SDZ-3070連斜微球短節(jié)典型故障分析及解決方法

史 冊(cè)，孫旭政，任 鋒

(中石化中原石油工程有限公司地球物理測(cè)井公司 河南 濮陽(yáng) 457001)

·經(jīng)驗(yàn)交流·

SDZ-3070連斜微球短節(jié)典型故障分析及解決方法

史 冊(cè)，孫旭政，任 鋒

(中石化中原石油工程有限公司地球物理測(cè)井公司 河南 濮陽(yáng) 457001)

SDZ-3070連斜微球短節(jié)在常規(guī)測(cè)井中應(yīng)用廣泛。文章對(duì)傾角方位數(shù)值錯(cuò)誤，微球微電極刻度切換失敗二例典型故障進(jìn)行了分析和探討，提出了故障的排除方法。

SDZ-3070;測(cè)井儀器；故障分析

0 引 言

SDZ-3070連斜微球短節(jié)是SDZ-3000快速測(cè)井平臺(tái)的一部分，它由連斜傳感器探頭、連斜信號(hào)處理板和微球微電極測(cè)量部分組成。其中信號(hào)處理板是SDZ-3070的核心部分，由它發(fā)出微球微電極的源信號(hào)以及各種控制信號(hào)控制完成微球微電極各測(cè)量道信號(hào)、連斜三個(gè)磁信號(hào)、三個(gè)重力信號(hào)，以及井徑和溫度信號(hào)的采集。探頭采集到的信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理模塊外圍的控制電路進(jìn)入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后參與數(shù)值計(jì)算，所以控制電路在整個(gè)系統(tǒng)中至關(guān)重要，本文就SDZ-3070在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)一步分析控制電路部分。

1 儀器電路工作原理

SDZ-3070 連斜微球短節(jié)由連斜傳感器探頭、連斜信號(hào)處理板和微球、微電極測(cè)量等部分組成。信號(hào)處理板是儀器工作的關(guān)鍵部分，有以下作用：產(chǎn)生微球、微電極源信號(hào)；產(chǎn)生各種控制信號(hào)；對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行采集；與遙測(cè)短節(jié)通訊。另一塊是微球、微電極的母板，母板上有測(cè)量和刻度切換繼電器、輸入輸出變壓器。母板上另有四塊子板，分別為微電極模塊、微球測(cè)量模塊、微球屏流模塊和微球主流模塊。這些子模塊和母板共同完成微球、微電極供電和測(cè)量信號(hào)的產(chǎn)生[1]。儀器電原理框圖如圖1所示。

連斜部分由探頭部分和連斜信號(hào)處理板組成，探頭由垂直正交三組磁傳感器和重力加速度傳感器構(gòu)成。圖2是信號(hào)處理板上的D2模塊。

圖2 信號(hào)處理板D2模塊

圖2中：

1)管腳RX1、TX1是通信端口，與遙測(cè)短節(jié)相連，且與SDZ—3070連斜微球是相互隔離的；

2)管腳P1.7產(chǎn)生1 121 Hz的微球源信號(hào),管腳P1.6產(chǎn)生560.5Hz的微電極源信號(hào)；

3)管腳P2.0、P2.1、P2.2、P2.3控制模擬開關(guān)，控制完成微球、微電極各測(cè)量道的信號(hào)、連斜三個(gè)磁信號(hào)、三個(gè)重力信號(hào)以及井徑和溫度信號(hào)的采集；

4)管腳P0.3、P0.4、P0.5、P0.6是計(jì)數(shù)器端口，可以完成四道脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)。

5)管腳P1.2、P1.3、P1.4、P1.5完成刻度與測(cè)量換檔控制，它們常態(tài)下是高電平，在刻度與測(cè)量換檔時(shí)，相應(yīng)管腳產(chǎn)生大于2 ms低電平脈沖。

2 典型故障分析及解決方法

信號(hào)處理板上有2個(gè)八選一模擬開關(guān)(N2、N3)，對(duì)各道模擬信號(hào)進(jìn)行選擇；6個(gè)運(yùn)放單元與周圍的阻容元件構(gòu)成6個(gè)低通濾波器，對(duì)3個(gè)重力加速度傳感器信號(hào)(Gx、Gy、Gz)和3個(gè)磁傳感器信號(hào)(Mx、My、Mz)進(jìn)行放大濾波；溫度傳感器與3個(gè)井徑恒流源分別通過(guò)4個(gè)運(yùn)放單元與信號(hào)處理板上D2模塊連接；3個(gè)井徑測(cè)量信號(hào)被放大后進(jìn)入D2模塊；4個(gè)非門對(duì)外部輸入脈沖信號(hào)進(jìn)行整形；D4推動(dòng)微球信號(hào)處理板的繼電器。這些元器件的好壞影響著單片機(jī)對(duì)各路信號(hào)的采集?？刂齐娐烦霈F(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致儀器出現(xiàn)如下幾個(gè)典型故障[2]。

2.1 傾角或方位數(shù)值錯(cuò)誤

在測(cè)井施工過(guò)程中出現(xiàn)傾角方位曲線異常。因儀器內(nèi)部重力加速度傳感器與磁傳感器均為易受磁化的精細(xì)敏感元件，所以SDZ-3070采用無(wú)磁材料作為儀器外殼。當(dāng)遇到傾角方位曲線異常時(shí)，首先需要判斷是否儀器被磁化。若是，則對(duì)其進(jìn)行消磁后重新校驗(yàn)即可；若不是，則檢查電子線路的電源板，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量電源板各輸出端的實(shí)際電壓值，若輸出正常則進(jìn)一步檢查信號(hào)處理板。信號(hào)處理板Gx信號(hào)采集電路如圖3所示。

圖3 信號(hào)處理板Gx信號(hào)采集電路

以Gx信號(hào)采集為例來(lái)分析。圖3中，J2-3、J2-1、J1-10、J1-11分別為D2模塊的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3管腳。信號(hào)處理板上的OP400四通道運(yùn)算放大器與周圍的阻容元件構(gòu)成的低通濾波器對(duì)重力加速度傳感器和磁傳感器所采集的信號(hào)進(jìn)行放大濾波后，經(jīng)過(guò)兩個(gè)八選一模擬開關(guān)(N2,N3)選擇進(jìn)入D2模塊(含單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換)參與傾角或方位的數(shù)值計(jì)算。

D2模塊P2.3管腳通過(guò)一個(gè)54HC14反相器(D3F)接入兩個(gè)八選一模擬開關(guān)，當(dāng)P2.3管腳為高電平時(shí)，N2的EN端有效，此時(shí)N2被選中，N2接收到的來(lái)自重力加表和磁力計(jì)采集的信號(hào)通過(guò)N2的A0，A1，A2三個(gè)控制選擇端被依次采集進(jìn)入D2模塊；N3的EN端無(wú)效，N3不被選中。同理，當(dāng)D2的P2.3管腳發(fā)出低電平時(shí)，N2不被選中，N3被選中。通過(guò)D2模塊P2.3交替發(fā)出高低電平能夠輪流對(duì)N2和N3兩個(gè)八選一模擬開關(guān)進(jìn)行選擇，從而完成各路信號(hào)的采集。若遇到傾角方位數(shù)值錯(cuò)誤，首先檢查三塊重力加表以及三塊磁力計(jì)是否完好。若不是，則更換相應(yīng)的重力加表或磁力計(jì)；若完好，再檢查N2,N3兩個(gè)八選一模擬開關(guān)是否能夠正常工作。若未正常工作則更換N2或N3，若仍完好則檢查54HC14反相器(D3F)。此反相器異常會(huì)導(dǎo)致其中一個(gè)八選一模擬開關(guān)選擇失敗，影響D2模塊對(duì)Gx、Gy、Gz、Mx、My、Mz信號(hào)的采集，單片機(jī)無(wú)法得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，故而出現(xiàn)傾角方位數(shù)值計(jì)算錯(cuò)誤[3]。

2.2 微球微電極刻度與測(cè)量切換失敗

施工現(xiàn)場(chǎng)地面系統(tǒng)出現(xiàn)無(wú)法對(duì)SDZ-3070進(jìn)行內(nèi)刻的情況，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)微球微電極刻度檔與測(cè)量檔切換失敗。在未通電情況下，儀器始終保持在測(cè)量檔上，通電后方可進(jìn)行刻度檔切換。

信號(hào)處理板產(chǎn)生1 121 Hz的微球微電極源信號(hào)，由微球處理板上的微電極模塊、微球測(cè)量模塊、微球屏流模塊和微球主流模塊以及測(cè)量刻度切換繼電器共同完成微球、微電極供電和測(cè)量信號(hào)的產(chǎn)生。繼電器驅(qū)動(dòng)模塊D4如圖4所示。D4(UL2003)能夠提供大的灌電流，推動(dòng)微球處理板上的繼電器工作，從而完成微球微電極的刻度與測(cè)量。當(dāng)操作界面選擇微球微電極刻度檔，I0、V0、I1、數(shù)值TD、DW五個(gè)信號(hào)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，要檢查D4(UL2003)上端+12 V電源是否正確，若在+12～+15 V之間則繼續(xù)檢查微球微電極母板上的繼電器K1～K6，若不正確則說(shuō)明D4對(duì)微球母版上的繼電器驅(qū)動(dòng)失敗，需要更換D4。

圖4 繼電器驅(qū)動(dòng)模塊D4

3 結(jié)束語(yǔ)

SDZ-3070連斜微球短節(jié)的信號(hào)處理板是整個(gè)儀器的工作核心，連斜探頭和微球微電極所采集到的各種信號(hào)都要通過(guò)它處理后與遙測(cè)短節(jié)通訊，進(jìn)而與地面系統(tǒng)聯(lián)系。頻繁的使用以及復(fù)雜的井況導(dǎo)致儀器容易發(fā)生故障，對(duì)生產(chǎn)造成了較大影響。本文分析并探討了SDZ-3070的兩個(gè)典型故障，針對(duì)實(shí)際情況并根據(jù)初步判斷采取逐一排除的解決思路，將故障點(diǎn)確定在控制電路部分，并進(jìn)行相應(yīng)的檢修與維護(hù)，為使用與維修該儀器的工作人員提供一定的參考。

[1] 中國(guó)電子科技集團(tuán)第22研究所. SDZ-3000快速測(cè)井平臺(tái)(電氣篇、結(jié)構(gòu)篇)[Z].2009:55-68.

[2] 尚作源.地球物理測(cè)井方法原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1987:122-131.

[3] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006:256-275.

Typical faults and troubleshooting of SDZ-3070

SHI Ce,SUN Xuzheng,REN Feng

(WirelineLoggingCompany,ZhongyuanOilfieldServiceCorporation,Sinopec,Puyang,Henan457001,China)

SDZ-3070 is widely used in oil well logging. The features of SDZ-3070 are introduced, and the problems in field application are analyzed and discussed, which includes inclination and azimuth error, calibration and measurement switch failure of microspheres and microelectrode. The faults troubleshooting methods are proposed.

SDZ-3070; logging tool; fault analysis

史 冊(cè)，女，助理工程師，2012年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)，現(xiàn)在中石化中原石油工程有限公司地球物理測(cè)井公司數(shù)控測(cè)井中心從事儀修工作。E-mail：414696553@qq.com

P631.8+11

A

2096-0077(2017)03-0098-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.03.024

2016-11-01 編輯：姜 婷)