XRMI儀常見故障判斷分析及維修技術優(yōu)化

劉春斌，王 琦，王志磊，郭紅梅 ，魏寶軍，孔德博，馬宗杰

(1.中國石油集團測井有限公司 長慶分公司，陜西 西安 710201； 2.中國石油集團測井有限公司物資裝備公司，陜西 西安 710201； 3.中國石油集團測井有限公司 西南分公司，重慶 401120)

為指導解決油氣開發(fā)過程中遇到的各種問題，測井技術成為必不可少手段，但在測井過程中常會遇到儀器故障問題，直接影響測井系統(tǒng)的使用效率。故障發(fā)生后，儀器故障排除和檢修工作是保證測井工作順利開展的關鍵環(huán)節(jié)，如何迅速診斷、檢測故障是測井儀器維護技術的核心。對于一些復雜的隱蔽性較強的疑難故障，使用常規(guī)的檢修方法很難找出故障點。本文通過多年的實踐，總結出電成像XRMI常見故障檢修辦法，與同行們進行交流探討。

1 電成像XRMI基本工作原理

哈里伯頓公司推出的新一代Extend Range Micro-Imager Tool增強型電阻率成像儀器(XRMI)共有6個獨立的推靠臂，每個臂上有25個紐扣電極(以下簡稱電扣)，每個電扣的工作原理相同，都是發(fā)射測量電流，探頭外殼及極板作為屏蔽電極，使從電扣發(fā)出的電流聚焦流入地層，提高儀器的分辨率。XRMI將信號在極板部進行數(shù)字化處理，減少了信號在傳輸過程信號線之間的耦合干擾，大大提高信號的信噪比，優(yōu)化儀器處理功能，使它不僅能獲得高質(zhì)量的成像資料，且解決原有微電阻率成像測井儀(EMI)在高阻地層無法測量的限制。升級后的XRMI在可靠性方面得到增強。XRMI數(shù)字化電路允許2個紐扣同時進行采樣，極大降低采樣間隔時間；另外，XRMI采用數(shù)字化技術可以將發(fā)射的頻率降至2 kHz(EMI采用15 kHz的發(fā)射頻率)，實現(xiàn)了極板紐扣電極的實部和虛部信號共同采集測量，有效提高了電阻率圖像重建的真實性和清晰度(EMI使用實部信號進行圖像重建)。儀器由絕緣短節(jié)、電子線路、儀器探頭3部分組成，電子線路中的發(fā)射模塊ETM發(fā)射出2 kHz驅(qū)動信號，通過變壓器耦合到探頭殼體和回流電極(一般指遙傳伽馬短節(jié)D4TG與XRMI上絕緣短節(jié)之間儀器的鐵外殼)，交變電流從儀器探頭的電扣和極板上發(fā)出，線路外殼使用玻璃鋼進行絕緣，并在線路上部加入隔離短節(jié)使得電流只能回到回流電極，由此構成完整電源回路，通過采集每個紐扣電流數(shù)值可反映出地層電阻率的變化情況。

2 電成像XRMI故障檢修流程

2.1 詳細了解施工情況

XRMI儀器發(fā)生故障的第一時間，應先向操作工程師、地面工程師詢問故障發(fā)生時儀器的具體情況，比如電流、電壓變化，信號的異常、儀器異響等。記錄相關數(shù)據(jù)，查閱該儀器的維修檢查記錄，查看是否發(fā)生過同樣的故障，是否有可靠的檢修方法等。提出現(xiàn)場應急解決辦法，否則先更換儀器進行測井，故障儀器返檢修工房進行維修。

2.2 儀器外觀檢查及通斷絕緣檢查

儀器返回檢修工房后，移去儀器外玻璃鋼套，清洗掉泥漿碎屑等。仔細檢查各個極板上的排線是否存在擠壓、破損現(xiàn)象，極板的地線與探頭部分連接是否良好，線路與探頭之間插針有無彎曲等，對照儀器通斷絕緣檢查表對逐節(jié)儀器做通斷和絕緣檢查，保證其在通電檢測前具有良好的通斷和絕緣性。

2.3 儀器抽芯檢查和配接供電檢查

在外觀檢查正常情況下，仍然未發(fā)現(xiàn)故障原因，則需將儀器抽芯并在通電前對儀器線路內(nèi)部進行外觀檢查，主要查看儀器骨架上各個電路板接口、元器件、導線等有無松動、缺損、變形、脫落、虛焊、斷開等現(xiàn)象，聞一下是否有燒焦的味道。檢查正常則可以對儀器進行通電檢查，觀察儀器供電電流是否異常、是否出現(xiàn)冒煙或打火等異常，一旦發(fā)現(xiàn)異常立即斷電，進行處理。從觀察到的異常現(xiàn)象入手，找出儀器可能的故障點做出初步的分析和判斷。

2.4 故障分析，故障區(qū)域劃分

XRMI電子線路中各電路模塊采用模塊化設計，各模塊有獨立的輸入輸出,所以對照儀器結構框圖，從各模塊的輸入輸出端檢測信號的異常即可判斷是哪一個模塊出現(xiàn)問題,常見故障可能出現(xiàn)的區(qū)域：

(1)出現(xiàn)EMEX電源指示參數(shù)EMEXR較低(EMEXR<9 V)故障一般是線路前端陶瓷絕緣環(huán)絕緣出現(xiàn)問題或由絕緣短節(jié)下端5、6芯線(測量電流回路)與線路上接頭外殼接觸不良引起的；

(2)成像模糊、出現(xiàn)明顯的單條或多條明亮線多是極板故障造成的，亮線產(chǎn)生的原因是由于電扣損壞或者電扣與外殼之間的10 Ω測量電阻損壞，其阻值不在9.5～10.5 Ω。若只有單個極板的成像效果差，而其他極板的成像效果較好，則應檢查極板與探頭間的地線是否連接良好，保證其接觸電阻在(0.2±0.2)Ω；

(3)若儀器存在發(fā)射后無發(fā)射電壓現(xiàn)象，可能是由于發(fā)射模塊ETM故障引起,主要檢查ETM中單片機PIC16F876附近的晶振信號、電源輸入是否正常；

(4)井徑無法開收推靠時，將電子線路抽芯，僅遙傳伽馬配接XRMI電子線路，儀器通電后發(fā)送開、收推靠命令，然后對儀器供給輔電，檢查馬達控制電路中K3繼電器的引腳2和引腳8之間是否有電壓輸出，若無電壓輸出則檢查馬達控制板上的繼電器K3和K4(見圖1)是否切換開收推靠命令時吸合動作正常，另外需要檢查由主控板EMCM發(fā)出給馬達控制板的馬達控制信號MC_A、MC_B、MC_C經(jīng)馬達控制電路處理后在馬達控制板U2的高低電平輸出是否正常；

圖1 馬達控制電路圖

(5)井徑曲線出現(xiàn)跳尖異常，一般是探頭內(nèi)井徑電位器接觸不良或者損壞造成的，找出有問題的電位器進行維修或者更換即可解決問題；

(6)主輔電干擾，由于XRMI是使用W5模式，即使用纜芯1和2(對應儀器中的13和14芯)，4和5(對應儀器的16和19芯)進行主供電，同時使用1和2中心抽頭對4和5 的中心抽頭進行輔電的供給(見圖2)，故主輔電干擾現(xiàn)象大多是由于儀器線間絕緣較差造成的；

(7)遇卡后通訊中斷，因為XRMI是通過W7模式，即7芯電纜的中間芯7#芯和電纜纜皮Armor進行通訊，7#纜芯對應儀器短節(jié)上下端的17芯(見圖2)，所以要檢查通訊連線是否存在虛焊的現(xiàn)象；

圖2 模式變壓器接線圖(1-7代表電纜7芯纜芯)

(8)單個極板無發(fā)射，一般是由于探頭內(nèi)連接極板和線路的信號線絕緣差或者無絕緣，+5伏電源與地線短路，通過極板電源控制模塊PPCM檢測表明產(chǎn)生過流狀態(tài)的原因是由于對極板進行過流保護導致(見圖3)；

圖3 極板電路供電PPCM過流保護電路框圖

(9)XRMI在碳酸鹽巖、灰?guī)r等高阻地層進行測量時，由于輔交流發(fā)射功率較小，使用該模式測井所獲得的成像圖不夠清晰，可以使用輔直流發(fā)射模式進行發(fā)射以增大儀器的發(fā)射功率，采集到更加清晰的成像圖。圖4為某井碳酸鹽巖發(fā)育的馬家溝組在使用不同發(fā)射模式下采集到成像對比圖，彩色XRMI成像圖中間部分為交流模式下成像圖，右邊為輔直流模式成像圖，可以看出在使用輔直流模式下采集到的圖像更加清晰可辨；

圖4 使用不同供電模式下采集成像圖對比

(10)無垮塌井眼測井過程中若出現(xiàn)圖5所示的模糊成像圖，加速度曲線跳變嚴重，通過分析發(fā)現(xiàn)是因為極板壓力刻度錯誤造成，刻度后的極板壓力顯示為40%～50%最大壓力，但實際壓力已達到70%～80%最大壓力，儀器上提過程中由于儀器貼靠井壁壓力過大，上提速度非勻速，加速度忽大忽小的跳變，現(xiàn)場適當降低極板壓力，保證加速度曲線穩(wěn)定不跳變情況下獲得清晰可見的成像圖；

圖5 極板壓力過大造成的模糊成像圖

(11)所有極板的成像效果圖均模糊，可能是由儀器的線路和探頭間的玻璃鋼套出現(xiàn)磨損使得屏流信號減弱，發(fā)射信號不能進入地層引起的；

(12)極板打開過程中極板壓力變化較小，極板無法貼靠井壁，地面檢查卻無此現(xiàn)象，一般是由于探頭的油壓較低而未能達到要求導致；

(13)若成像圖中出現(xiàn)類似槍擊后彈坑樣的斑點，則多是由于奇偶校驗CRC錯誤引起，由輕微的CRC錯誤引起的這種斑點是可以在后期處理中消除的，但是頻繁的CRC錯誤則無法消除，出現(xiàn)這種情況多是由于線路和探頭之間的信號線或者電扣接觸不良造成。

2.5 檢修完畢，儀器配接檢查、刻度

在正常情況下儀器總能給出一個固定范圍內(nèi)波動的刻度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)基本可以幫助我們判斷儀器工作是否正常，當儀器出現(xiàn)異常，通常可以通過解讀刻度數(shù)據(jù)快速判斷故障發(fā)生部位，提高儀器維修時效，往往一些儀器故障的發(fā)生是逐步產(chǎn)生的，通過認真記錄并認真解讀和收集管理這些刻度數(shù)據(jù)，可以提前發(fā)現(xiàn)并解決異常現(xiàn)象。

我們還可以通過一些換擋操作，如更改參數(shù)等方式改變處理電路中的信號，觀察儀器在大部分信號范圍的內(nèi)響應特征，判斷儀器的狀態(tài)，驗證維修后儀器是否能夠正常工作，通過觀察極板操作窗口中的電扣數(shù)據(jù)顯示項內(nèi)的電扣計數(shù)率是否正確驗證使用輔直流模式供電后儀器工作是否正常。

2.6 填寫維修記錄

維修記錄包含儀器維修時間，故障及檢修辦法，以及一些儀器的診斷數(shù)據(jù)和刻度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在以后的檢修過程中可以作為參考依據(jù)，出現(xiàn)故障時通過查閱這些記錄可以快速找出解決辦法，所以每次必須認真填寫維修記錄。

3 結語

實際維修過程中，需要結合現(xiàn)場情況，利用測井小隊采集到的測井資料，通過觀察曲線異常現(xiàn)象與解讀錯誤信息提示，分析并判斷異常故障點，這樣才能夠更加快速有效地解決問題。