对岩性密度测井仪的认识

杜黎君 嵇玉华 席习力

(中原石油勘探局地球物理测井公司 河南 濮阳)

0 概 述

岩性密度仪测量伽玛射线强度的减少以及由于地层的吸收特性引起Cs137 能谱的改变，以此计算出地层的体积密度和地层的岩性成分。仪器必须贴井臂测量，以减少泥浆和井眼尺寸对测量的影响，所以该仪器利用马达将装有放射源和光电探测器的推靠器极板紧贴井臂，同时单臂测量井径。本文以ECLIPS - S5700配备的2228 岩性密度仪为例，讨论仪器在使用中出现的问题以及实践中总结出的经验和操作时注意事项。

1 岩性密度仪器的刻度

仪器刻度过程，刻度表中经常有几项不能通过，这主要是由于仪器在刻度块中的放置位置没有调整好，以及推靠器极板、源室不清洁造成的。

1.1 死时间校正

岩性密度仪中所用探测器要受到一个被称为“死时间”现象的约束，即对伽玛射线的探测必须要延迟一段时间才能进行，也就是在死时间期间的探测要被忽略。2228 短源距探测器的死时间是0.000 002 s，长源距探测器的死时间为0.000 004 s。在正常测井条件下，由于死时间校正很小，仪器测量过程中会有误差被引入，误差随计数率的增加而增加，因此，在低密度条件下，误差较大。在密度非常低的条件下，如硅藻岩，误差能达到0.05 gm/cc。下面的公式可用来对密度曲线(ZDEN)和密度校正曲线(ZCOR)进行校正。

死时间校正=仪器实测计数率×探测器的死时间。

注意，刻度/校验表中的SSD(短源距计数)、HRD1(长源距源距高能计数)、HRD2(长源距源距低能计数)为原始计数率，是未经死时间校正的，而ZDEN、ZCOR、PE 以及所有来自ZDEN，并经计算的所有曲线都是经死时间校正的。

1.2 仪器刻度［1］

仪器主刻度使用2 个具有各向同性的镁合金块和铝块以及2 个金属片。镁块和铝块的密度值是参照美国休斯顿的标准设置，该标准设置是通过已知密度值验证的。仪器的主刻度是对能量(峰值探测)、密度及PE 的刻度。

仪器的能量刻度是使用长源距探测器中的监测源(铯137)和能量刻度块(镅241)，让长源距探测器对放射性能谱中的铯峰和镅峰进行搜寻。也就是对光电倍增光的高压即增益做自动调整，由监测源产生的本底被连续地从不断累积的长源距谱中剔除，使铯峰保持在230 ±5 道上，这种状态是测井的最佳状态。能量刻度必须在密度刻度和PE 刻度前进行，这是确保仪器正常工作的前提。刻度时镅源的放置如图1 所示。

图1 能量刻度时，镅源刻度块的放置

能量刻度结束后，就要使用测井源，即2 居里铯源做密度和PE 刻度。刻度表中的MG(镁)、AL(铝)和CORR(校正)用于密度计算;LO PE(低PE)和HI PE(高PE)用于PE 计算。

第一个刻度点是对镁合金块的测量，为刻度表中的MG 计数，也用于LO PE 的计算。第二个刻度点是镁合金块另加1/4 in 厚度的不锈钢垫片，即刻度表中的HI PE 计数。第三个刻度点为铝块，即刻度表中的AL 计数。第四个刻度点测量铝块加3/4 in 厚度的镁垫片，即刻度表中的CORR，该计数用于校正泥饼。

刻度时，刻度块可以垂直放置，也可以水平放置。推靠器在刻度块水平放置位置如图2 所示。同时极板必须保证没有灰尘、岩屑，并且保持极板干燥。

图2 探头极板在镁或铝刻度块中的位置

推靠器极板面对刻度块的“厚”部，极板上边缘应与刻度块边缘对齐。气压泵柱塞压力保持在2 800 psi，使极板牢牢地贴紧刻度块。注意极板在刻度块中不能有旋转和倾斜。极板在刻度块中正确与错误位置的对比，如图3 所示。

测量HI PE 和CORR 时，需在刻度块中加放金属片，一定要使金属片与刻度块保持弧形吻合。在测量HI PE 过程中，刻度表中的SHR(软硬比)在误差范围内外不断变化，但测量结束，SHR 要在误差范围内，如果不在，检查极板和金属片在刻度块中的放置位置，使其符合图二和图三的要求后，重新测量。

在测量CORR 过程中，随着CORR 测量的结束，刻度表中的MG/AL(镁铝比)会随之计算出来，如果这些值不在给定的误差范围内，也需要检查极板和金属片在刻度块中的放置位置后，重新测量。

图3 极板在镁或铝刻度块中正确与错误位置的对比

如果这支仪器有之前的刻度，将本次刻度中的所有数据与之对比，如果个别数据相差明显也要特别注意调整极板和金属片在刻度块中的位置，如果重新测量后依然达不到误差要求，仪器就需要维修了。

主刻度完成后，立刻执行主校验。主校验使用的是校验夹具，俗称双胞胎源。夹具的安放与图一所示相同。主校验期间短源距计数和2 个长源距计数相差很大，而且能谱窗口显示了相当宽的能量谱。

仪器的测前和测后刻度是在测井前和测井结束后马上进行的，使用的刻度源与主校验的相同，注意确保探头极板的洁净与干燥。刻度结果，SHR、DEN、CORR、PE 必须在误差范围内。

2 井径臂的打开与关闭［2、3］

2228 有一个设计缺陷，就是没有马达工作电压的上传，所以单凭直流面板的供电显示是不能确定具体加到马达上的电压，过压会使仪器产生更多的热量，欠压会增加井径的开合时间。马达的起始工作点为电压110 V DC 时，电流200 mA，也就是在这个条件下马达才能工作。仪器推靠器中有2 个限位开关，分别在井径臂打开和闭合后断开马达电路，直流面板上的电流显示为零，以此提示操作员井径开合到位，关闭直流电源。但仪器使用一段时间后，限位开关会失去作用，井径臂打开或闭合后，限位器不能被激励，马达电路无法被断开，电流没有回零提示。可是限位器的失效不会影响井径臂开合。这就会带来一个问题，仪器在井下做井径开合，如何判断井径打开或闭合已经到位，我们的做法是将电缆头与3514 遥测短节、岩性密度线路相连，直流电源供电到150 V DC，测量岩性密度线路下连接头第11 芯和12 芯之间的电压，该电压就是下井时实际加到马达上的电压(电缆长度不同，电压值也不同)，在110 V DC ～150 V DC 范围内，断电，将推靠器(井径臂完全闭合)与岩性密度线路相连。面板供150V DC 直流电，记录井径臂完全打开所花的时间，最好在井径刻度时，也记录下井径臂打开的时间。同样地，记录井径臂在完全闭合时所花时间。关闭时间大概是打开时间的1.5 倍。一旦限位开关不起作用，仪器在井下开合井径时，就会在开合时间上有个的把握。再结合井径曲线，就能准确判断井径臂在井下开合位置，避免马达在井径臂开合到位的情况下仍旧不停转动乃至损坏。

对于像岩性密度仪这样依靠马达提供动力开合井径臂的仪器，测井时，井径臂必须在静止或仪器慢速(＜10 m/min)上提时才能打开。在仪器下行时打开井径臂或在井径臂打开的情况下下行，井径臂将会卡住井眼，还可能会使其弯曲或折断，甚至出现仪器卡在井中的严重后果。

2228 岩性密度是数字遥测仪器，与模拟仪器不同的是能在不关闭仪器主交流电源的前提下，即地面设备与井下仪器依然保持通信，通过下发指令，将直流电源送给马达。下井仪器串若有多支使用马达开合井径臂的仪器，如仪器串中有岩性密度和微球仪器，这2 支仪器都是使用马达开合井径臂的。但微球是模拟仪器，不能响应井径开合指令。所以模拟仪器的井径臂开合时就必须关闭仪器主交流电源，通过缆芯控制面板上的马达开关，手动将直流电源送给马达。在这种情况下，作为遥测仪器的岩性密度中的马达也会一起工作，所以马达电流就会比单支仪器井径开合时的高。

岩性密度推靠器中的马达继电器要求在仪器断电的情况下，其常闭端为“井径关闭状态”，这是为了防止地面或岩性密度仪通讯异常，造成井径臂在井下无法正常关闭时专门设计的，如遇此异常，就可以采取模拟仪器手动关闭井径臂的做法。这样，仪器就能顺利上提出井眼。在这里还要特别提醒，由于通讯异常，不可能观察井径曲线值，无法判断井径臂是否完全闭合，还有一种情况是，地面设备或电缆问题造成直流电源无法送给马达，井径依然是完全打开的状况。上述两种情况下，仪器出井眼时，井径臂马上从表层套管受限的状态下猛烈反弹。所以，这时施工人员必须远离仪器，防止泥浆、岩屑以及侧钻的铁屑飞溅伤人。

3 注意事项

测井过程中，如曲线出现异常，要注意是否有影响岩性密度测量的井下条件存在，如:

1)井中有大量的重晶石或赤铁矿或其他化学制品，因为这些物质具有高的的光电吸收截面;

2)大裂缝地层;

3)泥饼厚度大于1/2 in;

4)大于井径的测量范围的冲蚀扩大井段;

5)极不规则的多褶皱、成波状的井眼

另外，也要注意不适宜的手动增益调节，会影响仪器的原始测量，而且在原始数据回放，即RDR 的再处理中是不能被校正的。

4 结束语

本文以ECLIPS-S5700 的2228 岩性密度仪为例，讨论了岩性密度仪器在实际使用中，由于极板在刻度块中的放置错误及极板、源室未做清洗造成主刻度不能通过;在限位开关失效的情况下如何使井径臂在井下开合到位;仪器出井眼时的人员安全以及影响岩性密度测量的井下条件。通过分析，对岩性密度仪器有了一个深刻的认识。相信，在今后的使用中，会对其有更加全面、具体的掌握。

［1］Baker Atlas. Operation Manual，Texas. 1997 (资料)

［2］胜利伟业石油工程技术服务有限公司. SL -6000 下井仪器维修手册. 2004(资料)

［3］Baker Atlas. Downhole Tool Matence Manual. Texas，2001(资料)