哈里伯顿CSNG -I 测井仪故障分析与解决

2014-12-24张瑞新江发全马蜀娟

石油管材与仪器 2014年5期

关键词：伽马能谱测井

王辉张瑞新江发全马蜀娟聂聪

(1.中国石油集团测井有限公司长庆事业部仪修中心陕西西安)

(2.中国石油集团测井有限公司国际事业部北京)

(3.中石化胜利油田分公司河口采油厂山东东营)

0 引言

随着中石油长庆油田上产5 000 万吨后，面临的地质状况更加复杂、储层物性更差，对测井的要求更高，只有提高测井仪器的精度和可靠性，才能满足恶劣地质情况下对油气层的准确识别。中国石油集团测井有限公司长庆事业部从美国哈里伯顿公司引进了具有世界先进水平的LOG-IQ 测井系列仪器，补偿自然伽马能谱测井仪(CSNG-I)是LOG-IQ 中测量放射性的一支仪器，它可用于测量地层中的泥质含量及钍、铀、钾含量。根据在长庆油田测井中遇到的实际问题，本文对仪器故障进行了分析，总结了故障解决的方法和思路。

1 补偿自然伽马能谱测井仪基本原理［1］

补偿自然伽马能谱测井仪(CSNG -I)测量的是地层的钍、铀、钾含量及其放射性总强度。通过这些参数可较准确地确定地层中泥质含量、区分泥岩的粘土类型并确定其含量，可以判断岩性，研究沉积环境、寻找储集层等。自然伽马能谱测井方法是长庆油田正确识别碳酸岩、砂岩储集层和生油岩岩相的有效方法。

补偿自然伽马能谱测井仪(CSNG -I)所探测的能谱可分为高能谱和低能谱，低能谱在0 -350 KeV 范围内，高能谱在0 -3MeV 范围内，高能谱可用于计算地层中K、U 和Th 含量。补偿自然伽马能谱的测量过程分为四个步骤:伽马检测、增益稳定、数据采集和数据处理计算。同位素241Am 每发射一个α 粒子，同时也发射一束γ 射线。CaF 晶体检测α 粒子，但对γ 射线无反映。NaI 晶体对γ 射线有反应，与NaI 晶体反应的能量60 keV，一个来自地层，一个来自CaF，靠α 粒子来区分。241 Am 源发射一个α-γ 对，CaF 晶体检测到α粒子，该光电倍增管就会输出一个电流脉冲，该脉冲是通过前置放大器转换的电压脉冲。CaF 晶体靠近于主伽马检测晶体，大约有20%的241Am 发射的γ 射线被γ 闪烁晶体检测到。α 检测信号送到数据采集板并处理计算，从测井检测器的低能谱中减去241 Am 同时产生的γ 脉冲，形成了稳定谱(60 keV)。数据采集板观测稳定谱，并用校正高压控制信号去控制高压板，利用高压控制板输出，改变和校正光电倍增管，迫使60 keV谱峰进入正确位置。

2 补偿自然伽马能谱测井仪基本结构［2］

补偿自然伽马能谱测井仪可分为伽马探测、增益稳定、数据采集和数据处理计算四个功能区，每一功能区可完成相对独立的功能。其中伽马探测功能主要由一个大光电倍增管和NaI 晶体完成，增益稳定主要由一个小光电倍增管和脉冲晶体完成，数据采集部分由数据采集板进行脉冲累计和归类、A/D 转换等处理，数据处理计算部分主要由INC-TP1 板对稳谱、高谱和低谱数据进行数据打包和发送。

补偿自然伽玛能谱测井仪硬件由电子线路短节和探头短节两部分组成，主要包括低压供电模板、储能板、信号采集板(DAB)、INC - TP1 板、介质访问单元(MAU)、2″光电倍增管、2″×12″晶体、1″光电倍增管、1″晶体和高压电源几个组成部分如图1 所示。

图1 补偿自然伽马能谱测井仪结构与原理示意图

2.1 低压GAIA 电源

低压电源包括GAIA 2 电源模板和GAIA 5 电源模板。GAIA 2 电源模板将缆芯7 和8 所供的200 V 直流主电转换为+15 V 和-15 V 的低压直流。GAIA 5 电源模板由五个直流- 直流的转换器组成，每个转换器将200 V 的直流主电输入转换为3.3 V、5 V 或9 V 的低压直流输出，其中的9 V 与其他输出相隔离，通过MAU 板给以太网的传输供电。除9 V 外其他的直流输出均与GAIA 2 电源模板的外壳形成回路。

2.2 储能板

储能板含有4 个82 uF，125V 电容，串联后其容值为20.5 uF。储能板对200V 的主电进行滤波，同时对GAIA 2 电源模板和GAIA 5 电源模板的启动瞬间电压损失进行补偿，防止主电被拉低到135 V 以下造成GAIA 模板停止工作。

2.3 介质访问单元(MAU)

介质访问单元(MAU)是一个以太网驱动和接收器，它由一个78Q8392 同轴收发接口(CTI)构成，它是局域网同轴电缆的驱动和接收器，接在同轴电缆与INC-TP1 板之间。同轴收发接口(CTI)由发射器、接收器、错误检测器和一个jabber 定时器组成。它们共同完成信号的发射、接收和出错检测。

2.4 INC－TP1 板

INC-TP1 板负责通过CAN 总线接收来自信号采集板的能谱数据以及一些辅助测量量，同时通过MAU向遥传传输数据。11 个测量量中有8 个是INC - TP1板产生的，这8 个测量量由一个10 字节的A/D 转换器进行数字化。另外三个测量量被送到INC - TP1 板进行16 字节的A/D 转换，它是由10 个外部多路复用开关中的三个进行实现的。

2.5 高压电源板

高压电源板给大小光电倍增管提供高压，它自身由+15V 直流电源供电。控制电压在0 ～4.095 V 范围内变化，从而导致其输出高压也是变化的，其变化范围为+1 000 V ～+1 409 V。

2.6 晶体和光电倍增管

探头部分含有两个晶体和两个光电倍增管，其中大晶体与大光电倍增管相连，构成大探头，小晶体与小光电倍增管相连，构成小探头，小晶体和光电倍增管含有内部稳谱源，当60 keV 的伽马脉冲产生时，该稳谱源产生一个α 脉冲，该脉冲被小晶体和光电倍增管所探测，而60 keV 的伽马脉冲被大晶体和大光电倍增管所探测。该60 keV 的伽马脉冲用来稳定大探头的增益，该大探头将产生三个能谱，即高谱、低谱和均谱。

2.7 数据采集板

它主要采集来自两个光电倍增管的伽马脉冲，然后产生高谱、低谱和均谱。信号采集板主要由模拟和数字两部分组成。来自探头的信号首先被送到模拟部分，通过两个模拟处理电路后再被送到多路复用开关，然后进入一个A/D 转换器进行A/D 转换。经A/D 转换后的数字信号再送到数字部分，通过两个双通道的RAM 进行多路复用处理，处理后的信号通过CAN 总线送到INC-TP1 板。

3 补偿自然伽马能谱测井仪故障分析与解决

在长庆油田的实际测井过程中，仪器所遇到的主要故障与解决方法如下。

故障现象1 无通讯

1)无CAN 信号:先检查信号采集板的供电是否正常，若供电正常，再检查从信号采集板到INC 板的CAN总线有无松动或脱落。若CAN 总线接触良好，则从INC 板开始逐步检查CAN 信号，若有信号，则是信号采集板的问题，更换信号采集板;若无信号，则是INC 板的问题，更换INC 板即可。

2)以太网不通:先检查INC 板的供电是否正常，若供电正常，则检查INC 板的逻辑器件是否正常工作。较常见的是电源问题。

故障现象2 无能谱或能谱数据不合适

1)无能谱:先检查信号采集板的供电是否正常，若供电正常，再检查DHVPS - R 模板的高压是否在+900 V 至+1 550 V 范围内，若高压超出该范围，则检查DHVPS-R 模板的供电是否正常，若不正常，则更换之;若高压在该范围内，再检查信号采集板上的TP1 信号，若有脉冲信号，则是信号采集板的问题，更换信号采集板即可;若TP1 无脉冲信号，则检查大光电倍增管的走线，若有问题，则重新接线即可。

2)无高低能谱或高低能谱不合适:先检查信号采集板上的TP1 信号，若有脉冲信号，且信号无扭曲变形，再检查TP7 上的信号，若在室内常温下60 keV 的脉冲信号大于6 V，则是信号采集板的故障，更换信号采集板即可;若该脉冲信号小于1 V，再检查电阻R56，R56阻值应该大于200 Ω，若其值正常，再检查到小光电倍增管的走线，若走线也正常，则检查小晶体是否有损坏，较常见的是晶体碎裂或有裂纹，若该晶体破裂，则更换该晶体即可。若TP1 信号不合适，则检查到大光电倍增管的走线，若走线也正常，则检查大晶体是否有损坏，若该晶体碎裂或有裂纹，则更换该晶体即可恢复正常。

3)无稳谱或稳谱不合适:先检查信号采集板上的TP7 信号，若在室内常温下60 keV 的脉冲信号大于6 V，则是信号采集板的故障，更换信号采集板即可;若该脉冲信号小于1 V，再检查电阻R56，R56阻值应该大于200 Ω，若其值正常，再检查到小光电倍增管的走线，若走线也正常，则检查小晶体是否有损坏，观察其是否破碎或有裂纹，若该晶体破裂，则更换该晶体即可恢复正常。

故障现象3 分辨率低

先检查光耦合板是否损坏，光耦合板和油脂耦合的越好，分辨率越高。若耦合的不好，在大光电倍增管和晶体之间重注光耦合油脂，更换大晶体或者大光电倍增管，或者二者同时更换。

故障现象4 能谱中干扰较大

如果信号采集板上的TP1 含有干扰信号，检查低压供电是否有干扰，若其正常，再检查高压供电是否有干扰，若其也正常，则检查探头走线是否合适，若不正常重新接线即可;如果TP1 没有干扰，则是信号采集板的问题，更换信号采集板可恢复正常。