脉冲中子氧活化测井仪的故障分析及排除

2013-05-31卢春辉程传涛邓玉伦刘力福高志海叶宏江

石油管材与仪器 2013年1期

卢春辉程传涛邓玉伦刘力福高志海叶宏江

（河南石油工程有限公司测井公司河南南阳）

0 引言

目前脉冲中子氧活化测井是各油田常用的生产测井技术，应用于注水井和注聚井的剖面测井，主要作用是评价注入的流体是否达到开发设计目的，确定注水剖面，检查分层配注效果[1]。但该仪器在使用过程经常出现厚膜处理块HTR-02损坏、磁定位信号漏失严重，严重影响了测井时效和测井质量。文章针对这种情况，把生产中出现的问题及解决方法进行总结介绍。

1 氧活化测井方法介绍

1.1 氧活化测井测井原理

脉冲中子氧活化测井是一种测量水流速度的方法。脉冲中子氧活化仪器工作时，中子源间歇式发射快中子。快中子与周围物质可以发生多种核反应，其中的一种反应就是氧活化反应。通过探测水中氧原子与中子发生核反应所产生的活化伽马射线的时间谱，根据仪器源距就可计算出水流速度，在管径已知且不变的条件下，可以计算出水流流量。利用中子管产生能量为14Mev快中子，快中子轰击注入水中的氧原子，就会发生下列核反应：

氧核被激化后，产生放射性氮同位素16N，处于激发态的氮，衰变后还原成氧，同时释放出其半衰期为7.13s、能量为6.13Mev的特征伽玛射线。这些高能的伽玛射线能够穿透几厘米厚的井内流体、油管、套管和水泥环[2]。通过把探测器和中子发生器放置在所测层位，流动的活化水流经过探测器，各个探测器连续记录计数率随时间推移变化的时间谱，并根据时间谱计算出谱峰的渡越时间，由各个探测器的源距和计算出的时间谱的渡越时间得到活化水的流速，并根据油套截面积计算得到该测量点的流量。

1.2 氧活化测井下井仪器

氧活化测井下井仪器：由中子氧活化测井仪、伽马仪、磁定位仪、温度仪、压力仪组成。一次下井可以完成井温、压力、磁定位、自然伽马、氧活化谱线图的测量。

脉冲中子氧活化仪器结构：仪器由四参数测井仪短接和中子发生器及探测器短接组成。该仪器采用四种不同源距探测器测量。不同源距探测器分别用于探测不同速度的水流，从而保证不同流速的水流都能得到较高的测量精度。由于采用了双中子发生器，因此一次下井即可完成上、下水流测井。

2 脉冲中子氧活化仪器故障原因分析排除

1）厚膜处理块HTR-02损坏

仪器信号线、阳极脉冲高压线、命令线、供电线等非常复杂，布线不合理，伽码高压线与信号传输线并行排列采用1、2mm的细线，而且质量较差，绝缘不好造成高压打火，经常造成伽码处理信号板上的厚膜处理块HTR-02损坏。

排除方法：

仪器伽马高压线与信号传输线分开排列，高压线采用屏蔽线，信号线采用高质量的高温线，从而消除高压干扰和高压打火引起厚膜处理块HTR-02损坏。

2）磁定位信号漏失严重

磁定位信号输出幅度低、易漏失信号无法进行校深，主要原因是CPU（C8051F040）磁定位信号输入端输阻抗低（300），磁定位线圈阻抗高（4k）。

3）CPU（C8051F040）损坏，导致整个采集板报废

在加靶压、中子发生器工作、占空比调节不当时，很容易损坏信号采集板致使仪器通讯系统中断、信号采集系统、编码系统失效，此故障主要是中子发生器110 kV高压不稳、高压突然升高或降低、高压打火，CPU（C8051F040）输出的两路PWM触发信号的放大电路OPA2227击穿，由于OPA2227采用双电源供电±15V，OPA2227击穿，30V的电压直接加在CPU（C8051F040）的49、50脚导致芯片损坏，整个采集板报废，该板价格1.5万多元。

排除方法：

（1）把OPA2227采用双电源供电±15V方式该为单电源方式，把－15V直接接地，在OPA2227击穿情况下，可减少电源对芯片的冲击；

（2）在CPU（C8051F040）的电源输出端和49、50脚两路PWM字触发脉冲输出端增加保护电路，也就是把TVS-SA5.0瞬变稳压二极管并联CPU（C8051F040）的电源输出端和OPA2227放大电路的3、5输入端并串联一30k与+15V电源相连，以消除由于二极管极间电容效应对PWM字触发脉冲信号的影响，由于瞬变稳压二极管具有响应速度快的特点，当电压超过5V时TVS-SA5.0抢先导通，从而起到了保护作用[3]。保护电路如图1所示。

图1 保护电路示意图

改进前：先后击穿厚膜处理块HTR-025 块，直接经济损失2.6万多元；信号采集板损坏6块，直接经济损失10多万元。即使更换板子和器件，也不能解决根本问题，屡换屡坏，其中一支仪器3年来，几乎处于瘫痪状态，无法正常使用，致使该新型测井方法在我油田无法推广应用。

改进后：仪器的故障率大大降低，可靠性、稳定性提高，测井成功率95%以上，两支仪器在完成我公司生产任务同时，一支在辽河市场使用，一支送往新疆测井，为巩固内部市场，为开拓外部市场，提供了可靠的保证。每年可节约成本24万多元，内部市场已完成10多口井测试，辽河市场已完成50多口，创效100多万元。

4）氧活化测井时上水流模式无靶压和阳极电流。测井时氧活化测井时上水流模式无靶压和阳极电流。

排除方法：

检查遥传、正常，采集正常。地面功能检测，通讯正常。上下中子发生器互换，可以正常测井，可以排除遥测，采集、中子管的问题。可以肯定是上中子发生器的高控电路的问题。检测发生器单片机HU1、5V电压是5.1V正常，用示波器检查上下发生器识别位，地面下发上下水流命令高控单片机识别位输出全是1。更换单片机正常。