微球測井儀屢燒檢波板厚膜電路的問題解決

摘要：EMSF61XA微球測井儀是石油勘探重要的電法測井儀器，主要用于探測鉆進地層的沖洗帶電阻率Rxo1，配合DLL雙側向測井的浸入帶和原狀地層電阻率，可以很好地判斷地層的滲透性等。在過去的2年里EMSF61XA測井儀器2在測井或保養(yǎng)儀器過程中不斷出現相敏檢波板厚膜電路N1損壞的問題，造成測井作業(yè)返工，極大地影響了測井時效，增大了設備的維修成本。文中通過對問題發(fā)生過程的綜合判斷和進一步地測試，發(fā)現了問題根源，并通過儀器電路的改進來最終消除了問題發(fā)生的根源，使儀器可靠地工作。
關鍵詞：微球測井；繼電器；換擋；收開腿；馬達；遙傳短節(jié)

微球測井儀以其獨到的測井模型在探測地層沖洗帶電阻率Rxo時效果很好，在當今電法測井中大量使用。EMSF61XA微球測井儀的小信號檢測電路設計采用厚膜電路，簡化了電路結構，提高了儀器的工作可靠性。但EMSF61XA的纜芯復用設計卻引起儀器馬達供電意外進入小信號檢測回路，出現EMSF61XA微球測井儀屢次損壞信號放大檢波板的厚膜集成電路N1的問題。這一問題的出現引起了大量測井作業(yè)返工，影響了測井時效，引發(fā)了甲方的抱怨。另外，由于厚膜電路N1價格昂貴，所以也增大了設備的維修成本，這個問題必須盡快解決。

1 原因分析
經過對問題的綜合分析統(tǒng)計發(fā)現，微球出現的該問題主要是在儀器收開腿時出現厚膜電路N1的損壞。
分析問題主要原因如下：
EMSF61XA微球測井儀的信號通路和儀器收開腿110 V直流電是通過繼電器K1分時復用了儀器上部接頭的1，3#纜芯，如圖1左下所示。

1，3#芯的信號傳輸功能的實現：當儀器有180 VAC供電時，B+對地有直流供電，K1繼電器處于NO(工作狀態(tài))，1#芯與Vm接通，1#芯對5#芯傳輸微球測量電壓值Vm；同樣3#芯與Im接通，3#芯對5#芯傳輸微球測量電壓值Im電流值。所以有180 V儀器交流供電時，1，3#芯用于傳輸測量信號。
1，3#芯的馬達供電功能的實現：當儀器無180 VAC供電時，B+對地無直流供電，K1繼電器處于NC(復位狀態(tài))，1#芯與DC MOTOR(直流馬達)一端接通，3#芯與DC MOTOR(直流馬達)另一端接通：在1#對3#纜芯上加110 V直流電，即可讓馬達運轉，實現儀器收開腿。所以在儀器無180 V交流供電的情況下，1，3#芯用于儀器馬達供電收開腿。
故障報告顯示：有3次故障正好是儀器在基地保養(yǎng)時出現。當儀器做完保養(yǎng)和外部信號測試，儀器工作正常，對儀器進行開110 VDC馬達供電收腿，收腿中途發(fā)現馬達停止轉動，無馬達運轉電流。重啟馬達供電，馬達電流又正常，繼續(xù)完成儀器收腿后，接下來給儀器供180 VAC交流電檢測儀器輸出信號時，發(fā)現Vm，Im輸出為零。結合電路圖1分析故障現象，鎖定了儀器收腿過程中因馬達電流較大而發(fā)熱，使繼電器K1觸點位置發(fā)生改變，這時110 VDC直流與馬達通路斷開而到了儀器信號通路中，儀器110 VDC收腿供電直接進入N1的信號回路將厚膜電路N1燒壞。
所以K1性能無法滿足要求是問題的誘因，更換K1是必須的，由于K1需要較大的功率，儀器的位置空間也有限，更換K1后的電路N1被燒的風險仍在。在仔細分析電路后，發(fā)現通過繼電器K1分時復用儀器上部接頭的1，3#纜芯是問題的根源，改變復用模式，將信號通路與直流馬達供電通路分開是解決問題的根本措施。
分析早期的儀器設計可知，采用復用方式是基于對EMSF61XA／DLL／CN／ZDL等測井儀器的模擬信號進行A／D轉換的數字化短節(jié)ESAT61XA ／XB的下部26芯接頭不夠用，不得已而采用的方法，根據最新的儀器組合，下部26芯接頭的許多纜芯已閑置不用，所以利用這些閑置纜芯去解決EMSF61XA的1，3#的信號傳輸及馬達收開腿功能的分時復用是可行的。
仔細分析該改進方案后，決定對儀器信號及馬達供電通路進行改進。

2 電路改進方案
微球儀器收開腿供電采用原供電電路，讓EMSF61XA／XB輸出信號EM，IM改變輸出通路，測量信號分別從上部接頭的1318，1218輸出。這樣就可以避免110 VDC收開腿供電進入N1，損壞厚膜電路N1。
同時，對數字化短節(jié)ESAT61XA／XB的下部26芯接頭也做相應的信道調整，以與修改后的EMSF61XA信道相對應。

3 電路改進實施步驟
3．1 EMSF61XA的修改
由于微球輸出信號線(pig tail)中7、8、9號芯這3根信號線空著沒用，所以12#、13#、18#芯就借用這3根線：把輸出信號線(pig tail)的7#、8#、9#這3個芯從上部接頭拔出插到12#、13#、18#芯上，這樣輸出信號線(pig tail)就不需增加信號纜芯。
修改EMSF61XA步驟如下，參考如圖2所示。

把微球AP01 TEMINAL板上的繼電器K1，K2及相關的信號輸出連線做修改：在AP01板上，斷開K2上的1#腳與Term X9，X9直接引到豬尾巴18#芯上；斷開K2上的8號腳與Term X6，將X6直接引到豬尾巴13#號芯上，實現Vm從上部接頭的13#芯輸出；斷開K1上的5號腳與X1，將X1直接引到豬尾巴12#號芯上，實現Im從上部接頭的12#芯輸出。
修改后的信號纜芯分配：
13#：EM(原來的1#芯)
12#：IM(原來的3#芯)
18#：COM(原來的5#芯)
1#，3#，5#芯與馬達收開腿及換擋的相關的信號通路保持不變。
3．2 數字化短節(jié)ESAT61XA／XB的信號通路修改
微球儀器做了修改，則對微球信號進行A／D數字化的ESAT61XA／XB儀器的輸入信號通路也必須做相應的修改，將原來的信號輸入從1#，3#對5#纜芯改到13#，12#對18#纜芯。由于ESAT61XA和ESAT61XB電路變化較大，下面分開講解修改步驟。
3．2．1 ESAT61XB的修改步驟
ESAT61XA的修改如圖3所示。
從微球儀器上部接頭的12#，13#，18#到ESAT61XB下部接頭對應的12#，13#，18#，進入接頭后直接連到BUS板(9104-E-0004)上的J3和J4。原來12#、13#是用于傳輸中子測井儀的LSN和SSN脈沖信號的，從BUS板上引到脈沖板上進行處理，現在已經不用了，所以用來傳送EM，IM。而18#芯和5#芯在繼電器板上是接在一起的，所以不需要修改。修改時把下部接頭的12#，13#從BUS板上焊下后，改接到繼電器板上A1和A2(即12#-A2；13#-A1)。這樣12#、13#的信號就繞過繼電器板直接進入模擬通道板，沒有受繼電器板的影響。達到信號通路和電壓通路相互不影響，保證儀器正常工作，完成ESAT61XB修改。

在ESAT61XB下部連接修改后的EMSF61XA進行信號測試，Vm，Im信道的信號采集正常，對EMSF61XA進行的刻度順利通過。
3．2．2 ESAT61XA的修改步驟
ESAT61XA的修改如圖4所示。
修改前，從ESAT61XA下部26芯接頭的12#，13#信號線直接進入TERMINAL BOARD(B-149449)的JF，而18#芯和5#芯在繼電器板上是接在一起的，所以不需要做修改。修改時把12#，13#芯從TERMINAL BOARD上的JF的2，3引腳斷開，把13#，12#直接引到TERMINAL BOARD上JD的A1和A2上，13#接到JD-1腳，12#接到JD-2腳，完成了ESAT61XA的修改。
在ESAT61XA下部連接修改后的EMSF61XA進行信號測試，Em，Im信道的信號采集正常，對EMSF61XA進行的刻度順利通過。
由于ESAT61XA／B的修改只是把12#、13#芯的信號并聯(lián)接到繼電器板上的A2、A1通道而沒有影響原來的輸入信號通路。所以修改后的ESAT 61X／AB仍然可以掛接微側向測井儀3104XA和沒做修改的EMSF61XA微球測井儀。

4 結束語
通過對EMSF61XA微球測井儀的修改，儀器小信號檢測輸出通路和馬達供電通路實現了完全隔離，既保證了馬達供電回路的可靠連接，又確保了儀器小信號輸出通路與大功率供電的可靠隔離，大大提高了小信號輸出的信噪比。修改后的EMSF61XA微球測井儀的32井次的正常測井作業(yè)，消除了甲方的抱怨，也充分顯示了該修改的有效性。