數字自然能譜伽馬測井儀EDST常見故障解析

駱應杰(中海油田服務股份有限公司油田技術事業部墨西哥項目組，墨西哥 卡門 24157)

1 設備簡介

數字自然伽馬能譜測井儀EDST主要包括探測器、前置放大電路、PHA電路、控制電路、能譜分析電路、I/O電路、電源電路等部分。自然伽馬能譜測井儀根據測量可以輸出鉀、鈾、釷三條曲線和一條總伽馬曲線，對分析地層沉積相不區分粘土礦物有很大作用[1]。

2 自然伽馬能譜儀器的測量原理

自然伽馬能譜儀器利用巖石中特定元素產生的伽瑪射線(鉀、鈾、釷，能量特定)與閃爍晶體相互作用時，通過晶體和光電倍增管產生一個光電脈沖信號，這個脈沖信號被電路分析然后識別[1]。而自然伽馬就是測量一定能量范圍內所有伽瑪射線的強度，能譜測量就是把這個波長范圍內采集的伽瑪信號按照特定的波長分析之后區別累計(對應于不同的能量道，也就是所謂譜數據)，并對譜數據加以區分并解析出鉀、鈾、釷元素[2]。

自然伽馬能譜測井儀是一種沿著井眼剖面測量巖層自然放射性活度分布的測量儀器。測井時，閃爍晶體把地層伽馬射線轉化為光脈沖信號，由光電倍增管的光陰極轉換為光電子，經光電倍增管放大后輸出負電壓脈沖，經幅度鑒別、分頻、整形、功放，然后經電纜輸送到地面[3]。

3 疑難故障解析及排除方法

3.1 EDST影響儀器串通訊

(1)故障現象。檢查常規大滿貫儀器，儀器串無法建立通訊，將EDST從儀器串中移除后，儀器串通訊正常建立。

(2)檢測和維修方法。單獨檢查EDST儀器，儀器自身通訊也無法建立，通過對故障現象進行分析，認為EDST儀器影響大滿貫儀器串的通訊。拆卸EDST儀器外殼抽出線路，對電子線路進行直觀檢查，發現電源板上的濾波電容C3和C6引腳和電容本體分離。濾波電容不僅使電源直流輸出平滑穩定，降低了交變脈動電流對電子電路的影響，同時還可吸收電子電路工作過程中產生的電流波動和經由交流電源串入的干擾，使得電子電路的工作性能更加穩定。由于電源板上濾波電容C3和C6引腳與電容本體分離，電容在電路中沒有發揮出相應的作用，導致交流電源串入儀器電路，儀器本身無法建立通訊，且影響儀器串的通訊。更換電源板上的C3和C6電容，并用道康寧RTV3145耐高溫密封膠將電容本體固定在電源板上，防止儀器在井下或運輸過程中劇烈震動導致電容引腳與電容本體分離，連地面測試，儀器串通訊正常。

3.2 M5通訊異常

(1)故障現象。對EDST儀器進行GR計數和能譜刻度，GR計數刻度正常，能譜刻度出現通訊錯誤。

(2)檢測和維修方法。EDST數字自然伽馬能譜測井儀可以同時測量GR計數和能譜曲線，GR計數數據量較小，通過M2通道傳輸，能譜數據量較大通過M5通道傳輸，GR計數刻度正常，能譜刻度通訊異常，對GR儀器M5通訊進行訓練，發現示波器M5通道波形有較大雜波干擾信號，說明儀器的M5通訊存在問題。儀器M5通訊由能譜分析板上M5通訊編碼電路U10( 6409)編碼后，送入I/O板，經M5模式變壓器耦合到儀器IB總線。拆卸儀器，抽出線路，按照信號流程，用示波器測量I/O板上M5通道的IC3(DS1633)芯片的輸入和輸出波形均異常，繼續往前測量M5通道電路的波形，發現能譜分析板板上M5編解碼芯片U10(6409)輸出BOO和BZO波形異常，BOO和BZO為M5數據，U10輸入正常。更換能譜分析板上U10芯片后，儀器M2和M5通訊均正常，GR計數和能譜刻度均正常通過。

3.3 GR計數偏高

(1)故障現象。EDST儀器通訊正常，GR計數偏高。

(2)檢測和維修方法。儀器通訊正常，GR計數為110 API，正常此地區GR本底計數為50 API，對儀器進行FIT正常，懷疑EDST儀器GR計數處理電路故障或GR探頭故障。拆開儀器，抽出線路，測量儀器的供電和高壓管的高壓均正常，示波器測量GR處理電路信號無異常，懷疑GR探頭故障。拆開探頭，仔細檢查各個部件，碘化銫晶體與光電倍增管均正常，但發現探頭引出的信號線SIG(白色)被擠破，如圖1所示，干擾信號進入GR通道，導致GR計數偏高。更換白色信號線，重新焊接，連地面系統測試，GR計數正常，用伽馬架對儀器進行刻度也正常。

圖1 探頭白色信號線被擠

3.4 GR計數和保溫瓶溫度異常偏高

(1)故障現象。GR儀器通訊正常，GR計數和保溫瓶溫度異常高，GR計數高達500 API，正常此地區GR本底計數為50 API，室溫下GR儀器保溫瓶溫度為104 ℃。

(2)檢測和維修方法。伽馬計數和溫度顯示同時異常偏高，懷疑GR信號及溫度處理電路故障或儀器供電故障。用萬用表測量測量儀器供電，高壓管的輸入即CONTROLLER板上的電容C26兩端，發現電壓為0VDC，正常應為11VDC左右。繼續測量電源板上的供電，發現-15VDC為-8VDC，+5VDC為3.3VDC，+15VDC正常。測量骨架上-15V三端穩壓器42095-015輸入為23VDC正常，骨架上+5V三端穩壓器42094-05輸入為10VDC正常，但42095-015和42094-05三端穩壓器輸出異常，說明三端穩壓器工作異常。儀器供電異常，芯片供電異常，未達到芯片額定工作電壓，芯片無法正常工作，導致GR計數和保溫瓶溫度異常偏高。更換儀器骨架上-15V的三端穩壓器42095-015和+5V三端穩壓器42094-05后，測量儀器電源都正常，GR計數為50 API正常，室溫下保溫瓶溫度為20 ℃也正常。

3.5 GR計數偏低

(1)故障現象。儀器通訊正常，EDST的GR計數偏低，僅為10 API，正常此地區GR本底計數為50 API。

(2)檢測和維修方法。懷疑EDST儀器高壓偏低、GR計數處理電路或GR探頭故障。用萬用表高壓探頭測量高壓管輸出正常，用示波器測量PHA板SINGAL IN，即GR脈沖信號的輸入，GR脈沖數量偏少，懷疑GR探頭故障。拆卸GR探頭，直觀檢查光電倍增管及碘化銫晶體，發現碘化銫晶體碎裂，導致GR計數偏低。更換碘化銫晶體，恢復儀器，連地面測試GR計數正常。數字自然伽馬能譜測井伽馬探測器由光電倍增管及碘化銫晶體組成，屬于精密配件，在搬運、使用、維修安裝過程中，應注意防碰、撞等沖擊行為，以免損壞探頭。

3.6 GR計數為零

(1)故障現象。儀器的通訊正常，計數為零，放上GR刻度架，儀器計數依然為零。

(2)檢測和維修方法。懷疑EDST儀器高壓模塊輸出為零、GR計數處理電路或GR探頭故障。抽出電子線路，對儀器的供電進行檢查，+5 V、±15 V及-22 V供電均正常，用萬用表及高壓表筆檢查儀器的高壓輸出，發現高壓模塊輸出為零。U4(AD7549)輸出一個模擬電壓信號來控制高壓模塊輸出電壓，可以在電解電容C26的兩端測量到這個電壓信號(HVENUS)，U4是一個精準的D/A轉換器，U1(87C51)通過外部命令來改變U4輸出的模擬電壓。對信號進一步測量，發現控制板上HVENUS信號為零，懷疑是Q1三極管處于關斷狀態，11V無法供給HVENUS。繼續用示波器檢查發現U5(LM124)的14腳及1腳均無輸出信號，在檢查發現U4(AD7549)的17、18腳無輸出信號，U4的13、19腳(VREFA)無輸入信號，懷疑是-15 V沒有從U14(LM120H-15)供給過來，最后發現電容C15被擊穿，C15兩端電阻為0.34歐姆，-15 V直接短接到地，造成-15 V無法供給U4的13、19腳(VREFA)供電，導致高壓控制信號和儀器高壓為零，更換控制板上電容C15后，連地面檢查，GR計數正常。

3.7 伽馬計數時有時無

(1) 故障現象。數字伽馬能譜測井儀在多地的現場作業中出現了伽馬計數時有時無的現象。

(2)檢測和維修方法。經多方查找原因，發現儀器保溫瓶內骨架若沒有與地連接，會導致保溫瓶內骨架和電源骨架存在電壓，此電壓進入信號處理板后導致伽馬計數時有時無，原來儀器電路設計中電源骨架與保溫瓶內骨架是不相連的，只與保溫瓶內電路板的地線連接，若在保溫瓶內信號處理板上增加一根地線，把它和骨架連接，就會使伽馬計數不穩定的現象消失[4]。

4 維保注意事項

(1)設備中帶引腳的電容，建議用道康寧RTV3145耐高溫密封膠將電容固定在電路板上，起到固定電容的作用，防止因強烈震動導致電容引腳與本體分離，從而引起儀器工作異常。

(2)設備出現故障時，建議先從供電入手，排除了供電問題再去分析其他故障，因為供電故障較容易確定故障點。

(3)維保數字能譜測井儀測高壓管的輸入，可以測量控制板上的C26電容兩端電壓，此電壓為HV的1/100。直接用高壓探頭測量高壓時，不建議從P8公插頭處直接測量，防止誤操作造成儀器損壞，建議測量高壓管輸出引線。

(4)耦合光電倍增管和晶體，盡可能少用耦合劑，長時間的仔細研磨可改善光損失和光散射，另外研磨后放置幾小時有助于耦合劑穩定。

(5)組裝儀器電子線路和探頭部分，建議將探頭的三根引出線用線繩固定，防止安裝過程中，彈簧壓縮造成擠線。

(6) EDST儀器維修后，建議用伽馬刻度架對儀器進行刻度，檢驗儀器狀態。

(7)數字自然伽馬測井儀的傳感器由光電倍增管和晶體組成，屬于易碎品，在搬運、使用、維修安裝過程中，應注意防碰、撞等沖擊行為，遠離強磁材料及強磁環境，以免損壞晶體、光電倍增管及儀器其他部分[5]。

5 結語

維修數字自然能譜伽馬測井儀EDST時，首先要熟悉各個部分的作用和電路原理，通過故障現象，大致確定一下故障范圍，再以電路圖為根據，對相關信號流程進行分析和測量，最終確定到故障點，將問題徹底解決。