多极子阵列声波测井仪故障分析

2011-01-05秦玉坤段俊东

石油管材与仪器 2011年5期

关键词：声波测井短节电子线路

秦玉坤段俊东肖霓肖兵

(1.中国石油集团测井有限公司随钻测井中心陕西西安) (2.中国石油西安宝美电气工业有限公司陕西西安)(3.中国石油华北油田公司采油工艺研究院河北任丘)

多极子阵列声波测井仪故障分析

秦玉坤1段俊东1肖霓2肖兵3

文章针对多极子阵列声波测井仪在调试过程中出现的一些故障,介绍其相应的电路的基本原理,对故障原因进行了系统分析及诊断,找出排除故障的方法。

多极子探头;阵列声系;偶极子;故障分析

0 引言

多极阵列声波测井仪器除具有常规声波仪器的测井项目外,它利用多种组合模式,在快速地层或慢速地层中进行声波单、偶极阵列测井,偶极子横波直接测井,因此在一次测井过程中可同时采集八组不同源距的单极波列、八组不同源距的偶极波列以及八组不同源距的四极子全波列。测量得到的数据可以直接提取软硬地层中的纵波、横波和斯通利波漫度参数来进行储层的地质评价,包括:岩性识别;岩石机械特性预测;地层孔隙度求取和渗透率估算等。这类测井仪器的许多增强功能是其它测井仪器不能替代的[1]。

1 仪器组成及原理

仪器由发射电路短节、发射换能器短节、隔声体短节、接收换能器短节和接收控制采集电子线路短节等五部分组成,其中发射电路短节和接收控制采集电子线路短节有各自的供电单元。仪器接收控制采集电子线路短节主要由八通道信号接收电路、八通道数据采集电路、系统控制电路、遥传接口电路和电源电路等几部分组成,系统控制电路采用专用串行通讯对包括发射短节在内的各部分电路进行控制和设置。发射电路短节包括高压发射激励电路和供电单元。发射换能器短节由发射激励变压器组和发射探头组成。接收换能器阵由八组32个接收探头构成阵列声波信号接收器。

2 故障分析及排除方法

多极子阵列声波测井仪是多通道数据采集,仪器的任何一个环节出现故障都可能影响其它部分的工作状态,从而导致出现各种不同的故障。

故障1 发射换能器发出声音有时断时续的现象

将发射声系、隔声体及接收声系按实际仪器连接后放到6米长的半空间水槽中,加上水,两端堵紧,发射电子线路短节与发射声系、主控电子线路短节与接收声系之间用快速连接器连接,方便调试和查找问题。主机运行测井地面控制采集程序,地面程序向测试台架发送仪器设置命令,从测试台架读取仪器采集到的数据进行文件存储、显示、实时时差计算等处理。

在仪器调试中,主要遇到的问题是发射干扰。当产生高压激励信号时,对发射控制电路的串行控制信号产生干扰,使得发射控制逻辑误动作,发射控制脉冲变窄,图1所示为远单极发射干扰情况。

图中上边信号是串行时钟,下边是复位信号。图1(a)是发射瞬间时钟和复位被干扰情况,图1(b)是展开被干扰时钟上升沿。通过观察发现,最接近发射短节的远单极发射时受到的干扰最小,距发射短节最远的四极发射受到的干扰最大,处于中间位置的偶极受到的干扰程度居中。

通过重新调整发射短节中的地线连接方式,将相关的信号线用屏蔽导线,明显改善了发射干扰问题。该短节中用到了高压激励器件、数字器件和模拟器件,高压地与模拟地共存,包括储能电容、大功率MOS管等在内的所有高压地均用较大直径导线连接在一点,电源板、控制板和信号屏蔽地等模拟地连接在另一点,最后将两种地一点连接。发射短节外壳与发射声系外壳充分连接后,使地线面积增大,可有效减小干扰,如图2所示是远单极发射时的控制信号。与图1对比可见干扰大大减小,工作正常。通过降低压摆率,用电阻和电容调整阻抗匹配,且发射短节外壳与发射声系外壳充分连接,发现干扰明显减小,基本消除。后沿展开干扰无效,且此时发射已完全结束,不会影响到系统。

图1 发射干扰

图2 机壳(发射声系部分与发射电路)相接,干扰大大减小

通过以上分析,应从以下几个方面抑制干扰:(1)改善发射短节中的布线;(2)控制信号线需进一步阻抗匹配;(3)系统地与仪器外壳充分连接;(4)降低发射激励信号压摆率;(5)发射声系中发射探头尽可能用屏蔽双绞线与发射变压器连接。

故障2 发射电路有误触发的现象

由于发射电路与控制电路等其它电路不在一个仪器短节内,之间隔着发射换能器短节、隔声体及接收换能器短节,距离比较远,走线10 m以上,必须进行专门调试,以确保仪器能正常工作。为此,用16 m普通双绞线连接发射控制板与系统控制板串行总线的两端,发送串行命令进行调试。图3是发射电路端未并联电容时串行复位与串行时钟的示波器观测波形,上边是复位信号,下面是串行时钟,可以看出这时的复位信号噪声比较大,容易引起发射电路误动作。在发射电路复位信号对地并联4.7 nf,串行时钟与数据线对地并

联69 pf电容后,复位信号噪声明显减弱。

图3 接收端未并联电容时串行总线测试图

图4是发射电路端并联电容时串行复位与串行时钟的示波器观测波形。当串行总线采用屏蔽电缆时,传输效果会更好[2]。

图4 接收端并联电容时串行总线测试图

故障3 仪器温度升高后,接收到的信号增益设置不正确

将接收声系、隔声体和发射声系连接好后放入铝制半空间水槽内,主控电子线路短节和发射电子线路短节各放入温控加热设备内同时加温,同时在电路相关的地方引出多条测试导线用以监测各部分的工作情况。

加温到100℃左右时,接收到的信号增益设置不正确,通过引出的监测导线分析发现,主要问题是温度升高后控制板处串行命令总线的驱动能力降低,造成信号变形,使工作不正常。分析认为温度升高后,产生了与串行控制命令相关的问题,而电路所用到的器件以及电路局部都进行过严格的高温检测,出现问题的可能性很小,随后进行仪器电子线路整体加温调试。

图5(a)为100℃高温时测得的串行命令信号,图中最上边信号为系统控制器输出的时钟信号,中间信号为某前置接收板对其经过阻抗匹配后的时钟信号,最下边为复位信号。图5(b)是将时钟后沿展开。可看出,温度升高后驱动能力下降,边沿出现抖动,经过各功能板接收并阻抗匹配后出现干扰脉冲,从而发送错误命令。