岩性密度测井仪工作原理与典型故障分析

摘  要：岩性密度仪器在使用过程中偶尔会出现一些故障，要解决同类问题通常需要对密度仪器的信号流程、机械结构有非常清晰的理解，发现问题应分别排查信号和机械结构这两个部分，将两者作为重点进行检查，最终发现问题并解决问题。该文首先介绍了岩性密度测井仪的基本原理，依据密度仪器的信号流程和机械传动结构，主要从两个方面对岩性密度测井仪在使用过程中出现的典型故障进行了归纳和分类。同时对出现较隐蔽的问题进行了深度分析，如何根据故障现象找出排查方向，并找到问题的关键点所在，最终解决问题。该文对故障的排除过程进行了详细描述。

关键词：岩性密度测井  原理  谱峰  弹簧

中图分类号：P631    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）04（c）-0017-02

核测井作为地球物理测井的一个分支，主要依据岩石及其孔隙流体的核物理性质，利用放射性异常和射线与物质的相互作用，测量放射性强度分布和能量变化规律，确定各种地质和工程参数，分析地层岩石的化学成分和含量。岩性密度测井仪是核测井技术中最重要的测井仪器之一。利用该仪器一次测井可获得地层的光点指数Pe和地层体积密度ρb，主要用于确定地层岩性和计算地层有效孔隙度，在石油勘探中具有十分重要的作用。该仪器应用于核物理探测、核电子学、数字信号处理等许多新技术领域。

岩性密度测井是在补偿密度测井的基础上发展起来的，目前在石油测井行业应用比较广泛，不仅可以准确测量地层的密度值，还可以测量光电吸收截面指数，对不同的地层岩性和孔隙度的分析起到了很大的作用。在实际测井作业中，通过与其他测井仪器的组合，特别是与中子测井仪器进行组合使用，利用与中子曲线交会图能够有效识别油气层，划分渗透性地层，是目前现场测井作业中一项重要的测井项目。但是，岩性密度测井仪器在测井作业过程中会出现一些故障，通过对岩性密度测井仪器工作原理、信号流程和仪器组成结构有深入的理解，才能有效地找到故障点进行维修工作。

1  岩性密度测井仪的工作原理

EZDT岩性密度测井仪器包括两部分：电子线路EA部分和仪器机械节MA部分。电子线路部分包括电源板、控制板、信号处理板、能谱分析板等。机械节部分由电源电路、探头、推靠臂等构成，岩性密度测井仪器在测井作业时，通过采用机械结构开收推靠臂使装有放射源的极板探头部分贴靠井壁测量的方式，将探头采集到的数据送至电子线路处理，最终送至地面测井系统进行显示。

岩性密度测井仪器[1]在测井作业中使用2居里的Cs-137放射源，该放射源会发射661keV的伽马射线，与地层中的物质先发生康普顿散射，因为康普顿散射截面与地层的体积密度存在一定的关系，所以可以利用散射截面来测量地层岩石的密度。当伽马射线与地层物质发生康普顿散射后，会导致伽马射线能量逐渐降低，随着伽马射线的能量降低到一定值以后，伽马射线在地层中就会产生光电吸收效应。根据对光电吸收截面指数的测量，可以用公式反推算出物质的原子序数，进而得知构成地层物质的元素组成。由于仪器包含两个长短不同源距的探测器，在实际测井过程中，通过长短源距组合可以有效地去除井中泥饼对测井结果的影响，使测量结果更加准确可靠。

2  典型故障分析及解决办法

2.1 故障1：密度仪器短源距SSD计数正常，长源距计数异常，仪器没有谱峰

故障分析和解决：将仪器串与地面测井系统进行联调，对仪器串供交流电进行检测，发现短源距计数SSD是正常的，仪器谱峰窗口无谱峰且长源距计数为零。作为快速查找问题所在的一种方法，更换密度仪器电子线路，仪器依旧没有谱峰，同时对仪器供直流电，发現仪器推靠臂无法正常打开。在推靠臂未打开情况下井径原始值为70mV（正常在300mV），在晃动仪器MA过程中，交流面板电流在200～250mA跳变，以上两种现象锁定仪器的故障点主要在机械节MA部分， 如电源部分、极板线或者仪器机械传动机构都有可能存在故障，按仪器信号处理进一步分析排查。

首先，根据仪器整体组成结构和信号流程，分析发现这两种问题存在共性，控制开收推靠臂的两个继电器K1、K2的电压以及长源距探头高压管的输入电压均为+24VDC[2]，+24VDC供电异常会同时导致这两个问题的出现。然后，对工作电压供电部分进行排查发现产生+24VDC的电路没有问题，但是测量5号探头线对仪器外壳的绝缘值较低，只有111.34kΩ，并发现5号探头线局部有破损情况。最终确认故障点为：5号探头线+24VDC为进入长源距探头的高压管作为高压管的输入电压，探头线破损接触仪器外壳直接导致+24VDC电压被拉低，无法正常对K1、K2继电器进行供电，仪器无法正常开收推靠臂，且导致长源距探头的高压管无法输出高压，进而使仪器长源距探头无法正常采集数据，最终长源距计数异常，没有谱峰。后续将破损的5号探头线进行了更换处理，重新制作新的探头线，保证探头线对仪器外壳的绝缘值为无穷大，组装仪器后对仪器进行供电检测，仪器开收推靠臂的状态和长源距计数均恢复正常。

2.2 故障2：密度仪器收推靠臂时电流较大，且在收的过程中会出现卡顿现象

故障分析和解决：检测密度仪器发现收推靠臂时电流较大，达到440mA，而且推靠臂在收的过程时不顺畅，出现卡顿现象。根据此故障现象结合以前的维保经验，可以确定故障点是仪器的机械传动结构。首先对机械传动结构进行直观检查，销子、弹簧、连接杆等应作为重点检查对象，发现弹簧与极板推靠结构之间的固定螺杆有锈蚀现象，螺杆上的螺帽位置不居中，同时发现大弹簧位置也出现偏移，与仪器本体磨损较严重。分析确认弹簧总成存在问题，使仪器在收开推靠臂的过程中，固定螺杆受到不平衡拉力，导致螺杆被拉弯，螺帽出现不居中，大弹簧在压缩过程中出现偏差较大与仪器本体磨损。

依据弹簧总成的组成结构，当外部大弹簧出现问题后，应对弹簧总成整体以及弹簧总成内部进行进一步检查分析。拆开弹簧总成，发现大弹簧内部的小弹簧已经断裂，导致仪器在收推靠臂的时候弹簧无法正常被压缩，弹簧总成整体结构出现形变，进而使仪器在收推靠臂时电流较大，出现卡顿现象。更换新的弹簧总成后，多次进行开收推靠臂检查，发现此时仪器机械传动结构以及收推靠臂电流恢复正常，整个过程无卡顿问题出现。

3  结语

在密度仪器测井作业过程中使用放射源，所以保证仪器稳定的工作性能和安全可靠的机械结构非常重要。通过文中两起岩性密度仪器典型性故障分析，对仪器在使用中出现一些故障要重视，要解决同类问题通常需要对密度仪器的信号流程、机械结构有非常清晰的理解，掌握仪器各个部分的内部构造，发现问题应分别排查信号和机械结构两个部分，将两者作为重点进行检查，最终就会发现问题并解决问题。

参考文献

[1] 楚泽涵.地球物理测井方法与原理[M].北京：石油工业出版社，2007.

[2] ATLAS B. Atlas online technical manuals OTM Issue26[S].2003.

[3] 郭登涛.岩性密度测井仪能谱测量工作原理及故障维修[J].化工设计通讯，2018，44（2）：223-224.

作者简介：刘备（1989，7—），男，汉族，安徽宿州人，本科，初级职称，现在从事测井仪器维保方面的研究。