XMAC偶极子声波测井仪常见故障诊断与维修

张菁菁 高洪波

中石代经伟有限公司华东测控分公司 22500

摘   要：交叉偶极子声波XMAC已经在华东油区投入使用多年并取得了良好的应用效果，但在测井过程中时常出现仪器通信不正常，测井曲线跳动等故障现象，本文聚焦偶极子声波仪器出现的几类常见故障，系统地论述了故障类型、故障原因分析、故障诊断方法以及维修方法等几个方面。并结合实际故障案例进行了深入剖析，总结经验，为未来的维修工作提供借鉴

关键词：偶极子声波；通信不正常；曲线丢失

0 引言

1678交叉偶极阵列声波测井即MACII是目前声波测井技术的突破性发展,它利用单极声波阵列和偶极声波阵列的优势，结合了现代数字信号处理技术，高速电缆遥测技术和计算机技术，所得测井资料不仅可应用于基本的岩石物理解释，进行孔隙度评价、岩性判断、气层识别，还利用了横波传播的方向性这个特点，判断地层走向，地层岩石各向异性以及地层主应力分布，应用效果明显。该仪器可以做为岩性力学参数计算、岩性的识别、气层的识别、判断裂缝发育井段、类型及区域有效性、地层各向异性分析、地应力参数计算及井眼稳定性分析等。

1 XMAC仪器构成简介

多极子阵列声波测井仪是目前国际上较先进的声波测井仪，声波换能器的响应频带较宽，低频响应更好，在井下实现数字化，信号动态范围更大。能在井下产生纵波的单极子声源和产生直接横波(弯曲波或挠曲波)的偶极子声源。单极与偶极发射器向地层发射不同频率的声波信号,进行深度井眼补偿和交叉偶极测量。记录的波形更完整，有利于获得准确的纵波、横波、斯通利波的时差、幅度等参数，特别是在分析地层速度各向异性方面具有独特的优势。主要设计应用于压实地层以及慢速（未压实）地层中。它主要由五个部分组成：数字声波电子线路、接收器短节、声波隔声体、发射短节以及发射控制电子线路短节。该仪器是将一个单极阵列和一个偶极阵列交叉组合在一起，两个阵列配置是完全独立的，各自具有不同的传感器。单极阵列包括两个单极声源和8个接收器。交叉偶极子阵列声波仪是将一个单极阵列和一个偶极阵列交叉组合在一起，声源发射器发射的声波是全方位的，既是柱状对称的，中心频率为8kHz。偶极阵列是由两个交叉摆放（相差900）的偶极声源及8个交叉式偶极接收器组成。接收器间距为0.5英尺。    每个深度点记录12个单极源波形，其中8个为阵列全波波形（TFWV10），4个为记录普通声波时差的全波波形（TNWV10）。每个深度点记录32个偶极源波形，即每个接收器记录XX、XY、YX、YY 4个偶极源波形，X、Y表示不同方位的发射器或接收器的方向，例如XY表示X方向发射器发射，Y方向接收器接收；YY则表示Y方向发射器发射Y方向接收器接收。8个接收器共记录32个偶极源波形（TXXWV10、TXYWV10、TYXWV10、TYYWV10）。

1678多极子阵列声波测井仪器整体包括如图（1）自上而下分别为1677EA——8通道声波采集传输短节、1678MB——多极子阵列声波接收短节、1678PB——多极子阵列声波隔声体短节、1678BA——多极子阵列声波发射短节、1678FA——多极子阵列声波发射控制短节[1]。

                                图1 仪器组成

2 典型故障分析及处理

仪器一般大功率部分容易坏,检测步骤:(1)用快速检测法判断好坏(2)将仪器电路从外壳中拔出,观看电子器件有没有糊的地方(3)给仪器供电,测量测量点电压电流(4)用断路法、短路法和替换法排除故障(5)用波形法、温度法和干扰法排除干扰故障等。

2.1 正常测井工作时，XMAC突然出现M5通讯不稳

根据故障现象及偶极子声波建立通信过程分析，首先仪器测井时能够影响1677EA的测井仪器的连接顺序为3514(数传部分)一1329(伽马一用于进行深度校正) 一4401(井斜和方位仪器)一XMAC（仪器）。根据以后测井经验，应够影响通讯的有三点，一个就是3514（数传部分）出现问题，经过更换出现了同样的现象。另一个就是其它测井仪器的M5通道影响所致，经过把中间所有能够影响的测井仪器去掉，把3514与XMAC直接连接还是出现了同样的现象。所以最后判定是仪器本身出现问题。

如图（2）通过对仪器电路研究，分析了1677EA与3514通信电路部分，如图所示，1677EA中CPU模块完成与地面系统的数据传输、对声系的控制及数据采集的控制和处理等功能。

图2 M5通讯部分电路

M5发送通道由T3，U3，U13（HD1-6409）及U5（FPGA）等相关电路组成；当接收到要求上传采集数据命令，且地面系统选择用M5传送时，CPU允许INT3（TP64）,FPGA将要发送的数据进行并串转换后发送到编码译码器，对输入的串行数据进行编码，输出/BZO09、/BOO09，经过FPGA的转换选择输出M5BZO、M5BOO，经过U3的驱动，通过变压器T3耦合到WTS或LDT总线上。当FPGA中的发送缓存空时，就产生一个中断信号INT3（TP64）,发送至CPU可以传输下一个数据。根据M5通讯时有时无现象，通过逐级检查波形，在测量R13两端波形时发现一端信号正常，而另一端则时有时无，判断是R13两端存在虚焊，经重新焊接，通电检查M5通信正常。

2.2 XMAC发射声音小

正常配接仪器通电后通讯正常建立，供电正常。但此时的1678发射晶体部分声音很小。发射声音小为软故障，维修检查起来比较复杂，为此需要仔细分析电路：

造成发射声音小有几个方面的原因，一是由于发射电压不够，二是由于晶体损坏。由于晶体不便于检查，所以首先检测电路。首先打开1678FA发射控制短节部分，给1678供电检查，首先要检查的就是高压升压板，分析该电路，电路如图（3）交流电压经D1——D4整流，L1（100MH固定在骨架上）和C1（固定于板上）从而产生410V直流。比较器U1比较R6和R7之间的节点电压和管脚9的参考电压，当前者大于后者时，比较器的开关打开，改变了管脚5处的PWM控制电压。通过结型场效应管Q1,PWM的频率可以控制L2的电压。进入L1的电压由C1来存储和滤波，此电压将用于每个单极子和偶极子声波发射，在检测该输出高压时发现高压板输出的电压为350V ,判断是该板的升压问题。

图3 发射电路图

由于该电路中含反馈回路，所以不能采用层层递进式判断，必须整体分析电压走向。前一部分电压转换，后一部分电压存储。在电压转换部分没有异常的情况下，最便捷的方法就是找个同样的电容来代替原电容，如果仪器仍然出现问题，则判断是前面电压转换部分问题，如果没有问题则是储能部分问题。在更换新的电容后，仪器恢复了正常，判断出故障是该部分电容性能变差引起的。

2.3 XMAC缺少第四道声波信号

该仪器有八组声波接收晶体，每组接收探头由4块板状压电晶体分90度成对组成顺序排列在声系上。根据信号走向，如图（4），首先确定1678MA接收晶体是否损坏。

 

测量声系部分中两个原始信号处理板输出电路，信号正常，因而排除声系部分原因。

信号由1678MA进入1677EA电子仪进行A/D采集，其中有两块DSP板来完成此功能（如图（5））

图5接收板信号连

每个接收板为4个接收体的16个接收信号提供选择增益和滤波。其中:接收板1处理1～4号接收体的接收信号;接收板2处理5～8号接收体的接收信号。由于两块DSP板功能和结构完全一样，故可用二号DSP板交换一号DSP板，重新检测后，第八道出错，因而确定故障为一号声波采集板DSP的第四道采集电路损坏，更换原一号DSP板，信号正常，故障排除。

3 总结

本文通过对XMAC偶极子声波测井仪多个实际故障案例的维修过程进行详细记录与分析，验证了文中提出的故障诊断与维修技术的有效性和实用性。这些疑难故障，有软故障，也有硬故障，而故障的排除就需要我们多学习相关专业知识、多积累维修经验，为实际维修工作提供了可操作性。在维修过程中既要按部就班，又要灵活多变的思考，这样才能在故障检查维修中减少误判，错判，少走弯路，有效提高XMAC偶极子声波测井仪维修效率。

4参考文献

[1] 李君。石油工程技能培训系列教材[M].北京：中国石化出版社，2023