提高SDZ-30B0感应测井仪钻输一次成功率

2011-01-17中国石化中原油田分公司数控测井中心QC小组

石油工业技术监督 2011年11期

关键词：测井电容滤波

中国石化中原油田分公司数控测井中心QC小组

（河南濮阳 457001）

1 小组概况

表1为小组概况。

2 选题理由

随着水平井及大斜度井日益增多，钻输测井逐年上升，钻输施工成为近期测井的主要方式。由于SDZ-30B0感应测井仪钻输一次成功率偏低，仅为82.8%（见表2），造成测井时间延长、成本增加，数控测井中心领导要求尽快解决。因此，小组决定将“提高SDZ-30B0感应测井仪钻输一次成功率”作为本次的活动课题。

3 设定目标

数控测井中心要求：SDZ-30B0感应测井仪钻输一次成功率由82.8%提高到90.0%

表1 小组概况

4 目标可行性分析

4.1 SDZ-30B0感应测井仪钻输不成功问题调查

小组对2009年SDZ-30B0感应测井仪维修情况进行调查，对48口SDZ-30B0感应测井仪钻输（以下简称“钻输”）失败的情况进行分类统计分析，做感应钻输失败影响因素分类统计表3。

由统计结果可以看出：仪器故障是造成钻输失败的主要问题。

表2 2009年SDZ-30B0感应测井仪钻输一次成功率

表3 钻输失败影响因素统计表

4.2 目标可行性分析

（1）小组组长和副组长从事感应仪器维修20多年，经验丰富。组员都是本科毕业，理论基础扎实。小组多次开展QC活动，均达到活动目标。

（2）按以前活动经历，至少可解决主要问题的80%，那么，感应钻输一次成功率可提高到92.8%。

因此，通过本次QC活动可以实现小组设定的活动目标。

5 原因分析

小组成员针对SDZ-30B0感应测井仪器故障，从设备、人员、材料、方法、环境5个方面多次开展分析和研究，找出了原因。

6 确定要因

6.1 15V电源干扰大

《SDZ-30B0感应测井仪维修说明书》要求：15V电源应为14.75～15.25V。如超差会对测井信号造成严重干扰，使钻输失败。图1(a)为有干扰时的15V电源信号，图1(b)为正常情况下的15V电源信号。

小组2010年3月9～10日抽检6支仪器，对15V电源进行测量，获得表4数据。抽样检查的6支仪器中有4支15V电源测试值都不符合要求。因此，“15V电源干扰大”为要因。

表4 15V电源输出测试点电压

6.2 仪器抗震性能差

钻输井井况复杂，井斜大，仪器在下井的时候容易遇阻遇卡，仪器底部直接与井壁硬性碰撞，对仪器本体冲击大，SDZ-30B0感应仪器的出厂设置只有不锈钢材质的底鼻子(见图2)，不能很好地起到减震的作用，导致元器件松动，使测井不能顺利进行。经查阅《感应测井仪器维修记录》发现，因仪器故障造成钻输失败的35口井中，有15口井发生了元器件松动的情况。因此，“仪器抗震性能差”为要因。

6.3 5V电源输出电压不稳

随着井深的增加，井内温度会逐渐升高，当仪器长期处于高温工作状态时，元器件阻值将变小，电流变大，由于稳压模块13N4输出功率要保持恒定，根据公式P=U×I，可知U值会变小。《SDZ-30B0感应测井仪维修说明书》要求：5V电源输出电压在4.8～5.1V之间。

经查阅《感应测井仪器维修记录》发现，因仪器故障导致不能一次钻输成功的35口井中，有8口井井深超过4 500m，发生了信号不传输的情况。

小组2010年3月18～20日又将8支仪器分别放入高温烘箱内，加温至175℃，恒温2h后，测试5V电源输出电压，获得表5数据，从表中看出：8支仪器中有6支仪器在温度升高时，5V电源输出电压明显降低，低于技术要求。而且，小组发现：

当5V输出电压≤4.8V时，会导致仪器工作不稳定；

当5V输出电压≤4.6V时，仪器则完全停止信号传输，无法工作。

因此，“5V电源输出电压不稳”为要因。

表5 5V电源输出测试点电压

6.4 供电错误

小组2010年3月6日～4月20日跟随数控测井中心工程师随机对小队10口井的感应钻输施工过程进行了调查，操作人员均能按《SDZ-3000地面系统操作规程》进行操作，未出现SDZ-30B0感应测井仪供电错误现象。因此，“供电错误”为非要因。

6.5 电源板滤波电容管脚松动

电源板滤波电容体积较大，质量重，电容圆柱体长28mm，底面直径10mm，电源板宽86mm，厚1.4mm，管脚又细，电容管脚正极根部处还有焊点，导致电容抗震性差，使得仪器在震动时，容易造成电容管脚松动，甚至断裂。

2009年给小队发出使用的19支SDZ-30B0感应测井仪中有7支仪器都先后出现过不同程度的电容管脚松动，导致仪器不能正常工作，钻输失败。因此，“电源板滤波电容管脚松动”判断为要因。

6.6 电容耐高温性能差

小组2009年3月26日查阅了仪器线路图，发现SDZ-30B0感应测井仪上面所用的电容均为金属钽电容，具有性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好的特点。

仪器原装电容耐温指标要求为175℃，耐温2h，小组2009年3月28日～4月1日对容值分别为13μF、1 200μF、560μF、470μF电容各抽查10个，逐一放到高温烘箱内加热。在175℃时，电容容值变化幅度小，量值稳定，充放电检查正常。因此，“电容耐高温性能差”为非要因。

6.7 仪器未一口井一保养

小组2010年3月8日～4月5日调查了《测井仪器交接记录》、《施工小队上井报表》、《感应测井仪器维修记录》，发现2009年小队能做到 “一口井一还”，仪修人员也能保证做到“一还一保养”，避免了仪器未经检查、保养造成仪器“带病”上井的情况发生，防止将仪器隐患带入下一道施工工序。因此，“仪器未一口井一保养”判断为非要因。

6.8 长途颠簸

测井施工现场离基地大多路途遥远，而且路况复杂，长途颠簸会导致线路保温筒上的固定螺丝松动，但保温筒采用3个螺丝固定。小组于2010年4月8～14日在分别拧松1个至3个螺丝的情况下进行教学井实验，发现个别螺丝松动并不会影响到整个钻输的进行，只有当3个螺丝全部松动时才有可能会影响到线路下接头与线圈系上接头的连接中断，致使钻输失败。小组又查阅了《感应测井仪器维修记录》，2009年固定螺丝松动引起的仪器故障只出现过1次。因此，“长途颠簸”判断为非要因。

6.9 井眼环境的影响

钻输是在裸眼井中进行测量的，当井斜大或井眼缩径严重时，井壁围岩棱角就有可能刮伤仪器表面，蹭坏电极环，造成测井信号干扰或错误。由于这是井眼环境所造成的，属客观因素，小组无法解决。因此，“井眼环境的影响”为非要因。

通过采取现场跟踪、车间抽样测试、高温试验、教学井试验等方式，小组最终确定了4条要因，分别是15V电源干扰大、仪器抗震性能差、5V电源输出电压不稳、电源板滤波电容管脚松动。

7 制定对策

表6为制定对策表。

8 实施对策

8.1 在电源电路增加滤波电路，降低干扰

小组对6支仪器的15V电源电路中加入由1kΩ电阻和470pF电容组成的滤波电路，通过检测，发现大大降低了电源信号里的纹波干扰信号，改进后15V电源电压均在14.75～15.25V之间（见表7），达到预先设定的目标。

改进前后的15V电源电路图对比如图3所示。

小组报请中心批准，对剩下的13支SDZ-30B0感应测井仪进行改进。

表6 对策表

表7 改进后15V电源测试电压

8.2 制造导向锥，提高仪器抗震性

8.2.1 结构选择

小组选择圆柱体、锥体2种结构方式，从抗挤压性、导向性、耐磨性方面对这2种结构进行综合评价，最终选择锥体为导向锥的外形结构 (如表8所示)。

8.2.2 材质选择

小组选择铁质弹簧、橡胶+钢丝2种材质，从韧性、耐腐蚀度、加工程度方面进行综合评价，最终选择使用橡胶+钢丝为导向锥原材料（如表9所示）。

最终，小组制作导向锥采取内部使用测井电缆钢丝，外部使用耐磨橡胶整体浇注成锥形，以增加其柔韧性和耐磨性，防止遇阻时橡胶断开。在导向锥的上部设计为不锈钢连接部件，以便与SDZ-30B0感应测井仪底部配接，起到仪器在下放过程中导向和缓冲作用，避免井壁对仪器硬性冲击，提高了仪器的抗震性。小组根据感应仪器尺寸，设计了导向锥结构如图4所示。

表8 导向锥结构选择

表9 导向锥材质选择

钢丝

小组制造了6个导向锥，和原感应仪器连接后进行现场测试。2010年7～9月份钻输80口井，没出现因井况差，造成的仪器元器件颠坏的情况，实现了预定目标。

导向锥使用成功后，小组报请数控测井中心，要求再加工13个导向锥，在SDZ-30B0感应测井仪钻输施工中进行推广，并得到批准。

8.3 减小反馈取样电阻，稳定5V输出电压

首先，小组利用可调电阻代替13R2反馈取样电阻，然后将电子线路放到高温烘箱内加热到175℃，恒温2h后，调试可调电阻的阻值，直至5V输出电压稳定在4.9～5.1V之间，测量此时可调电阻的阻值为1Ω。

其次，小组设计了2种解决方案：①在稳压模块的反馈取样电阻上并联同一阻值、同额定功率的电阻，使其阻值减小一半，增大输出功率，稳定5V输出电压。并联电阻分流，使原2Ω电阻的功率（1/4W）不变。②用额定功率是2Ω电阻2个并联。用1/2W额定功率的1Ω电阻代替，但是随着额定功率的增加，电阻的体积也变大，电阻管脚直径也相应变大，不适合在SDZ-30B0感应测井仪这种集成化程度高，布局紧密的线路板上焊接固定。

综合以上，小组决定采取方案一，见图5。

小组对6支感应仪器进行改造，将电子线路放到高温烘箱内加热至175℃，恒温2h，对5V输出电压进行了测量，见表10。

表10 改进后5V输出电压测试值

从表10可以看出5V测试电压变化范围在4.9～5.1V之间，完成设定目标。小组随即对所有SDZ-30B0感应测井仪的5V电源反馈电阻进行改进，并投入使用。

改进后，2010年7～12月份测井最深井深达4 812m，均未发生5V电源输出电压不稳造成的线路信号不上传的情况。从根本上杜绝了因温度升高导致5V电源输出电压不稳的现象。

8.4 增加固定夹，涂抹固定胶，提高滤波电容稳固性

首先，小组将SDZ-30B0感应测井仪电源板上滤波电容焊掉。其次，根据滤波电容长度和直径，裁剪一片长度约为20mm，宽度88mm的铜片作为固定夹。然后，将固定夹中央位置处和电容下端的线路板位置处钻直径为φ2mm的孔，将固定夹用螺丝固定在线路板上，并折成U形。最后，将滤波电容加焊锡重新焊接，并在滤波电容与固定夹之间涂抹固定胶进行粘固。

另小组在每次大修感应仪器时滤波电容进行检查。改进后，测井153口，滤波电容再未出现过管脚松动的情况。