XRMI仪常见故障判断分析及维修技术优化

刘春斌，王 琦，王志磊，郭红梅 ，魏宝军，孔德博，马宗杰

(1.中国石油集团测井有限公司 长庆分公司，陕西 西安 710201； 2.中国石油集团测井有限公司物资装备公司，陕西 西安 710201； 3.中国石油集团测井有限公司 西南分公司，重庆 401120)

为指导解决油气开发过程中遇到的各种问题，测井技术成为必不可少手段，但在测井过程中常会遇到仪器故障问题，直接影响测井系统的使用效率。故障发生后，仪器故障排除和检修工作是保证测井工作顺利开展的关键环节，如何迅速诊断、检测故障是测井仪器维护技术的核心。对于一些复杂的隐蔽性较强的疑难故障，使用常规的检修方法很难找出故障点。本文通过多年的实践，总结出电成像XRMI常见故障检修办法，与同行们进行交流探讨。

1 电成像XRMI基本工作原理

哈里伯顿公司推出的新一代Extend Range Micro-Imager Tool增强型电阻率成像仪器(XRMI)共有6个独立的推靠臂，每个臂上有25个纽扣电极(以下简称电扣)，每个电扣的工作原理相同，都是发射测量电流，探头外壳及极板作为屏蔽电极，使从电扣发出的电流聚焦流入地层，提高仪器的分辨率。XRMI将信号在极板部进行数字化处理，减少了信号在传输过程信号线之间的耦合干扰，大大提高信号的信噪比，优化仪器处理功能，使它不仅能获得高质量的成像资料，且解决原有微电阻率成像测井仪(EMI)在高阻地层无法测量的限制。升级后的XRMI在可靠性方面得到增强。XRMI数字化电路允许2个纽扣同时进行采样，极大降低采样间隔时间；另外，XRMI采用数字化技术可以将发射的频率降至2 kHz(EMI采用15 kHz的发射频率)，实现了极板纽扣电极的实部和虚部信号共同采集测量，有效提高了电阻率图像重建的真实性和清晰度(EMI使用实部信号进行图像重建)。仪器由绝缘短节、电子线路、仪器探头3部分组成，电子线路中的发射模块ETM发射出2 kHz驱动信号，通过变压器耦合到探头壳体和回流电极(一般指遥传伽马短节D4TG与XRMI上绝缘短节之间仪器的铁外壳)，交变电流从仪器探头的电扣和极板上发出，线路外壳使用玻璃钢进行绝缘，并在线路上部加入隔离短节使得电流只能回到回流电极，由此构成完整电源回路，通过采集每个纽扣电流数值可反映出地层电阻率的变化情况。

2 电成像XRMI故障检修流程

2.1 详细了解施工情况

XRMI仪器发生故障的第一时间，应先向操作工程师、地面工程师询问故障发生时仪器的具体情况，比如电流、电压变化，信号的异常、仪器异响等。记录相关数据，查阅该仪器的维修检查记录，查看是否发生过同样的故障，是否有可靠的检修方法等。提出现场应急解决办法，否则先更换仪器进行测井，故障仪器返检修工房进行维修。

2.2 仪器外观检查及通断绝缘检查

仪器返回检修工房后，移去仪器外玻璃钢套，清洗掉泥浆碎屑等。仔细检查各个极板上的排线是否存在挤压、破损现象，极板的地线与探头部分连接是否良好，线路与探头之间插针有无弯曲等，对照仪器通断绝缘检查表对逐节仪器做通断和绝缘检查，保证其在通电检测前具有良好的通断和绝缘性。

2.3 仪器抽芯检查和配接供电检查

在外观检查正常情况下，仍然未发现故障原因，则需将仪器抽芯并在通电前对仪器线路内部进行外观检查，主要查看仪器骨架上各个电路板接口、元器件、导线等有无松动、缺损、变形、脱落、虚焊、断开等现象，闻一下是否有烧焦的味道。检查正常则可以对仪器进行通电检查，观察仪器供电电流是否异常、是否出现冒烟或打火等异常，一旦发现异常立即断电，进行处理。从观察到的异常现象入手，找出仪器可能的故障点做出初步的分析和判断。

2.4 故障分析，故障区域划分

XRMI电子线路中各电路模块采用模块化设计，各模块有独立的输入输出,所以对照仪器结构框图，从各模块的输入输出端检测信号的异常即可判断是哪一个模块出现问题,常见故障可能出现的区域：

(1)出现EMEX电源指示参数EMEXR较低(EMEXR<9 V)故障一般是线路前端陶瓷绝缘环绝缘出现问题或由绝缘短节下端5、6芯线(测量电流回路)与线路上接头外壳接触不良引起的；

(2)成像模糊、出现明显的单条或多条明亮线多是极板故障造成的，亮线产生的原因是由于电扣损坏或者电扣与外壳之间的10 Ω测量电阻损坏，其阻值不在9.5～10.5 Ω。若只有单个极板的成像效果差，而其他极板的成像效果较好，则应检查极板与探头间的地线是否连接良好，保证其接触电阻在(0.2±0.2)Ω；

(3)若仪器存在发射后无发射电压现象，可能是由于发射模块ETM故障引起,主要检查ETM中单片机PIC16F876附近的晶振信号、电源输入是否正常；

(4)井径无法开收推靠时，将电子线路抽芯，仅遥传伽马配接XRMI电子线路，仪器通电后发送开、收推靠命令，然后对仪器供给辅电，检查马达控制电路中K3继电器的引脚2和引脚8之间是否有电压输出，若无电压输出则检查马达控制板上的继电器K3和K4(见图1)是否切换开收推靠命令时吸合动作正常，另外需要检查由主控板EMCM发出给马达控制板的马达控制信号MC_A、MC_B、MC_C经马达控制电路处理后在马达控制板U2的高低电平输出是否正常；

图1 马达控制电路图

(5)井径曲线出现跳尖异常，一般是探头内井径电位器接触不良或者损坏造成的，找出有问题的电位器进行维修或者更换即可解决问题；

(6)主辅电干扰，由于XRMI是使用W5模式，即使用缆芯1和2(对应仪器中的13和14芯)，4和5(对应仪器的16和19芯)进行主供电，同时使用1和2中心抽头对4和5 的中心抽头进行辅电的供给(见图2)，故主辅电干扰现象大多是由于仪器线间绝缘较差造成的；

(7)遇卡后通讯中断，因为XRMI是通过W7模式，即7芯电缆的中间芯7#芯和电缆缆皮Armor进行通讯，7#缆芯对应仪器短节上下端的17芯(见图2)，所以要检查通讯连线是否存在虚焊的现象；

图2 模式变压器接线图(1-7代表电缆7芯缆芯)

(8)单个极板无发射，一般是由于探头内连接极板和线路的信号线绝缘差或者无绝缘，+5伏电源与地线短路，通过极板电源控制模块PPCM检测表明产生过流状态的原因是由于对极板进行过流保护导致(见图3)；

图3 极板电路供电PPCM过流保护电路框图

(9)XRMI在碳酸盐岩、灰岩等高阻地层进行测量时，由于辅交流发射功率较小，使用该模式测井所获得的成像图不够清晰，可以使用辅直流发射模式进行发射以增大仪器的发射功率，采集到更加清晰的成像图。图4为某井碳酸盐岩发育的马家沟组在使用不同发射模式下采集到成像对比图，彩色XRMI成像图中间部分为交流模式下成像图，右边为辅直流模式成像图，可以看出在使用辅直流模式下采集到的图像更加清晰可辨；

图4 使用不同供电模式下采集成像图对比

(10)无垮塌井眼测井过程中若出现图5所示的模糊成像图，加速度曲线跳变严重，通过分析发现是因为极板压力刻度错误造成，刻度后的极板压力显示为40%～50%最大压力，但实际压力已达到70%～80%最大压力，仪器上提过程中由于仪器贴靠井壁压力过大，上提速度非匀速，加速度忽大忽小的跳变，现场适当降低极板压力，保证加速度曲线稳定不跳变情况下获得清晰可见的成像图；

图5 极板压力过大造成的模糊成像图

(11)所有极板的成像效果图均模糊，可能是由仪器的线路和探头间的玻璃钢套出现磨损使得屏流信号减弱，发射信号不能进入地层引起的；

(12)极板打开过程中极板压力变化较小，极板无法贴靠井壁，地面检查却无此现象，一般是由于探头的油压较低而未能达到要求导致；

(13)若成像图中出现类似枪击后弹坑样的斑点，则多是由于奇偶校验CRC错误引起，由轻微的CRC错误引起的这种斑点是可以在后期处理中消除的，但是频繁的CRC错误则无法消除，出现这种情况多是由于线路和探头之间的信号线或者电扣接触不良造成。

2.5 检修完毕，仪器配接检查、刻度

在正常情况下仪器总能给出一个固定范围内波动的刻度数据，这些数据基本可以帮助我们判断仪器工作是否正常，当仪器出现异常，通常可以通过解读刻度数据快速判断故障发生部位，提高仪器维修时效，往往一些仪器故障的发生是逐步产生的，通过认真记录并认真解读和收集管理这些刻度数据，可以提前发现并解决异常现象。

我们还可以通过一些换挡操作，如更改参数等方式改变处理电路中的信号，观察仪器在大部分信号范围的内响应特征，判断仪器的状态，验证维修后仪器是否能够正常工作，通过观察极板操作窗口中的电扣数据显示项内的电扣计数率是否正确验证使用辅直流模式供电后仪器工作是否正常。

2.6 填写维修记录

维修记录包含仪器维修时间，故障及检修办法，以及一些仪器的诊断数据和刻度数据，这些数据在以后的检修过程中可以作为参考依据，出现故障时通过查阅这些记录可以快速找出解决办法，所以每次必须认真填写维修记录。

3 结语

实际维修过程中，需要结合现场情况，利用测井小队采集到的测井资料，通过观察曲线异常现象与解读错误信息提示，分析并判断异常故障点，这样才能够更加快速有效地解决问题。