微電阻率掃描成像測井儀ERMI 典型故障解析

汪金柱

（中海油田服務股份有限公司油田技術事業(yè)部塘沽作業(yè)公司，天津 300000）

0 引言

ERMI 是中海油服生產(chǎn)的一種井壁電成像測井儀，通過掃描測量陣列電扣的發(fā)射電流反映井壁附近地層的電阻率，經(jīng)圖像處理技術形成井壁附近地層的圖象。 可用于描述地層層析結構與構造特征，直觀顯示裂縫、斷層面、不整合及其產(chǎn)狀，進行碎屑巖油藏的沉積相描述,為解決復雜巖性地層勘探提供一種有效的測量方法。

1 E RMI 測井系統(tǒng)的組成

微電阻率掃描成像測井系統(tǒng)由地面系統(tǒng)與井下儀器兩大部分構成。其中，地面系統(tǒng)采用ELIS 成像測井系統(tǒng)的硬件平臺， 軟件部分除了ELIS 系統(tǒng)軟件的通用模塊外，增加了ERMI 專用的儀器控制與數(shù)據(jù)通訊模塊。井下儀器包括儀器電子線路、多臂推靠器、測量極板、方位測量短節(jié)、絕緣外套、絕緣短節(jié)以及其他輔助測量儀器等。

2 疑難故障解析及排除方法

國產(chǎn)電成像ERMI 雖然電子線路集成度較高，機械部分設計巧妙，性能較穩(wěn)定，但在長期的作業(yè)使用中，故障也偶有發(fā)生，下面通過對典型案例進行分析，希望對讀者有一定的參考意義。

2.1 馬達電壓和井徑顯示異常

故障現(xiàn)象：ERMI 儀器馬達電壓MOTORV 顯示異常，且2#、4#、6#極板井徑顯示偏小。

檢測和維修方法：通過交叉對比，確定是電子線路ERMI61EA 的問題，初步斷定馬達和井徑信號處理電路故障。井徑板上井徑信號來自井徑傳感器，馬達電壓取自馬達控制板上的采樣電阻R14， 井徑板和馬達控制板過來的模擬信號首先送入主控板（EMCM）進行調(diào)理， 再通過多路復用器DG506AAK 送入ADC 轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 最后經(jīng)FPGA 編碼送到地面顯示。

首先用萬用表測量井徑板和馬達控制板模擬信號都正常， 接著用示波器測量主控板上的U10 DG506AAK 芯片的輸入和輸出，發(fā)現(xiàn)U10 的24 腳和21 腳CAL 2 FILTER 在空載的情況下存在負幾十豪伏的電壓，將井徑和馬達電壓的原始信號拉低，導致地面井徑和馬達顯示異常。 更換主控板上U10 DG506AAK 芯片后，馬達電壓和井徑顯示均正常。

2.2 極板無法上電故障

故障現(xiàn)象： 6 塊極板都無法上電， 極板內(nèi)外部信號均為死值。

檢測和維修方法：ERMI 極板上電過程如下,地面下發(fā)PAD POWER ON 命令，主控板（EMCM）對此命令進行解碼，主控板和信號處理板（EPM）通過同步串口通訊，控制EPM 相關操作，EPM 向極板電源控制模塊（PPCM）板發(fā)送使能信號。PPCM 的功能是對六個極板的供電進行監(jiān)控與通斷控制，在儀器上電時，極板不上電，只有在地面命令的作用下才能打開。

六塊極板都無法上電， 懷疑數(shù)字控制電路或電源控制模塊故障。 觀察地面顯示的數(shù)字電源供電發(fā)現(xiàn)+1.8 V 供電為2.2 V，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)儀器骨架上1.8 V 電源穩(wěn)壓芯片VR4 輸出異常，導致數(shù)字控制電路無法無法正常工作，更換此芯片后，儀器6 塊極板上電正常。

2.3 極板耐溫性能不佳

故障現(xiàn)象：ERMI 渤海進行某井次作業(yè)，井底溫度（wtbh） 為145℃， 上提測量發(fā)現(xiàn)3#和6#極板信號丟失， 將儀器上提至3 200 m 處，wtbh 為130℃，6 個極板信號都正常。

檢測和維修方法：分析故障現(xiàn)象懷疑儀器耐溫性能不佳導致信號丟失，ERMI61EA 電子線路處理極板信號的電路耐溫不佳或ERMI61MA 極板本身耐溫不佳。 將ERMI61EA 和ERMI61MA 分別放入烘箱進行加溫，加溫結果確認極板本身耐溫不佳。ERMI 儀器每塊極板里面有一塊信號采集板 （EPAM），EPAM 用于接收25 路幅值為50 nA-1 mA 極大動態(tài)范圍的2kHz正弦模擬信號， 完成25 通道小信號的放大、 濾波功能，并利用微控制器及CPLD 控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換， 最后將模數(shù)轉(zhuǎn)換結果傳送給ERMI61EA 的EPM 板處理。

用小烘箱對極板里面信號采集板EPAM 反復加溫試驗，最終確定信號采集板里面單片機U20（PIC16F872）的耐溫性能不佳。 通過一系列嚴格的器件篩選和測試后， 將單片機PIC16F872 型號更換為PIC16F1933，并修改程序，儀器耐溫度性能大幅度提升。

2.4 極板刻度空氣中的噪聲偏大

故障現(xiàn)象： ERMI61 儀器串進行刻度發(fā)現(xiàn)6# 極板在空氣中的噪聲偏大，Curr Raw Air 高達1 000 多，正常范圍在0～500 之間。

檢測和維修方法：ERMI 電阻率刻度，第一步是刻度空氣中噪聲，噪聲越小，儀器信噪比越高，測井成像效果越好。 本儀器只有6 號極板空氣中的噪聲偏高，其他極板正常，懷疑6 號極板本身故障。 極板內(nèi)的信號采集板 （EPAM） 有5 個端口用于和信號處理板（EPM） 連接， 分別是＋5V，－5V， 地， 串行時鐘信號（SCLK），串行數(shù)據(jù)信號（SDATA）。

懷疑6 號極板接地不好，拆下6 號極板測量極板5 針中的地線（最粗的針）對外殼阻值為34Ω，查問電路圖極板的地線和外殼之間串的電阻為5.1Ω。拆開6 號極板，測量EPAM 電路板上R155 阻值為5.1Ω 正常，但發(fā)現(xiàn)EPAM 板上與電阻一端相連的X2 螺母脫焊，引起電阻對地虛焊。 將X2 螺母重新焊接后，測量各阻值滿足要求， 連地面系統(tǒng)刻度，6 號極板的噪聲在正常范圍。

2.5 開收腿地面交流面板電流跳變異常

故障現(xiàn)象：檢查電成像ERMI 儀器，加直流電進行開收腿操作， 儀器開收腿且地面顯示的MOTORV均正常，但交流面板的電流一直跳變，開收腿完畢后交流面板的電流穩(wěn)定正常。

檢測和維修方法：儀器開收腿直流電影響交流主電， 懷疑ERMI61EA 直流濾波電路故障；ERMI61MA機械傳動部分故障。 交叉對比， 發(fā)現(xiàn)問題確定在ERMI61MA 上。ERMI 機械傳動部分由馬達、扭矩限制器、超越離合器、滾珠絲杠、連接桿和位移傳感器組成。用萬用表測量電機線圈的阻值和對外殼的絕緣都正常， 按照ERMI61MA 推靠器的拆卸步驟拆卸傳動部分，拆卸電機總成外殼時，一拆開就流出了大量的液壓油，卸下電機，發(fā)現(xiàn)電機里面也進入了液壓油。此電機比較特殊，需要在真空環(huán)境下工作，電機進油將會導致無法正常工作，從而使開收腿過程中地面交流面板電流跳。

經(jīng)排查確定液壓油滲入電機是由于電機旋轉(zhuǎn)密封面112 的O 圈破裂， 更換電機旋轉(zhuǎn)密封的密封圈，并更換一個新的電機，恢復電機總成，連地面系統(tǒng)檢查，儀器工作正常，各參數(shù)也正常。

3 結語

國產(chǎn)電成像ERMI 設計新穎，儀器的集成度比較高，這為維修帶來了方便，可以快速地確定故障的大致范圍。只要維修人員在理論和電路原理的方面有深入的了解，并且能將兩者結合起來分析問題，就可以將故障解決。

圖1 EPAM 采集板接地圖