提高SDZ-30B0感應測井儀鉆輸一次成功率

2011-01-17 03:33:50中國石化中原油田分公司數控測井中心QC小組

石油工業技術監督 2011年11期

中國石化中原油田分公司數控測井中心QC小組

（河南濮陽 457001）

1 小組概況

表1為小組概況。

2 選題理由

隨著水平井及大斜度井日益增多，鉆輸測井逐年上升，鉆輸施工成為近期測井的主要方式。由于SDZ-30B0感應測井儀鉆輸一次成功率偏低，僅為82.8%（見表2），造成測井時間延長、成本增加，數控測井中心領導要求盡快解決。因此，小組決定將“提高SDZ-30B0感應測井儀鉆輸一次成功率”作為本次的活動課題。

3 設定目標

數控測井中心要求：SDZ-30B0感應測井儀鉆輸一次成功率由82.8%提高到90.0%

表1 小組概況

4 目標可行性分析

4.1 SDZ-30B0感應測井儀鉆輸不成功問題調查

小組對2009年SDZ-30B0感應測井儀維修情況進行調查，對48口SDZ-30B0感應測井儀鉆輸（以下簡稱“鉆輸”）失敗的情況進行分類統計分析，做感應鉆輸失敗影響因素分類統計表3。

由統計結果可以看出：儀器故障是造成鉆輸失敗的主要問題。

表2 2009年SDZ-30B0感應測井儀鉆輸一次成功率

表3 鉆輸失敗影響因素統計表

4.2 目標可行性分析

（1）小組組長和副組長從事感應儀器維修20多年，經驗豐富。組員都是本科畢業，理論基礎扎實。小組多次開展QC活動，均達到活動目標。

（2）按以前活動經歷，至少可解決主要問題的80%，那么，感應鉆輸一次成功率可提高到92.8%。

因此，通過本次QC活動可以實現小組設定的活動目標。

5 原因分析

小組成員針對SDZ-30B0感應測井儀器故障，從設備、人員、材料、方法、環境5個方面多次開展分析和研究，找出了原因。

6 確定要因

6.1 15V電源干擾大

《SDZ-30B0感應測井儀維修說明書》要求：15V電源應為14.75～15.25V。如超差會對測井信號造成嚴重干擾，使鉆輸失敗。圖1(a)為有干擾時的15V電源信號，圖1(b)為正常情況下的15V電源信號。

小組2010年3月9～10日抽檢6支儀器，對15V電源進行測量，獲得表4數據。抽樣檢查的6支儀器中有4支15V電源測試值都不符合要求。因此，“15V電源干擾大”為要因。

表4 15V電源輸出測試點電壓

6.2 儀器抗震性能差

鉆輸井井況復雜，井斜大，儀器在下井的時候容易遇阻遇卡，儀器底部直接與井壁硬性碰撞，對儀器本體沖擊大，SDZ-30B0感應儀器的出廠設置只有不銹鋼材質的底鼻子(見圖2)，不能很好地起到減震的作用，導致元器件松動，使測井不能順利進行。經查閱《感應測井儀器維修記錄》發現，因儀器故障造成鉆輸失敗的35口井中，有15口井發生了元器件松動的情況。因此，“儀器抗震性能差”為要因。

6.3 5V電源輸出電壓不穩

隨著井深的增加，井內溫度會逐漸升高，當儀器長期處于高溫工作狀態時，元器件阻值將變小，電流變大，由于穩壓模塊13N4輸出功率要保持恒定，根據公式P=U×I，可知U值會變小。《SDZ-30B0感應測井儀維修說明書》要求：5V電源輸出電壓在4.8～5.1V之間。

經查閱《感應測井儀器維修記錄》發現，因儀器故障導致不能一次鉆輸成功的35口井中，有8口井井深超過4 500m，發生了信號不傳輸的情況。

小組2010年3月18～20日又將8支儀器分別放入高溫烘箱內，加溫至175℃，恒溫2h后，測試5V電源輸出電壓，獲得表5數據，從表中看出：8支儀器中有6支儀器在溫度升高時，5V電源輸出電壓明顯降低，低于技術要求。而且，小組發現：

當5V輸出電壓≤4.8V時，會導致儀器工作不穩定；

當5V輸出電壓≤4.6V時，儀器則完全停止信號傳輸，無法工作。

因此，“5V電源輸出電壓不穩”為要因。

表5 5V電源輸出測試點電壓

6.4 供電錯誤

小組2010年3月6日～4月20日跟隨數控測井中心工程師隨機對小隊10口井的感應鉆輸施工過程進行了調查，操作人員均能按《SDZ-3000地面系統操作規程》進行操作，未出現SDZ-30B0感應測井儀供電錯誤現象。因此，“供電錯誤”為非要因。

6.5 電源板濾波電容管腳松動

電源板濾波電容體積較大，質量重，電容圓柱體長28mm，底面直徑10mm，電源板寬86mm，厚1.4mm，管腳又細，電容管腳正極根部處還有焊點，導致電容抗震性差，使得儀器在震動時，容易造成電容管腳松動，甚至斷裂。

2009年給小隊發出使用的19支SDZ-30B0感應測井儀中有7支儀器都先后出現過不同程度的電容管腳松動，導致儀器不能正常工作，鉆輸失敗。因此，“電源板濾波電容管腳松動”判斷為要因。

6.6 電容耐高溫性能差

小組2009年3月26日查閱了儀器線路圖，發現SDZ-30B0感應測井儀上面所用的電容均為金屬鉭電容，具有性能穩定、壽命長、絕緣電阻大、溫度特性好的特點。

儀器原裝電容耐溫指標要求為175℃，耐溫2h，小組2009年3月28日～4月1日對容值分別為13μF、1 200μF、560μF、470μF電容各抽查10個，逐一放到高溫烘箱內加熱。在175℃時，電容容值變化幅度小，量值穩定，充放電檢查正常。因此，“電容耐高溫性能差”為非要因。

6.7 儀器未一口井一保養

小組2010年3月8日～4月5日調查了《測井儀器交接記錄》、《施工小隊上井報表》、《感應測井儀器維修記錄》，發現2009年小隊能做到 “一口井一還”，儀修人員也能保證做到“一還一保養”，避免了儀器未經檢查、保養造成儀器“帶病”上井的情況發生，防止將儀器隱患帶入下一道施工工序。因此，“儀器未一口井一保養”判斷為非要因。

6.8 長途顛簸

測井施工現場離基地大多路途遙遠，而且路況復雜，長途顛簸會導致線路保溫筒上的固定螺絲松動，但保溫筒采用3個螺絲固定。小組于2010年4月8～14日在分別擰松1個至3個螺絲的情況下進行教學井實驗，發現個別螺絲松動并不會影響到整個鉆輸的進行，只有當3個螺絲全部松動時才有可能會影響到線路下接頭與線圈系上接頭的連接中斷，致使鉆輸失敗。小組又查閱了《感應測井儀器維修記錄》，2009年固定螺絲松動引起的儀器故障只出現過1次。因此，“長途顛簸”判斷為非要因。

6.9 井眼環境的影響

鉆輸是在裸眼井中進行測量的，當井斜大或井眼縮徑嚴重時，井壁圍巖棱角就有可能刮傷儀器表面，蹭壞電極環，造成測井信號干擾或錯誤。由于這是井眼環境所造成的，屬客觀因素，小組無法解決。因此，“井眼環境的影響”為非要因。

通過采取現場跟蹤、車間抽樣測試、高溫試驗、教學井試驗等方式，小組最終確定了4條要因，分別是15V電源干擾大、儀器抗震性能差、5V電源輸出電壓不穩、電源板濾波電容管腳松動。

7 制定對策

表6為制定對策表。

8 實施對策

8.1 在電源電路增加濾波電路，降低干擾

小組對6支儀器的15V電源電路中加入由1kΩ電阻和470pF電容組成的濾波電路，通過檢測，發現大大降低了電源信號里的紋波干擾信號，改進后15V電源電壓均在14.75～15.25V之間（見表7），達到預先設定的目標。

改進前后的15V電源電路圖對比如圖3所示。

小組報請中心批準，對剩下的13支SDZ-30B0感應測井儀進行改進。

表6 對策表

表7 改進后15V電源測試電壓

8.2 制造導向錐，提高儀器抗震性

8.2.1 結構選擇

小組選擇圓柱體、錐體2種結構方式，從抗擠壓性、導向性、耐磨性方面對這2種結構進行綜合評價，最終選擇錐體為導向錐的外形結構 (如表8所示)。

8.2.2 材質選擇

小組選擇鐵質彈簧、橡膠+鋼絲2種材質，從韌性、耐腐蝕度、加工程度方面進行綜合評價，最終選擇使用橡膠+鋼絲為導向錐原材料（如表9所示）。

最終，小組制作導向錐采取內部使用測井電纜鋼絲，外部使用耐磨橡膠整體澆注成錐形，以增加其柔韌性和耐磨性，防止遇阻時橡膠斷開。在導向錐的上部設計為不銹鋼連接部件，以便與SDZ-30B0感應測井儀底部配接，起到儀器在下放過程中導向和緩沖作用，避免井壁對儀器硬性沖擊，提高了儀器的抗震性。小組根據感應儀器尺寸，設計了導向錐結構如圖4所示。

表8 導向錐結構選擇

表9 導向錐材質選擇

鋼絲

小組制造了6個導向錐，和原感應儀器連接后進行現場測試。2010年7～9月份鉆輸80口井，沒出現因井況差，造成的儀器元器件顛壞的情況，實現了預定目標。

導向錐使用成功后，小組報請數控測井中心，要求再加工13個導向錐，在SDZ-30B0感應測井儀鉆輸施工中進行推廣，并得到批準。

8.3 減小反饋取樣電阻，穩定5V輸出電壓

首先，小組利用可調電阻代替13R2反饋取樣電阻，然后將電子線路放到高溫烘箱內加熱到175℃，恒溫2h后，調試可調電阻的阻值，直至5V輸出電壓穩定在4.9～5.1V之間，測量此時可調電阻的阻值為1Ω。

其次，小組設計了2種解決方案：①在穩壓模塊的反饋取樣電阻上并聯同一阻值、同額定功率的電阻，使其阻值減小一半，增大輸出功率，穩定5V輸出電壓。并聯電阻分流，使原2Ω電阻的功率（1/4W）不變。②用額定功率是2Ω電阻2個并聯。用1/2W額定功率的1Ω電阻代替，但是隨著額定功率的增加，電阻的體積也變大，電阻管腳直徑也相應變大，不適合在SDZ-30B0感應測井儀這種集成化程度高，布局緊密的線路板上焊接固定。

綜合以上，小組決定采取方案一，見圖5。

小組對6支感應儀器進行改造，將電子線路放到高溫烘箱內加熱至175℃，恒溫2h，對5V輸出電壓進行了測量，見表10。

表10 改進后5V輸出電壓測試值

從表10可以看出5V測試電壓變化范圍在4.9～5.1V之間，完成設定目標。小組隨即對所有SDZ-30B0感應測井儀的5V電源反饋電阻進行改進，并投入使用。

改進后，2010年7～12月份測井最深井深達4 812m，均未發生5V電源輸出電壓不穩造成的線路信號不上傳的情況。從根本上杜絕了因溫度升高導致5V電源輸出電壓不穩的現象。

8.4 增加固定夾，涂抹固定膠，提高濾波電容穩固性

首先，小組將SDZ-30B0感應測井儀電源板上濾波電容焊掉。其次，根據濾波電容長度和直徑，裁剪一片長度約為20mm，寬度88mm的銅片作為固定夾。然后，將固定夾中央位置處和電容下端的線路板位置處鉆直徑為φ2mm的孔，將固定夾用螺絲固定在線路板上，并折成U形。最后，將濾波電容加焊錫重新焊接，并在濾波電容與固定夾之間涂抹固定膠進行粘固。

另小組在每次大修感應儀器時濾波電容進行檢查。改進后，測井153口，濾波電容再未出現過管腳松動的情況。