以后通過(guò) 1553 總線以曼徹斯特碼的 形式與 D4TG 的 BCU 通信 ,然后在 D4TG 中進(jìn)行處理 后通過(guò) W7 模式以雙極性的數(shù)據(jù)格式送往地面 。而地面發(fā)送的命令則通過(guò) 1553 總線以曼徹斯特碼的形式 傳到所指定的儀器 ,對(duì)儀器進(jìn)行刻度 、測(cè)井等操作 。因此 RTU 是 D4TG 與儀器聯(lián)系的通道 , RTU 譯 碼和傳送從 D4TG 來(lái)的命令 ,同時(shí)根據(jù)接受到的命令引言0XRMI 電成像測(cè)井儀器是一種電阻率測(cè)井儀器 ,主要用于測(cè)量地層的非均質(zhì)信息 。在對(duì)地層的精細(xì)結(jié) 構(gòu)描述 、薄層劃分 、裂縫識(shí)別 、沉積相分析等方面具有 獨(dú)特的應(yīng)用效果 。隨著測(cè)井使用頻率的增加 ,該成像儀器在測(cè)井過(guò)程中出現(xiàn)了一些問(wèn)題 。我們從儀器工作原理和電路原 理出發(fā) ,分析了故障現(xiàn)象和造成故障的原因 ,并采取了 相應(yīng)的維修措施 ,經(jīng)野外使用取得了良好的效果 ,從而 保證了儀器在青海油田的正常運(yùn)行 。請(qǐng)求 收 集 儀 器 采 集 的 數(shù) 據(jù) 然 后 把 數(shù) 據(jù) 送 到 D4TG。XRM I 電成像儀器的工作原理和電路分析1D4TG 與地面貓和每種儀器的 RTU 的通信是以 DL(下傳命令) ,UL ( 上傳命令) 的通信方式使 D4TG 傳輸 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和狀態(tài)字到地面 。1 . 2 XRM I 電成像儀器的電路分析1 . 2 . 1 儀器工作原理1) 極板工作原理如圖 1 所示 ,根據(jù)儀器測(cè)量原理要求 ,極板和電扣 在物理上要求絕緣 ,而在電場(chǎng)分布上要求電扣與極板 等電位 ,且要求能測(cè)量極板上電扣流出的電流大小 ,這 樣才能測(cè)量極板附近電扣正對(duì)著的介質(zhì)物理特征 。為了滿足原理要求 ,在電路設(shè)計(jì)上將極板和電扣直接連 接在一起 ,因此在儀器設(shè)計(jì)上在電扣和極板外殼間加 了一個(gè) 10 的電阻 ,因?yàn)槊恳粔K極板上有 25 個(gè)電扣 , 因此加了 25 個(gè) 10 的電阻 。1 . 1 電成像儀器的纜芯分配及信號(hào)傳輸方式1) 纜芯的分配方式1該儀器屬于 D ITS 儀器 ,由 W5 模式 ( 即 D ITS 馬龍 頭的 13 、14 纜芯對(duì)應(yīng) 16 、19 纜芯) 提供主電源 ; 由 W2模式提供輔助電源 ;W6 模式為下井儀器傳輸命令 ( 即 通過(guò) D ITS 馬龍頭的 13 、15 、19 纜芯對(duì)應(yīng) 14 、16 、18 纜 芯) ;W7 模式 (即 D ITS 馬龍頭的 17 纜芯) 用于井下儀 器往地面?zhèn)魉蛿?shù)據(jù) 。所有的電源在遙傳 (D4TG) 中不 作任何處理直接送到各儀器 ,通過(guò)變壓器偶合到該儀器串的各個(gè)儀器 ( 這與 IQ 儀器遙傳的作用不同) 。因 此 ,其中一種儀器電源故障將不會(huì)影響該串其他儀器 工作 。2) 信號(hào)傳輸方式第一作者簡(jiǎn)介 : 朱 斌 ,男 ,1969 年生 ,1991 年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué) ( 武漢) 應(yīng)用電子專業(yè) ,一直從事測(cè)井技術(shù)管理及研究工作 。現(xiàn)任中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司青海事業(yè)部測(cè)井大隊(duì)大隊(duì)長(zhǎng) ,西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院在職研究生 。郵編 :7100654) 傳感器部分在保溫桶里面有 3 個(gè)磁力計(jì) 、3 個(gè)加速度計(jì)以及 溫度計(jì)探頭 ,磁力計(jì)的讀數(shù)用于井的方位 ,加速度計(jì)的 讀數(shù)用于計(jì)算井的傾角 ,溫度計(jì)探頭用于監(jiān)視傳感器 中的溫度 。5) 主控板 ( EMCM)主控板 EMCM 是儀器與總線的命令接口板 , EM2CM 向 ETM 和 EPM 發(fā)送命令 ,同時(shí)處理馬達(dá)命令 、傳 感器的值 、井徑值 、馬達(dá)電壓和診斷電壓等參數(shù) 。EM2CM 控制著傳感器的多路開(kāi)關(guān)板 、井徑信號(hào)板和馬達(dá) 控制板 。EMCM 處理所有的命令 ,根據(jù)命令把測(cè)井信 息等送到 1553 總線上 ,在向地面發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)收集下一組數(shù)據(jù) 。從地面下發(fā)的命令被 EMCM 譯碼以后 被送到發(fā)射模塊 ( ETM) 。6) 信號(hào)處理模板 ( EPM)控制極板數(shù)據(jù)采集和信號(hào)幅度 ,它采集發(fā)射的電 壓電流信號(hào) 。所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理以后被送往 EM2CM ,該板同時(shí)也控制著 6 個(gè)極板的電源 。過(guò)流時(shí) EPM 發(fā)送命令到 PPCM ,同時(shí) EPM 把每塊極板的供電情況 以狀態(tài)字返回到地面 。7) 電源控制模塊 ( PPCM)PPCM 為每塊極板提供過(guò)電流保護(hù) , 如若某一塊 極板被過(guò)電流保護(hù) ,那么剩余的極板仍可正常工作 ,這種特性不會(huì)使整個(gè)儀器停止工作 。EPM 始終監(jiān)視著極板是否過(guò)流 ,并控制著 PPCM 的工作 。圖 1 電阻率掃描儀器極板電扣和極板體周?chē)妶?chǎng)分布2) 電成像工作原理 3由推靠器極板發(fā)射交變電流 ,通過(guò)井內(nèi)泥漿柱和 地層構(gòu)成的回路到達(dá)儀器頂部的回路電極 。推靠器與 極板是用金屬連接 ,因此他們是等電位的 ,又由于推靠 器和電子線路的金屬外殼上有絕緣體與泥漿絕緣 ,使 處于極板中部的陣列電扣流出的電流能垂直于極板外 表面進(jìn)入地層 。這樣 ,測(cè)量陣列電扣上的電流強(qiáng)度 ,就 可以反映出電扣正對(duì)著的地層領(lǐng)域由于結(jié)構(gòu)或電化學(xué) 上的非均質(zhì)引起的電阻率的變化 。陣列電扣的電流經(jīng) 適當(dāng)處理 ,可刻度為彩色或灰度等級(jí)圖象 ,反映地層 微電阻率的變化 。1 . 2 . 2 電成像電路介紹1) 電成像信號(hào)流程在地面用 W5 模式供電時(shí) , 15 V 在電流回路和 推靠間由 ETM 產(chǎn)生一個(gè) 2 kHz 的電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào) ,從電 扣流出的電流被放大以后進(jìn)入地層 ,同時(shí)被極板數(shù)據(jù)化 ,6 塊極板的采樣被送到 EPM 進(jìn)行處理 。然后通過(guò)EMCM 送往 D4TG。2) 前置放大電路 ( EPAM)電扣 信 號(hào) 被 多 路 開(kāi) 關(guān) 處 理 后 , 經(jīng) 過(guò) 放 大 送 到 由CPU 控制的多路開(kāi)關(guān)進(jìn)行放大及相敏檢波 、數(shù)據(jù)化處 理送往信號(hào)處理模板 ( EPM) 。另外 ,在該極板電路里 填有成像儀器的刻度參數(shù) ,因此當(dāng)儀器刻度不準(zhǔn)時(shí) ,與 極板是有關(guān)系的 。3) 發(fā)射模塊 ( ETM)2XRM I 電成像測(cè)井儀器常見(jiàn)故障現(xiàn)象分析在測(cè)井中經(jīng)常遇到的故障有 : 儀器在井里通信中斷 ,造成機(jī)械推靠無(wú)法收回 ; 主輔電源互串 ; 極板突然間信號(hào)消失等等 。根據(jù)儀器的不同故障 ,分別采取了 不同的處理方法 。2 . 1昆 XX 井儀器遇卡時(shí)出現(xiàn)通信中斷 、推靠不能收回的情況從地面儀提示分析 ,命令已傳到了儀器里 ,但儀器 的測(cè)井信息及狀態(tài)字返不回來(lái) 。分析認(rèn)定 W7 模式故 障 (電纜的 7 線即儀器的 17 線是用于上傳信號(hào)的) 。我們?cè)诰畧?chǎng)檢查了電纜的 7 線 ,發(fā)現(xiàn)正常 ?；鼗卦俅螜z查儀器 ,發(fā)現(xiàn)絕緣短節(jié)中的 17 線虛焊 ,經(jīng)過(guò) 重新處理通信恢復(fù) ,推靠正常 。2 . 2油 XX 井井徑腿收不攏 、推不開(kāi)起初分析認(rèn)為操作人員在操作儀器時(shí)供電電壓太 高而引起二極管受熱保護(hù)或短路 。但從地面分析情況判斷 ,當(dāng)儀器通信正常時(shí) ,發(fā)送推/ 收馬達(dá)命令主電壓 就 會(huì) 掉 下 來(lái) , 且 在 電 子 線 路 后 的 31 、32 針 上 發(fā) 現(xiàn) 有 (下轉(zhuǎn)第 96 頁(yè))發(fā)射 模 塊 ( ETM ) 產(chǎn) 生 2kHz 驅(qū) 動(dòng) 信 號(hào) , 送 到EPAM 。在儀器供電時(shí) , W2 電源給馬達(dá)控制板供電 ,ETM 上的繼電器在地層電阻率高 、W5 模式提供的能 量不足以使成像儀器工作時(shí) ,通過(guò)該繼電器使 W2 參 與到能量的發(fā)射 。時(shí) ,發(fā)現(xiàn)示波器顯示的正弦波幅度是 16 V ,但頻率卻只有 110 Hz ,而不是額定的 280 Hz 。由此判斷故障出極 ,依靠的就是兩套不同工作頻率的回路 。無(wú)論哪個(gè)頻率的變化 ,都會(huì)影響到相關(guān)電路的輸出 ,導(dǎo)致實(shí)際測(cè) 井結(jié)果發(fā)生偏差 。另一方面 ,就 SCH - 1D 恒功率雙側(cè) 向儀器而言 ,頻率的重要性還體現(xiàn)在頻率與探測(cè)深度 之間也存在著一定的關(guān)系 ,頻率的改變也會(huì)改變儀器 探測(cè)的目的層 ,使測(cè)井結(jié)果與地區(qū)地層規(guī)律之間有所 差異 ?？傊?,在側(cè)向儀器以及其它電法儀器中 ,我們都 必須確保儀器的工作頻率與儀器本身的設(shè)定頻率相符 合 ,從而保證測(cè)得合格的測(cè)井曲線 。在淺側(cè)向電流源上 。經(jīng)過(guò)仔細(xì)的檢 查 , 發(fā) 現(xiàn) 電 阻R 9處有虛焊 ,將其及相關(guān)的電阻重新焊接后 ,再次供電檢查 ,儀器工作正常 ,故障得以排除 。解決了 此 問(wèn) 題 , 再 回 過(guò) 頭 進(jìn) 行 分 析 , 當(dāng) R 9 處 虛 焊 ,即電阻阻值變大時(shí) ,據(jù)前面推導(dǎo)出的表達(dá)式可知濾波器的中心頻率將變小 ,振蕩器的中心頻率偏移 ,使得整個(gè)電路的信號(hào)頻率發(fā)生改變 。而其他相關(guān)的濾波器 或相敏檢波器等的設(shè)定頻率卻仍然是 280 Hz ,這樣就 會(huì)使一部分有用的信號(hào)丟失 ,同時(shí)使一些無(wú)用信號(hào)進(jìn) 入 ,最終導(dǎo)致輸出的測(cè)量值不正確 。參 考 文 獻(xiàn)中國(guó)電子集團(tuán)公司第二十二研究所 . 恒功率雙側(cè)向井下儀使用維修手冊(cè) . 2003 (資料)14結(jié)束語(yǔ)通過(guò)對(duì)這次維修的分析 ,我們對(duì)雙側(cè)向儀器頻率2胡澍 . 地 球 物 理 測(cè) 井 儀 器 M .社 ,1989北 京 : 石 油 工 業(yè) 出 版童石白 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) M . 北京 :高等教育出版社 ,20013調(diào)整的重要性有了深刻 、直觀的理解 。一方面 ,雙側(cè)向儀器之所以可以同時(shí)進(jìn)行深淺不同地層的探測(cè)并保證A2 電極同時(shí)做淺側(cè)向的回流電極和深側(cè)向的屏蔽電(收稿日期 :2006 - 10 - 24 編輯 : 劉雅銘)(上接第 93 頁(yè))119 V 的直流電壓 (未接推靠時(shí)的狀態(tài)) 。當(dāng)接上推靠 以后有 18 V 電壓 ,因而認(rèn)定主輔電源互串 。發(fā)生主輔電源互串干擾 ,從電路上分析可能是發(fā)射板繼電器和推靠部分長(zhǎng)期浸在油里絕緣老化所致 。 首先我們打開(kāi)電子線路進(jìn)行了緊固 ,再將油抽光重新 循環(huán)加油 ,儀器恢復(fù)正常工作 。2 . 3一極板突然無(wú)信號(hào)一極板突然信號(hào)消失 ,我們首先想到可能是與該 極板有關(guān)的極板線絕緣降低引起電流增大而被保護(hù) 。但仔細(xì)檢查了該電極的連線 ,一切均正常 ,檢查通往該極板的電源 5 V 也正常 ,于是斷定是極板本身出了 問(wèn)題 。在配車(chē)檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn) 9 針沒(méi)有信號(hào) ,更換極 板以后 ,儀器工作正常 。2 . 4兩極板沒(méi)信號(hào)的問(wèn)題按一極板無(wú)信號(hào)的情況進(jìn)行檢查 ,情況正常 ,打開(kāi) 極板前置極板有焦糊味 , 認(rèn)定極板被燒壞 。XRMI 電 成像儀器配有保護(hù)電路 ,但在車(chē)間保養(yǎng)儀器時(shí) ,為了減 輕工作量 ,沒(méi)有把電子線路與推靠相連用 W5 、W2 模 式推推靠 ,而是直接用 100 VDC 供給推靠部分進(jìn)行推收 ,因此并沒(méi)對(duì)極板進(jìn)行保護(hù) 。經(jīng)過(guò)檢查 ,問(wèn)題就出在用于推靠的軟連線上 ,該軟連線由于經(jīng)常使用焊接變形 ,通往該兩塊極板的電源短路 。其它油田也出現(xiàn)過(guò) 類似問(wèn)題 ,從使用的角度考慮廠家如果把極板保護(hù)電路設(shè)計(jì)到推靠部分 ,那么就可避免類似問(wèn)題發(fā)生 。4結(jié)束語(yǔ)XRMI 微電阻率掃描成像儀器維修難度大 , 需要認(rèn)真地分析電路原理和故障現(xiàn)象 ,循序漸進(jìn) ,逐個(gè)環(huán)節(jié)的排查故