陳 顯

(大港油田測試公司工藝研究所 天津 300280)

0 引 言

脈沖中子全譜飽和度測井儀器(PSSL)是一種多功能組合測井儀，主要用于油田對飽和度的測量，在評價剩余油飽和度方面有廣泛的應用。PSSL儀器有5種測量模式：CO_NLL(組合模式)、CO(純碳氧比模式)、NLLCAP(壽命俘獲模式)、NLL(純壽命模式)、WTC(校深模式)[1]。PSSL儀器一次下井可以完成時間譜、井溫、接箍、自然GR等參數的測量。自2012年引進以來，儀器共計出現7次故障，在維修過程中，積累了一定的維修經驗，有助于對常見故障的快速診斷及處理。

1 儀器結構及工作原理

PSSL儀器主要由遙測短節(jié)、探測發(fā)射短節(jié)兩部分構成。

PSSL儀器通過測量不同時間、不同過程特征伽馬射線的時間和幅度分布，形成了4種伽馬射線譜，其信息覆蓋了快中子和物質作用的所有過程[2-3]。其中非彈散射伽馬、俘獲伽馬能譜、熱中子衰減時間譜充分反映了井眼和地層信息，活化伽馬能譜及其時間譜用于尋找各種管外、管內流體，為解釋處理提供更加全面的原始資料[4]。

2 常見故障分析及處理

PSSL井下儀器大量采用模塊化設計和大規(guī)模集成數字器件，一般出現故障時，根據地面軟件的燈區(qū)顯示和各種儀器信息顯示能判斷出故障出現的大概位置，然后根據信號或者電源的輸入、輸出關系，本著先電源后電路，先模塊再器件的維修原則，就可以快速找出儀器的故障點。統(tǒng)計近5年的故障情況，全譜飽和度儀器問題主要集中在無燈絲電流、加靶壓儀器整體電流大、地面軟件無法顯示探測發(fā)射短節(jié)信息、遠近探頭無計數4大類問題。

2.1 無燈絲電流(地面軟件VIF顯示為0)

2.1.1 無燈絲電流顯示，但實際儀器能電離

檢驗儀器時，軟件上VIF顯示為0，但是實際上儀器能電離，說明是燈絲采樣故障。

全譜飽和度儀器通過采樣VIFC2點電壓值大小，通過軟件換算成相對應的燈絲電流值，顯示在軟件VIF界面。DA輸出的控制電壓VRTF經過U5放大后，由R21和電位器R22對電壓值衰減，變成VIFC2(3.3 V對應880 mA)。R23、R22、U5B等組成的網絡在Q1的柵極(G)產生一個正的電壓，使Q1的柵源電壓(VGS)增大引起源極和漏極之間形成導電溝道，使+5 V通過Q1對燈絲供電的回路導通。當Q1(見圖1)出現故障時，Q1的源極(S)和漏極(D)擊穿后，+5 V對燈絲供電回路導通，+5 V電壓直接加載至燈絲上，燈絲電流IF端有實際電流，但是由于VIFC2端無法形成燈絲電流采樣回路，軟件上VIF采樣就會顯示為0。通過測量C32端有無電壓值就可以快速判斷是否是該故障。如果是，更換Q1即可以解決燈絲采樣故障。

圖1 燈絲電路

2.1.2 無燈絲電流顯示，且儀器不能電離

檢驗儀器時，VIF顯示為零，且儀器不能電離，說明是燈絲控制電路故障。

首先測量圖1中VREF端信號，如果沒有電壓輸出，則可判斷是前端單片機問題。如果單片機沒有問題，則需要逐級量U5B的5、7，以及D5端、D6端電壓值，就可以判斷出故障。一般故障主要集中在Q1點，Q1點出現故障時，通過測量D6點電壓值大小，就可以快速查找出故障點。

2.2 加靶壓，儀器整體電流偏大

加靶壓時，儀器串電流偏大。故障主要集中在LVB模塊、V2控制端、靶壓驅動控制電路。

2.2.1 LVB模塊故障

遙傳短節(jié)內部的LVB模塊輸出V2控制端。V2主要功能是給產生靶壓的驅動電路供電。靶壓驅動板產生2 路數字脈沖，并和V2控制端一起合成靶壓驅動脈沖。V2控制端經過電感、電容網絡濾波后送到T1 變壓器初級的中心接頭，一起產生2 路驅動高壓變壓器的初級輸入信號，形成靶壓驅動電路。維修時，先斷開LVB的V2線，軟件加靶壓控制命令，通過測量LVB模塊輸出V2線所對應的電壓值及地面電流顯示大小，來判斷LVB模塊的問題。如果是LVB模塊故障，更換模塊即可。

2.2.2 V2控制端短路

由于V2內部走線較長(4 m)，依據維修經驗，在組裝時，V2線壓在電路板底端，容易造成V2走線擠壓破皮導致短路。當加靶壓時，相當于V2電壓直接對地，就形成加靶壓儀器串大電流現象。通過斷開靶壓驅動板V2點，測量V2走線對GND阻值大小，可判斷出故障。

2.2.3 靶壓驅動控制電路故障

出現加靶壓儀器整體電流大時，在排除了LVB模塊和V2控制端的故障后，需要排查靶壓驅動控制電路單元，如圖2所示。

圖2 靶壓驅動控制電路單元

靶壓驅動電路供電的直流電壓VGTP由LVB模塊控制。電壓VGTP到靶壓驅動電路后引到靶壓變壓器的中芯抽頭VGTL上。靶壓驅動板產生的2路數字信號(T1-1和T1-3)分別引到Q1和Q3的漏極，通過2路同步互補驅動信號驅動MOS管Q2、Q4，交替導通產生靶壓驅動脈沖。正常情況下Q1、Q3產生脈沖信號時，由于線圈對交流信號的抑止作用不會出現大電流的情況。但是，當Q2、Q4中1個或者2個損壞時，由于T1-1和T1-3接入線圈兩端，在這種情況下，直流電壓VGTP就加載在線圈上。由于線圈電阻只有5 Ω，加靶壓時就會出現儀器大電流現象。此時檢查Q2、Q4 3個極之間的電阻是否正常，若不正常，更換損壞的Q2或者Q4即可。

2.3 地面軟件無法顯示探測發(fā)射短節(jié)信息

室內檢驗時，地面軟件無法顯示探測發(fā)射短節(jié)信息“2”。該問題主要集中在探測發(fā)射短節(jié)儀器內部總線電路上。探測發(fā)射短節(jié)儀器總線電路如圖3所示。

圖3 探測發(fā)射短節(jié)儀器總線電路

探測發(fā)射短節(jié)內部單片機發(fā)送的命令經FPGA 邏輯陣列處理后輸出Tool-UUN、Tool-UUP 兩路交替脈沖信號，用一對MOS作為驅動并擬合成AHAMI 碼在儀器總線Toolcomm上傳輸。Tool-UUP和Tool-UUN輸出高電平為3.3 V，低電平為0 V。A和B兩點基線點為直流1.65 V。當信號上傳故障時，測量A點電壓值(正常為1.65 V)，或者通過示波器觀察A點波形(3.3 V間斷正脈沖信號)，即可判斷Q1、Q2是否出故障。同樣，如果是下發(fā)命令故障，測量B點電壓大小(正常為1.65 V)，以及用示波器觀察Tool-POS、Tool-NEG信號，綜合判斷故障點。一般上傳電路故障主要集中在Q1、Q2上，下發(fā)電路故障主要集中在U1上。在外圍電路均沒有問題的情況下，就需要測量Tool-UUN、Tool-UUP兩點信號，如果沒有輸出，那就可以判斷問題出在FPGA 邏輯陣列處理器上，更換損壞器件即可。

2.4 遠近探頭無計數

探測發(fā)射短節(jié)內部遠近探頭均沒有計數。這類問題主要是由單片機U6和+15 V直流電源故障引起的。

PSSL儀器探測發(fā)射短節(jié)內部遠近兩個探頭的高壓由2個模塊單獨供電，但是2個模塊由同一路直流電壓+15 V輸入。HVC-1 為遠探頭高壓模塊提供高壓，HVC-2 為近探頭高壓模塊提供高壓，當2個探頭均沒有計數時，2個探頭高壓模塊同時出現故障的概率比較低。軟件上通過加、減探頭高壓值控制命令，來觀察單片機U6輸出電壓的幅值變化情況，即可判斷出U6好壞。

遙傳低壓模塊產生的+15 V引至探測發(fā)射短節(jié)，短節(jié)內LC濾波網絡主要作用是對兩個高壓模塊的輸入電源+15 V進行濾波。測量高壓模塊輸入電源+15 V是否正常，如果不正常，則檢查LC濾波電路。一般故障出現在電感L2上，用萬用表測量通斷就可以判斷出電感故障。

3 結束語

PSSL飽和度儀器內部電路比較復雜，需要在維修過程中不斷積累經驗。本文對PSSL飽和度儀器維修過程中出現的故障及處理進行了分析總結，今后工作中出現類似故障時，可以參照文中的內容和相關的電路圖判斷問題所在，快速、高效地找出故障點，提高維修效率。平時也應該對儀器關鍵點正常波形進行檢測，出現問題及時處理，避免小故障引起大毛病，做好儀器維護，延長儀器的使用周期。