關于對巖性密度測井儀的認識思考

魏小輝

摘 要 巖性密度儀能分析地層體積密度、光電吸收指數(shù)，還可測定井徑，給現(xiàn)代勘探工作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。伴隨此類儀器的使用范圍的不斷擴大，實際操作中還是存在許多待解決的問題。文章立足于對巖性密度測井儀的分析，簡要闡述此儀器的運用背景、使用現(xiàn)狀，并深入分析了此儀器的實際工作原理。隨后，對巖性密度測井儀運用中的兩大重點部分加以探討，分別為刻度及井徑臂，最后介紹了運用時應注意的幾點事項，旨在為有關從業(yè)人員提供參考。

關鍵詞 巖性密度測井儀 刻度 井徑臂

中圖分類號：P631.8+13 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0103-03

巖性密度儀的運用，實質(zhì)上就是借助于分析γ射線強度的變化情況，同時在分析Cs137能譜的變化后，以相關數(shù)據(jù)為標準來統(tǒng)計出地層體積密度、巖性成分。如此一來，便能夠高效且快速地為各種勘探工作打下堅實基礎。在運用時必須要儀器緊緊貼在井壁上測定，從而消除泥漿、井眼等因素對測量結(jié)果的干擾。為此，結(jié)構(gòu)設計上應結(jié)合實際加以創(chuàng)新。文章以ECLIPS-S5700配備2228巖性密度儀作為樣本，除了論述其運用原理、現(xiàn)狀、注意事項外，重點也分析了操作中出現(xiàn)的相關情況。

1 巖性密度測井儀運用背景及現(xiàn)狀

核測井是地球物理測井的重要分支，其主要原理就是借助于射線以及物質(zhì)間的相互作用，再通過分析放射性的變化規(guī)律之后，幫助相關的學者以及技術人員能夠?qū)Ξ數(shù)貛r石的化學成分有一定掌握。所以，巖性密度測井儀便是在上述過程中不可忽視的重要儀器之一。利用此儀器能夠獲取地層許多重要信息和指標數(shù)據(jù)，例如PE（光電吸收指數(shù)）、地層體積密度等等，因而被廣泛運用在石油勘測等多個實際方面。如今，關于巖性密度測井儀的運用越來越廣泛，諸如核電子學、信號處理等多種先進技術領域中，都體現(xiàn)其出獨特的技術效果。另外，巖性密度測井儀其實是基于補償密度測井的基礎上的，它能夠準確地分析出地層密度值以及光電吸收截面，因而在分析地層巖性、孔隙度中有著非常重大的運用價值。此外，在實際測量時還可以和其它的儀器進行協(xié)作，例如常見的中子測井儀等，能發(fā)揮出其各自優(yōu)勢，進而為各種重要測井項目提供重要的數(shù)據(jù)支持。[1]

2 巖性密度測井儀工作原理

巖性密度測井儀主要囊括了電子線路EA、儀器機械節(jié)MA兩項。在電子線路EA部分包括電源板、控制板、信號處理板等;儀器機械節(jié)MA則相對簡單，由電源電路、探頭、推靠臂組成。將儀器實際置于井下操作時，通常都是按照相關規(guī)定將推靠臂進行開、收，使其極板探頭緊靠井壁。隨后，再將所搜集后的數(shù)據(jù)傳送至電子線路進行深入處理。最終發(fā)送于地面測井系統(tǒng)后，呈現(xiàn)出我們需要得知的相關結(jié)果。若從更為深入、細致的角度來看，關于儀器的作用原理，則是相對復雜化的一個過程，當進行測井作業(yè)時，儀器結(jié)合能發(fā)射出661keVγ射線的Cs-137放射源，并和底層中的物質(zhì)先產(chǎn)生康普頓效應。由于此效用中散射的截面和地層體積密度間有一定關聯(lián)，所以有關學者也常根據(jù)截面數(shù)據(jù)，及時有效地判定出底層巖石密度情況。同時，當γ射線及底層物質(zhì)發(fā)生康普頓效應后，勢必會一定程度上讓γ射線自身能量顯著減少，當不斷縮減到某一個數(shù)值后，γ射線會產(chǎn)生光電吸收效應。隨后測量光電吸收截面指數(shù)，將其作為依據(jù)來用專門的公式來推導出物質(zhì)的原子序數(shù)，也就意味著能夠得知地層物質(zhì)中蘊含了哪些不同的元素。因為同類別的儀器大多都提供了不同源距的多個探測器，那么當實際操作測定時，就可以將不同源距的探測器進行更替、組合，從而消除井內(nèi)其它因素（如泥餅）對最終結(jié)果的干擾，從而促使測量結(jié)果更有可靠性、值得借鑒和分析。[2]

3 巖性密度測井儀刻度及井徑臂

3.1 巖性密度測井儀刻度

儀器刻度中常出現(xiàn)以下不達標的情況，導致“未通過”。例如刻度塊位置不當、推靠器極板等不潔等等。以下從兩個方面分析儀器的刻度。

其一，關于“死時間”校正。“死時間”現(xiàn)象指探測γ射線需延誤一定時間。正常情況下，關于“死時間”的校正很小，因此導致測量時難以避免各種誤差。但誤差的存在會伴隨計數(shù)率增多而提升，因此若處于低密度環(huán)境（如硅藻巖）下，誤差可能較大，此時則要結(jié)合密度曲線（ZDEN）、密度校正曲線（ZCOR）相關公式加以校準。其二，關于儀器刻度。儀器刻度組成主要包括兩個鎂合金塊、鋁塊及兩個金屬片，金屬塊的密度值均參照了美國休斯敦的標準。在刻度時，刻度塊的位置可調(diào)整，水平或垂直均可。隨后將推靠器放置其水平處即可。同時，應當保障極板干凈、干燥，不會殘留灰塵、巖屑等雜質(zhì)，以保障測量結(jié)果準確性。隨后，將推靠器極板朝向刻度塊較“厚”的部分，對齊極板上邊緣及刻度塊。施加一定的壓力讓極板緊密和刻度塊貼合，注意在此過程中不可讓極板移動、旋轉(zhuǎn)、傾斜，否則會導致位置錯誤，影響測量工作。完善上述操作后進行校正測量，此時能夠計算出刻度表中的鎂鋁之比，若計算出的數(shù)據(jù)和預估的誤差范圍有明顯差異，此時則要將極板、金屬片重新放置后再次測量。倘若重新測量后依然未能達到誤差要求，那么此儀器則可能出現(xiàn)故障需進行檢修了。總而言之，關于刻度和分析，需確保其探頭極板干燥潔凈，且校正、軟硬比（SHR）、DEN等指標都處于誤差范圍內(nèi)。[3]

3.2 巖性密度測井儀井徑臂打開及閉合

部分測井儀在設計上存在缺點，比如無馬達工作電壓上傳。所以操作技術人員無法通過直流面板情況來分析電壓情況。倘若此時馬達上的電壓過大，會導致儀器熱量較大，可能延長井徑臂的開合時間。針對上述儀器，當實際操作時應當讓井徑臂先保持靜止，或是緩慢上提的狀態(tài)（指速度低于10m每分鐘）時才打開。需要注意的是，當儀器正處于下行操作時千萬不可打開井徑臂，或者是它正常工作時使其保持下行。這兩種操作可能會導致井徑臂卡住，或者是不小心使其彎曲、折損;情況嚴重時還可能直接導致儀器卡在井內(nèi)。部分巖性密度是數(shù)字遙測儀，和模擬儀器不同的是，它能夠在不關閉主流電源基礎下發(fā)指令，將電源傳送給馬達。聯(lián)合實際情況，諸如模擬儀器斷電后，要將其保持成“井徑關閉”狀態(tài)。這是為了巖性密度儀器異常井徑臂無法正常閉合后，就可以借助模擬器關閉，進而將儀器上提出井眼。需要注意的是，關于井徑臂打開及閉合操作在運用時必須加以重視。例如若井徑臂處于打開狀態(tài)下不慎被提出井眼，那么井徑臂會立刻從受限狀態(tài)下出現(xiàn)劇烈的反彈，此時所飛濺起的泥漿、巖屑等，都可能會傷及施工操作的人員，因而必須加以關注。[4]

4 巖性密度測井儀運用注意事項

運用巖性密度測井儀時，若發(fā)現(xiàn)其曲線異于常規(guī)情況，要注意是否存在其它的影響條件，通常包括以下五點：第一，當井中出現(xiàn)大量的重晶石、赤鐵礦或是其它的化學制品時，可能會對測定結(jié)果構(gòu)成影響。這是因為化學物質(zhì)、赤鐵礦等都具備較高的光電吸收截面，容易干擾到最終結(jié)果。第二，大裂縫地層。導致地層出現(xiàn)裂縫的原因有很多，多是內(nèi)、外兩因素的綜合作用。當出現(xiàn)大裂縫后，會影響到測量基本條件。第三，當泥餅的厚度高達1/2in。當泥餅較薄且貼合緊密時，會對測井工作創(chuàng)造一定有利條件，反之，則可能影響到最終測定的準確率。第四，大于井徑測量的沖蝕擴大井段。沖蝕即沖刷。當出現(xiàn)井徑擴大現(xiàn)象時，也會影響到巖性密度測井儀使用效果。第五，不規(guī)則、皺褶或波狀井眼。若出現(xiàn)此類形態(tài)的井眼，要深入研究后再考慮是否運用巖性密度測井儀。此外，當操作人員在進行測量時，也要防止出現(xiàn)一些不恰當?shù)氖謩釉鲆嬲{(diào)節(jié)，以免影響到儀器最初的測量效果，且原始數(shù)據(jù)回放（RDR）再處理也無法將其校正。[5]

5 當巖性密度測井儀發(fā)生故障時的解決方法

5.1 巖性密度測井儀器無譜峰、計數(shù)異常

巖性密度測井儀在使用的過程中，最常發(fā)生的故障問題就是儀器無譜峰，且長源距的計數(shù)出錯。要迅速解決，需要先查找問題所在。維修人員可以先更換電子線路，并提供直流電，檢測發(fā)現(xiàn)依然沒有譜峰，且推靠臂不能正常開合，可以在推靠臂閉合的狀況下，晃動儀器MA，并觀察其交流面板的電流，若電流在兩百毫安到兩百五十毫安之間反復跳動，則說明巖性密度測井儀的故障處就集中在電源、極板線等地方。維修檢測人員可以根據(jù)故障的具體情況，進一步的展開排查。[6]

維修人員要查看測井儀整體構(gòu)成以及信號的流通過程，可發(fā)現(xiàn)故障主要是由以下兩種情況導致。其一，控制推靠臂的打開和閉合的繼電器的電壓出現(xiàn)異常，進而導致出現(xiàn)故障，造成無譜峰以及計數(shù)異常的問題。其二，長源距的探頭高壓管的電壓輸入有誤。不排除兩個問題共同作用導致巖性密度測井儀出現(xiàn)故障問題。由于供電電壓出現(xiàn)問題，維修人員需要先對正在工作中的供電電壓進行故障排查。如果發(fā)現(xiàn)+24VDC的電路沒有出現(xiàn)異常情況，則需要進一步的分析和考察。比如可能出現(xiàn)五號探頭線的絕緣強度弱，而且外部出現(xiàn)破裂或損壞，維修人員由此可以確認故障原因。由于五號探頭線是高壓管的輸入電壓，而其絕緣能力下降，以及外部出現(xiàn)破裂和損壞問題，導致在進入長源距高壓管時對+24VDC電壓造成影響，導致電壓不足，不能保證推靠臂的繼電器的穩(wěn)定供電，兩個繼電器的供電電壓不足，導致推靠臂不能正常打開和閉合，因為長源距的高壓管受到五號探頭線的影響，不能輸出高壓電壓，導致長源距探頭不能順利獲取數(shù)據(jù)，從而導致計數(shù)出現(xiàn)問題，由于數(shù)據(jù)獲取異常，因此長源距計數(shù)顯示為零，沒有譜峰，而短源距沒有受到五號探頭線影響，因此計數(shù)顯示正常。在排查情況故障之后，維修人員可以對五號探頭線進行處理，更換新的探頭線，確保其絕緣性，在更換成功后進行測試，如果長源距能夠正常顯示計數(shù)，同時推靠臂能夠正常的打開和閉合，出現(xiàn)譜峰，則說明故障已被排除。[7-8]

5.2 推靠臂閉合時電流大、產(chǎn)生卡頓故障

這種故障也是巖性密度測井儀的常見故障之一，主要表現(xiàn)為，在閉合推靠臂時，電流達到四百四十毫安，并且不能正常的閉合，會產(chǎn)生卡頓問題，閉合時的動作不夠流暢。這類故障的原因比較容易排查，主要是其機械傳動結(jié)構(gòu)而導致的故障。維修人員可以先對該結(jié)構(gòu)進行檢查，尤其是針對銷子、彈簧以及連接桿的檢查。查看螺桿是否存在銹蝕問題，以及彈簧是否發(fā)生了偏移。如果確實如此，維修人員可以更換或清理螺桿，解決銹蝕問題，同時更換新的彈簧總成，并反復打開和閉合推靠臂，如果電流已經(jīng)恢復，并且推靠臂能夠正常閉合，沒有出現(xiàn)卡頓，則說明故障排除。[9-10]

6 結(jié)語

綜上所述，此次從巖性密度測井儀的運用背景、現(xiàn)狀、原理等多方面加以探討，并特以某巖性密度儀為樣本，分析在實際使用中出現(xiàn)的各種問題。例如主刻度不通過主要原因;又如限位開關失效后如何正確地讓井徑臂處于正確的開或閉合狀態(tài)。如此一來，能夠讓相關操作人員明確各種可能會影響測定結(jié)果的因素，構(gòu)建出安全、高效率的測量環(huán)境。相信通過本次分析，相關工作者能夠?qū)r性密度測井儀多一層思考，從而在實際運用中消除干擾因素，提高測量效率和質(zhì)量。

參考文獻：

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[4] 侯遠偉.巖性密度測井儀高壓不穩(wěn)的故障分析及維修[J].山東工業(yè)技術，2017（20）：57.

[5] 劉備.巖性密度測井儀工作原理與典型故障分析[J].科技資訊，2020，18（12）：17，19.

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[7] 唐俊，吳桐雪，吳瑤，等.基于單片機的巖性密度測井儀模擬信號源[J].儀表技術，2019（12）：9-10，15.

[8] 馬麗婷.2228XA巖性密度測井儀傳動系統(tǒng)及推靠臂結(jié)構(gòu)改造[J].石油管材與儀器，2016，02（01）：86-87，91.

[9] 羅翔.巖性密度測井儀刻度方法以及能譜漂移問題的研究[D].成都：成都理工大學，2013.

[10] 劉易，湯天知，岳愛忠.一種新型巖性密度測井儀數(shù)據(jù)采集處理電路設計[J].測井技術，2012，36（04）：397-400.