巖性密度測井儀工作原理與典型故障分析

摘? 要：巖性密度儀器在使用過程中偶爾會出現一些故障，要解決同類問題通常需要對密度儀器的信號流程、機械結構有非常清晰的理解，發現問題應分別排查信號和機械結構這兩個部分，將兩者作為重點進行檢查，最終發現問題并解決問題。該文首先介紹了巖性密度測井儀的基本原理，依據密度儀器的信號流程和機械傳動結構，主要從兩個方面對巖性密度測井儀在使用過程中出現的典型故障進行了歸納和分類。同時對出現較隱蔽的問題進行了深度分析，如何根據故障現象找出排查方向，并找到問題的關鍵點所在，最終解決問題。該文對故障的排除過程進行了詳細描述。

關鍵詞：巖性密度測井? 原理? 譜峰? 彈簧

中圖分類號：P631 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）04（c）-0017-02

核測井作為地球物理測井的一個分支，主要依據巖石及其孔隙流體的核物理性質，利用放射性異常和射線與物質的相互作用，測量放射性強度分布和能量變化規律，確定各種地質和工程參數，分析地層巖石的化學成分和含量。巖性密度測井儀是核測井技術中最重要的測井儀器之一。利用該儀器一次測井可獲得地層的光點指數Pe和地層體積密度ρb，主要用于確定地層巖性和計算地層有效孔隙度，在石油勘探中具有十分重要的作用。該儀器應用于核物理探測、核電子學、數字信號處理等許多新技術領域。

巖性密度測井是在補償密度測井的基礎上發展起來的，目前在石油測井行業應用比較廣泛，不僅可以準確測量地層的密度值，還可以測量光電吸收截面指數，對不同的地層巖性和孔隙度的分析起到了很大的作用。在實際測井作業中，通過與其他測井儀器的組合，特別是與中子測井儀器進行組合使用，利用與中子曲線交會圖能夠有效識別油氣層，劃分滲透性地層，是目前現場測井作業中一項重要的測井項目。但是，巖性密度測井儀器在測井作業過程中會出現一些故障，通過對巖性密度測井儀器工作原理、信號流程和儀器組成結構有深入的理解，才能有效地找到故障點進行維修工作。

1? 巖性密度測井儀的工作原理

EZDT巖性密度測井儀器包括兩部分：電子線路EA部分和儀器機械節MA部分。電子線路部分包括電源板、控制板、信號處理板、能譜分析板等。機械節部分由電源電路、探頭、推靠臂等構成，巖性密度測井儀器在測井作業時，通過采用機械結構開收推靠臂使裝有放射源的極板探頭部分貼靠井壁測量的方式，將探頭采集到的數據送至電子線路處理，最終送至地面測井系統進行顯示。

巖性密度測井儀器[1]在測井作業中使用2居里的Cs-137放射源，該放射源會發射661keV的伽馬射線，與地層中的物質先發生康普頓散射，因為康普頓散射截面與地層的體積密度存在一定的關系，所以可以利用散射截面來測量地層巖石的密度。當伽馬射線與地層物質發生康普頓散射后，會導致伽馬射線能量逐漸降低，隨著伽馬射線的能量降低到一定值以后，伽馬射線在地層中就會產生光電吸收效應。根據對光電吸收截面指數的測量，可以用公式反推算出物質的原子序數，進而得知構成地層物質的元素組成。由于儀器包含兩個長短不同源距的探測器，在實際測井過程中，通過長短源距組合可以有效地去除井中泥餅對測井結果的影響，使測量結果更加準確可靠。

2? 典型故障分析及解決辦法

2.1 故障1：密度儀器短源距SSD計數正常，長源距計數異常，儀器沒有譜峰

故障分析和解決：將儀器串與地面測井系統進行聯調，對儀器串供交流電進行檢測，發現短源距計數SSD是正常的，儀器譜峰窗口無譜峰且長源距計數為零。作為快速查找問題所在的一種方法，更換密度儀器電子線路，儀器依舊沒有譜峰，同時對儀器供直流電，發現儀器推靠臂無法正常打開。在推靠臂未打開情況下井徑原始值為70mV（正常在300mV），在晃動儀器MA過程中，交流面板電流在200～250mA跳變，以上兩種現象鎖定儀器的故障點主要在機械節MA部分， 如電源部分、極板線或者儀器機械傳動機構都有可能存在故障，按儀器信號處理進一步分析排查。

首先，根據儀器整體組成結構和信號流程，分析發現這兩種問題存在共性，控制開收推靠臂的兩個繼電器K1、K2的電壓以及長源距探頭高壓管的輸入電壓均為+24VDC[2]，+24VDC供電異常會同時導致這兩個問題的出現。然后，對工作電壓供電部分進行排查發現產生+24VDC的電路沒有問題，但是測量5號探頭線對儀器外殼的絕緣值較低，只有111.34kΩ，并發現5號探頭線局部有破損情況。最終確認故障點為：5號探頭線+24VDC為進入長源距探頭的高壓管作為高壓管的輸入電壓，探頭線破損接觸儀器外殼直接導致+24VDC電壓被拉低，無法正常對K1、K2繼電器進行供電，儀器無法正常開收推靠臂，且導致長源距探頭的高壓管無法輸出高壓，進而使儀器長源距探頭無法正常采集數據，最終長源距計數異常，沒有譜峰。后續將破損的5號探頭線進行了更換處理，重新制作新的探頭線，保證探頭線對儀器外殼的絕緣值為無窮大，組裝儀器后對儀器進行供電檢測，儀器開收推靠臂的狀態和長源距計數均恢復正常。

2.2 故障2：密度儀器收推靠臂時電流較大，且在收的過程中會出現卡頓現象

故障分析和解決：檢測密度儀器發現收推靠臂時電流較大，達到440mA，而且推靠臂在收的過程時不順暢，出現卡頓現象。根據此故障現象結合以前的維保經驗，可以確定故障點是儀器的機械傳動結構。首先對機械傳動結構進行直觀檢查，銷子、彈簧、連接桿等應作為重點檢查對象，發現彈簧與極板推靠結構之間的固定螺桿有銹蝕現象，螺桿上的螺帽位置不居中，同時發現大彈簧位置也出現偏移，與儀器本體磨損較嚴重。分析確認彈簧總成存在問題，使儀器在收開推靠臂的過程中，固定螺桿受到不平衡拉力，導致螺桿被拉彎，螺帽出現不居中，大彈簧在壓縮過程中出現偏差較大與儀器本體磨損。

依據彈簧總成的組成結構，當外部大彈簧出現問題后，應對彈簧總成整體以及彈簧總成內部進行進一步檢查分析。拆開彈簧總成，發現大彈簧內部的小彈簧已經斷裂，導致儀器在收推靠臂的時候彈簧無法正常被壓縮，彈簧總成整體結構出現形變，進而使儀器在收推靠臂時電流較大，出現卡頓現象。更換新的彈簧總成后，多次進行開收推靠臂檢查，發現此時儀器機械傳動結構以及收推靠臂電流恢復正常，整個過程無卡頓問題出現。

3? 結語

在密度儀器測井作業過程中使用放射源，所以保證儀器穩定的工作性能和安全可靠的機械結構非常重要。通過文中兩起巖性密度儀器典型性故障分析，對儀器在使用中出現一些故障要重視，要解決同類問題通常需要對密度儀器的信號流程、機械結構有非常清晰的理解，掌握儀器各個部分的內部構造，發現問題應分別排查信號和機械結構兩個部分，將兩者作為重點進行檢查，最終就會發現問題并解決問題。

參考文獻

[1] 楚澤涵.地球物理測井方法與原理[M].北京：石油工業出版社，2007.

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

[3] 郭登濤.巖性密度測井儀能譜測量工作原理及故障維修[J].化工設計通訊，2018，44（2）：223-224.

作者簡介：劉備（1989，7—），男，漢族，安徽宿州人，本科，初級職稱，現在從事測井儀器維保方面的研究。