D4CG独立四臂井径仪原理及常见故障维修

刘书涛

中原石油工程有限公司地球物理测井公司

摘要：

目前测井小队需要提供高精度、全方位的井径数据, 以满足井壁评价、固井水泥用量计算等工程需求, 及测井解释中地质分层、曲线相互验证的需求, 而独立四臂井径仪D4CG因老化、井况差等原因故障率越来越高, 且仪修人员紧缺。针对此现状, 通过阅读相关资料和手册, 总结了独立四臂井径仪的仪器组成、测量原理, 对实践中出现的具有一定代表性的故障问题进行了分析, 给出了相应的解决办法, 优化了维修过程, 提高了维修效率。

关键词：

D4CG独立四臂井径仪; 常见故障; 维修方法;

作者简介： 刘书涛, 男, 1985年生, 工程师, 2010年毕业于中国石油大学 (北京) 地球探测与信息技术专业, 现主要从事仪器维修工作。E-mail:867740566@qq.com;

收稿日期：2018-12-07

Principle of D4CG Independent Four-arm Caliper and Maintenance of Common Faults

LIU Shutao

ZPEB Wireline Logging Company

Abstract：

At present, logging teams need to provide high-precision and omnidirectional borehole sizes data to meet the engineering needs of wellbore evaluation, calculation of cementing cement dosage, and the requirements of geological stratification and curve mutual verification in logging interpretation. The failure freguency of D4CG independent four-arm caliper is getting higher and higher due to aging, poor well conditions and other reasons, and the repairmen are lack. In view of this situation, the methods for optimizing maintenance process and improving maintenance efficiency are urgently needed. Through studing relevant materials and manuals, the structure and measuring principle of D4CG independent four-arm caliper are summarized, the typical problems in practice are analyzed, and the corresponding solutions are put forward. The maintenance process has been greatly optimized and the maintenance efficiency has been improved.

Keyword：

D4CG independent four-arm caliper; common fault; maintenance method;

Received： 2018-12-07

0 引 言

D4CG独立四臂井径仪是530 快速测井平台系统中的重要仪器之一, 可同时测量相互正交的4个方向的井眼的半径, 与井眼的方位资料一起, 可以得到井眼轨迹和井眼形状 (即井眼几何形状) , 以便于正确估算固井材料的用量, 把握井壁塌陷等信息, 满足许多油井工程的特殊需要^[1,2,3]。随着石油市场的回暖, 中原探区测井任务量快速增加, 由于仪器的使用频率变大, 且很多仪器存在器件老化问题, 仪器故障率大大升高。作为仪修人员, 掌握该仪器的仪器原理以及常见故障现象分析、处理方法非常必要。

1 仪器组成与原理

D4CG独立四臂井径仪由电子线路和探头两部分组成。线路中含有三总线接口电路, 可以独立实现和遥测短节的通讯, 无需公共线路。D4CG独立四臂井径仪可以接在仪器串中遥测短节以下的任意位置。D4CG独立四臂井径仪原理框图如图1所示。

遥测短节通过三总线将地面下发的推、收控制命令通过接口电路解编后, 产生相应的控制位, 控制对应继电器动作, 从而实现推靠、回收、测井不同状态的切换。电动机和电磁阀驱动液压系统, 实现四条井径腿的推靠和回收。控制电路、电机、电磁阀以及液压系统任一处出现故障, 都会影响井径腿的开合。

测井时, 井径腿的活动联动各自的电位计, 产生随井眼半径变化而变化的四路电压信号, 该信号由信号采集板通过压频转换数字化, 再由三总线接口电路将数据传输到遥测短节, 遥测短节将其编码并最终上传给地面系统。

测井中, 造成上传井径数据错误的原因多为电位计绝缘不好, 其次为三总线接口电路器件故障。

图1 独立四臂井径仪原理框图

2 故障分析与处理

       2.1 井径腿不能正常推靠、回收

故障现象1:车间通电检查D4CG独立四臂井径仪, 井径腿处于收拢状态, 下发推靠指令, 并供辅电, 井径腿不能正常打开。

处理办法:三总线接口电路如图2所示, U3负责上传井径数据, U2将下发指令进行电平转换, U1解编指令产生井径开关控制位B0、B1, 并送至井径腿开关控制电路。

图2 三总线接口电路

井径腿开关控制电路如图3所示。控制位B0、B1由反相器 (4069) 进行两次反相, 并由三极管 (V1、V2、V3、V4) 驱动, 控制继电器 (K1、K2) 动作, 将地面仪器下发的115V交流辅电连接至电机或电磁阀。

电机通电时, 启动电容使电机开始转动, 而后主绕组使电机持续转动。在电机的带动下, 油泵驱动液压系统回收测量臂^[4]。电磁阀通电时, 液压系统泻掉压力, 测量臂在主弹簧的弹力作用下实现推靠。

维修实践中, 首先用示波器或万用表检查U1的14、13脚输出的B0、B1电平是否正确。

B0、B1电平如不正确, 更换U1或U2;如B0、B1正常, 则检查井径腿开关控制电路。

以B0信号为例, 用示波器逐级检测。当B0为高电平时, 两个反相器 (4069) 的输出分别为低电平、高电平, V1导通, 其集电极输出低电平;V2导通, 其集电极也输出高电平。继电器K1闭合, 即脚6与脚1导通, 脚3与脚8导通^[5]。

当B0位低电平时, 各级输出与此相反。如果哪一级的输出或状态异常, 则更换对应器件。

如果线路部分正常, 则应拆卸探头, 重点查看电磁阀的连线是否断开, 以及电磁阀是否被烧毁。如电磁阀有故障, 则将其更换即可。

故障现象2:车间通电检查D4CG独立四臂井径仪, 井径腿处于打开状态, 下发回收指令, 并供辅电, 井径腿不能正常回收。

处理办法:下发回收指令, 供辅电时, 听一下探头电机是否有转动声音。如电机不转, 则仿照故障现象1的处理方法检查接口及开关腿控制电路。如电路部分正常, 则拆开探头检查电机及其启动电容是否完好。供辅电时, 如能听到电机转动的声音, 则应拆开探头检查油泵及液压系统是否正常, 发现故障更换相应配件即可。

图3 井径腿开关控制电路

       2.2 井径数据错误

故障现象:车间通电检查D4CG独立四臂井径仪, 上传井径数据为死值或数值跳动。

处理方法:探头电位计原理图如图4所示。4个电位计并联到+12 VDC电源上, 电位计滑动触点与测量臂联动, 井径变化可以引起电位计触点的移动, 从而输出4个变化的可以反映井径大小的直流电压信号CAL1、CAL2、CAL3、CAL4^[6]。井径电压信号输入到数据采集及AD转换板上, 经多路选通, 压频转换, 整形, 计数, 并串转换, 数字化形成上传数据, 由接口电路驱动上传到UDATAGO总线上^[7,8]。

图4 推靠器电位计原理图

如果4个井径数据均为死值, 原因多为±12 V电源损坏。断开电源板负载, 用万用表检查电源板输出, 如电压值不对, 则多为对应稳压块损坏, 更换稳压块即可。如电源板正常, 则有可能某一个电位计对地短路将+12 V电源拉低, 分别测量4个电位计对地阻值, 将对地短路的电位计更换即可。

4个井径数据中如果只有一个为死值或跳动, 则多为对应电位计损坏, 更换该电位计即可。

3 结束语

D4CG独立四臂井径仪常见故障包括测量臂推收故障和井径上传数据错误两大类情况。基于总结的仪器原理和故障分析处理方法, 至今已维修了3支积压故障D4CG, 10支新返还故障D4CG, 每支维修时间不超过2 h, 维修过程得到优化, 维修效率得到提高, 更好地保障了测井施工的进行。