施煒婷

(中石化經(jīng)緯有限公司中原測(cè)控公司 河南 濮陽(yáng) 457001)

0 引 言

SMSBT-1000 存儲(chǔ)式扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井儀屬于固井質(zhì)量評(píng)價(jià)測(cè)井儀器,能夠完成聲幅、變密度、自然伽馬、磁定位項(xiàng)目的測(cè)量。通過(guò)對(duì)水泥膠結(jié)面的8個(gè)扇區(qū)進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量,可直觀顯示套管外各個(gè)區(qū)域的水泥膠結(jié)情況,實(shí)現(xiàn)對(duì)固井質(zhì)量的精細(xì)化評(píng)價(jià)[1-5]。

SMSBT-1000具有電纜和存儲(chǔ)2種工作模式,采用電纜模式時(shí),通過(guò)七芯電纜將儀器下放到目的層實(shí)時(shí)測(cè)量;采用存儲(chǔ)模式時(shí),通過(guò)輸送工具將儀器輸送到目的層進(jìn)行存儲(chǔ)式測(cè)量,待儀器上提到地面后再進(jìn)行測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)讀取和相應(yīng)的處理[6]。

本文針對(duì)存儲(chǔ)式扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井儀典型故障原因進(jìn)行了分析研究,依據(jù)電路工作原理,查找引起信號(hào)異常涉及的電路、探頭并進(jìn)行故障排除。

1 工作原理

SMSBT-1000儀器在電纜模式下,通過(guò)電纜完成供電以及測(cè)井命令、數(shù)據(jù)的傳送,進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)井。在存儲(chǔ)模式下,儀器由電池供電,測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)于儀器內(nèi)部的 Flash 存儲(chǔ)器,待儀器提升到地面后再通過(guò) USB 接口讀取測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),并完成最終的數(shù)據(jù)處理。儀器工作原理框圖如圖1所示。

儀器工作時(shí),由聲波發(fā)射電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖啟動(dòng)聲波探頭發(fā)射,然后探頭中的扇區(qū)、 聲幅以及變密度接收換能器分別接收井下介質(zhì)傳播而來(lái)的聲波信號(hào),經(jīng)過(guò)放大、濾波處理后由聲波采集模塊進(jìn)行數(shù)字化采集。

自然伽馬以及磁定位信號(hào)分別由各自的探測(cè)器產(chǎn)生,并輸入到儀器的信號(hào)處理電路,通過(guò)信號(hào)放大、整形、濾波后,送入采集控制模塊。同時(shí),該電路還完成纜頭電壓、電池電壓以及儀器姿態(tài)(井斜角和相對(duì)方位角)的原始信號(hào)采集[7]。

采集完成的波列數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)分別通過(guò) SPI 接口總線和CAN接口總線傳輸?shù)竭b傳控制模塊,由其完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(存儲(chǔ)模式)或者按照曼徹斯特編碼的方式通過(guò)電纜將測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)(電纜模式)。

2 常見(jiàn)故障分析

在測(cè)井過(guò)程中,SMSBT-1000存儲(chǔ)式扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井儀經(jīng)常出現(xiàn)的無(wú)信號(hào)、不通訊、不解碼或信號(hào)異常等現(xiàn)象,下面介紹幾種典型故障的檢查與維修方法。

2.1 電源電路故障

測(cè)井過(guò)程中無(wú)上傳信號(hào)。首先檢查線路±12 V電源,發(fā)現(xiàn)無(wú)-12 V電源。電源電路原理圖如圖2所示。

圖2 電源電路原理圖

V1～V4 完成交流供電的整流,經(jīng)C1、C2濾波后提供給 DC/DC 穩(wěn)壓電源。N2 為±12 V 電源的濾波器。然后斷開(kāi)負(fù)載電路,±12 V電源正常,說(shuō)明電源電路正常,負(fù)載電路異常。斷開(kāi)信號(hào)處理電路板,電源正常,說(shuō)明該電路板可能電源出現(xiàn)問(wèn)題,檢查該電路板的信號(hào)處理通路時(shí),發(fā)現(xiàn)C12濾波電容短路,造成-12 V電源接地。更換C12,-12 V電源正常,儀器各信號(hào)正常[8]。

2.2 發(fā)射電路故障

儀器下井時(shí)信號(hào)正常,儀器起測(cè)后,突然無(wú)信號(hào)。

車間常溫下檢查各信號(hào)正常,對(duì)電子線路加溫至106 ℃時(shí),無(wú)發(fā)射信號(hào),判斷為某元器件耐溫性能不夠。檢查發(fā)射電路板無(wú)+3.3 V電源,+3.3 V電源提供給A/D采集板和通訊板,通訊板+3.3 V電源正常,A/D采集板的2(+3.3 V)、3 (DGND)管腳短路。更換A/D采集板,+3.3 V電源正常,但仍不發(fā)射。

檢查聲波發(fā)射電路,如圖3所示,發(fā)射電源從電路接線端 7 輸入,對(duì)儲(chǔ)能電容C3、C4、C5充電, 為聲波發(fā)射提供能量。聲波發(fā)射觸發(fā)脈沖FIRE2由 D3 產(chǎn)生,經(jīng) D1 驅(qū)動(dòng)后觸發(fā) V1 使其漏極與源極導(dǎo)通[9],觸發(fā)聲波發(fā)射。檢查發(fā)射電路,FIRE2信號(hào)正常,脈沖寬度為25 μs±2 μs,幅度為 10 V±2 V,輸出端FIRE處無(wú)信號(hào)。更換發(fā)射模塊D1,發(fā)射信號(hào)正常。

圖3 發(fā)射電路原理圖

2.3 通訊電路故障

測(cè)井過(guò)程中突然不解碼。通訊電路主要完成電纜測(cè)井時(shí)下發(fā)命令解碼、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)上傳以及存儲(chǔ)模式下的時(shí)鐘定時(shí)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。電纜模式測(cè)井時(shí),地面系統(tǒng)通過(guò) 2#、5#纜芯下發(fā)的命令首先送到變壓器初級(jí),經(jīng)過(guò)放大、濾波電路,再通過(guò) N3 將信號(hào)的上升沿、下降沿分成兩路信號(hào)送到通訊控制模塊內(nèi)部進(jìn)行解碼,如圖4所示。

圖4 通訊電路

測(cè)量發(fā)現(xiàn)通訊電路板N3輸入端TP6波形正負(fù)脈沖幅度不一致。檢測(cè)N3B連接的R14與R16兩端電壓幅度不一致,更換C11、C12測(cè)量波形正常,解碼正常[10]。

2.4 扇區(qū)電路故障

聲幅、變密度、磁定位、自然伽馬信號(hào)正常,扇區(qū)某道信號(hào)對(duì)應(yīng)性差,其它扇區(qū)信號(hào)正常。

檢查聲波探頭內(nèi)扇區(qū)接收晶體,測(cè)量探頭對(duì)應(yīng)纜芯聲波接收換能器的電容值在參考值范圍內(nèi),對(duì)地絕緣正常,其它扇區(qū)信號(hào)正常,排除聲波探頭故障。

由于只有一道扇區(qū)信號(hào)異常,所以判斷為該道扇區(qū)信號(hào)處理電路存在問(wèn)題。該電路主要完成扇區(qū)聲波信號(hào)的接收和放大功能,其中 N5為四運(yùn)放,N8為模擬開(kāi)關(guān),完成該道扇區(qū)聲波信號(hào)的接收、放大以及高、低增益切換,如圖5所示。

圖5 信號(hào)處理電路(扇區(qū)信號(hào)通道)

R7+、R7-輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器N5到模擬開(kāi)關(guān)N8,信號(hào)S7IN輸出到跟隨放大器N6,經(jīng)14管腳輸出發(fā)現(xiàn)信號(hào)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。對(duì)N6的14管腳進(jìn)行處理,并焊接管座,固定模塊N6,檢查信號(hào)正常。

2.5 聲幅、變密度電路故障

聲幅和變密度信號(hào)幅度不一致,無(wú)法正確判斷水泥膠結(jié)情況。

聲幅和變密度聲波信號(hào)的放大以及所有聲波信號(hào)的采集功能由聲波發(fā)射電路完成。變密度信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器N2完成差分放大、帶通濾波功能,送入運(yùn)算放大器N3完成高倍增益放大,最后輸入到單片機(jī)D3完成數(shù)字化采集,如圖6所示。變密度信號(hào)偏小,調(diào)整發(fā)射電路板變密度高增益反饋電阻R34,如圖7所示。對(duì)比聲幅和變密度信號(hào)幅度大小,當(dāng)R34由10 kΩ調(diào)整為20 kΩ,信號(hào)幅度達(dá)到一致。

圖6 聲波變密度信號(hào)采集流程圖

圖7 變密度放大電路

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)SMSBT-1000存儲(chǔ)式扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井儀電源電路、發(fā)射電路、通訊電路以及信號(hào)處理電路的典型故障,分析了儀器工作原理,研究了解決問(wèn)題思路,提出了解決方案和維修方法。在實(shí)際維修工作中,對(duì)于儀器的不同故障現(xiàn)象,要進(jìn)行具體分析,判斷出現(xiàn)故障的關(guān)鍵因素,總結(jié)解決方案,才能不斷提高維修效率,為測(cè)井施工提供技術(shù)保障。