盧春輝 程傳濤 鄧玉倫 劉力福 高志海 葉宏江

（河南石油工程有限公司 測(cè)井公司 河南 南陽(yáng)）

0 引言

目前脈沖中子氧活化測(cè)井是各油田常用的生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)，應(yīng)用于注水井和注聚井的剖面測(cè)井，主要作用是評(píng)價(jià)注入的流體是否達(dá)到開發(fā)設(shè)計(jì)目的，確定注水剖面，檢查分層配注效果[1]。但該儀器在使用過程經(jīng)常出現(xiàn)厚膜處理塊HTR-02損壞、磁定位信號(hào)漏失嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了測(cè)井時(shí)效和測(cè)井質(zhì)量。文章針對(duì)這種情況，把生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題及解決方法進(jìn)行總結(jié)介紹。

1 氧活化測(cè)井方法介紹

1.1 氧活化測(cè)井測(cè)井原理

脈沖中子氧活化測(cè)井是一種測(cè)量水流速度的方法。脈沖中子氧活化儀器工作時(shí)，中子源間歇式發(fā)射快中子?？熘凶优c周圍物質(zhì)可以發(fā)生多種核反應(yīng)，其中的一種反應(yīng)就是氧活化反應(yīng)。通過探測(cè)水中氧原子與中子發(fā)生核反應(yīng)所產(chǎn)生的活化伽馬射線的時(shí)間譜，根據(jù)儀器源距就可計(jì)算出水流速度，在管徑已知且不變的條件下，可以計(jì)算出水流流量。利用中子管產(chǎn)生能量為14Mev快中子，快中子轟擊注入水中的氧原子，就會(huì)發(fā)生下列核反應(yīng)：

氧核被激化后，產(chǎn)生放射性氮同位素16N，處于激發(fā)態(tài)的氮，衰變后還原成氧，同時(shí)釋放出其半衰期為7.13s、能量為6.13Mev的特征伽瑪射線。這些高能的伽瑪射線能夠穿透幾厘米厚的井內(nèi)流體、油管、套管和水泥環(huán)[2]。通過把探測(cè)器和中子發(fā)生器放置在所測(cè)層位，流動(dòng)的活化水流經(jīng)過探測(cè)器，各個(gè)探測(cè)器連續(xù)記錄計(jì)數(shù)率隨時(shí)間推移變化的時(shí)間譜，并根據(jù)時(shí)間譜計(jì)算出譜峰的渡越時(shí)間，由各個(gè)探測(cè)器的源距和計(jì)算出的時(shí)間譜的渡越時(shí)間得到活化水的流速，并根據(jù)油套截面積計(jì)算得到該測(cè)量點(diǎn)的流量。

1.2 氧活化測(cè)井下井儀器

氧活化測(cè)井下井儀器：由中子氧活化測(cè)井儀、伽馬儀、磁定位儀、溫度儀、壓力儀組成。一次下井可以完成井溫、壓力、磁定位、自然伽馬、氧活化譜線圖的測(cè)量。

脈沖中子氧活化儀器結(jié)構(gòu)：儀器由四參數(shù)測(cè)井儀短接和中子發(fā)生器及探測(cè)器短接組成。該儀器采用四種不同源距探測(cè)器測(cè)量。不同源距探測(cè)器分別用于探測(cè)不同速度的水流，從而保證不同流速的水流都能得到較高的測(cè)量精度。由于采用了雙中子發(fā)生器，因此一次下井即可完成上、下水流測(cè)井。

2 脈沖中子氧活化儀器故障原因分析排除

1）厚膜處理塊HTR-02損壞

儀器信號(hào)線、陽(yáng)極脈沖高壓線、命令線、供電線等非常復(fù)雜，布線不合理，伽碼高壓線與信號(hào)傳輸線并行排列采用1、2mm的細(xì)線，而且質(zhì)量較差，絕緣不好造成高壓打火，經(jīng)常造成伽碼處理信號(hào)板上的厚膜處理塊HTR-02損壞。

排除方法：

儀器伽馬高壓線與信號(hào)傳輸線分開排列，高壓線采用屏蔽線，信號(hào)線采用高質(zhì)量的高溫線，從而消除高壓干擾和高壓打火引起厚膜處理塊HTR-02損壞。

2）磁定位信號(hào)漏失嚴(yán)重

磁定位信號(hào)輸出幅度低、易漏失信號(hào)無法進(jìn)行校深，主要原因是CPU（C8051F040）磁定位信號(hào)輸入端輸阻抗低（300），磁定位線圈阻抗高（4k）。

3）CPU（C8051F040）損壞，導(dǎo)致整個(gè)采集板報(bào)廢

在加靶壓、中子發(fā)生器工作、占空比調(diào)節(jié)不當(dāng)時(shí)，很容易損壞信號(hào)采集板致使儀器通訊系統(tǒng)中斷、信號(hào)采集系統(tǒng)、編碼系統(tǒng)失效，此故障主要是中子發(fā)生器110 kV高壓不穩(wěn)、高壓突然升高或降低、高壓打火，CPU（C8051F040）輸出的兩路PWM觸發(fā)信號(hào)的放大電路OPA2227擊穿，由于OPA2227采用雙電源供電±15V，OPA2227擊穿，30V的電壓直接加在CPU（C8051F040）的49、50腳導(dǎo)致芯片損壞，整個(gè)采集板報(bào)廢，該板價(jià)格1.5萬多元。

排除方法：

（1）把OPA2227采用雙電源供電±15V方式該為單電源方式，把－15V直接接地，在OPA2227擊穿情況下，可減少電源對(duì)芯片的沖擊；

（2）在CPU（C8051F040）的電源輸出端和49、50腳兩路PWM字觸發(fā)脈沖輸出端增加保護(hù)電路，也就是把TVS-SA5.0瞬變穩(wěn)壓二極管并聯(lián)CPU（C8051F040）的電源輸出端和OPA2227放大電路的3、5輸入端并串聯(lián)一30k與+15V電源相連，以消除由于二極管極間電容效應(yīng)對(duì)PWM字觸發(fā)脈沖信號(hào)的影響，由于瞬變穩(wěn)壓二極管具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，當(dāng)電壓超過5V時(shí)TVS-SA5.0搶先導(dǎo)通，從而起到了保護(hù)作用[3]。保護(hù)電路如圖1所示。

圖1 保護(hù)電路示意圖

改進(jìn)前：先后擊穿厚膜處理塊HTR-025 塊，直接經(jīng)濟(jì)損失2.6萬多元；信號(hào)采集板損壞6塊，直接經(jīng)濟(jì)損失10多萬元。即使更換板子和器件，也不能解決根本問題，屢換屢壞，其中一支儀器3年來，幾乎處于癱瘓狀態(tài)，無法正常使用，致使該新型測(cè)井方法在我油田無法推廣應(yīng)用。

改進(jìn)后：儀器的故障率大大降低，可靠性、穩(wěn)定性提高，測(cè)井成功率95%以上，兩支儀器在完成我公司生產(chǎn)任務(wù)同時(shí)，一支在遼河市場(chǎng)使用，一支送往新疆測(cè)井，為鞏固內(nèi)部市場(chǎng)，為開拓外部市場(chǎng)，提供了可靠的保證。每年可節(jié)約成本24萬多元，內(nèi)部市場(chǎng)已完成10多口井測(cè)試，遼河市場(chǎng)已完成50多口，創(chuàng)效100多萬元。

4）氧活化測(cè)井時(shí)上水流模式無靶壓和陽(yáng)極電流。測(cè)井時(shí)氧活化測(cè)井時(shí)上水流模式無靶壓和陽(yáng)極電流。

排除方法：

檢查遙傳、正常，采集正常。地面功能檢測(cè)，通訊正常。上下中子發(fā)生器互換，可以正常測(cè)井，可以排除遙測(cè)，采集、中子管的問題?？梢钥隙ㄊ巧现凶影l(fā)生器的高控電路的問題。檢測(cè)發(fā)生器單片機(jī)HU1、5V電壓是5.1V正常，用示波器檢查上下發(fā)生器識(shí)別位，地面下發(fā)上下水流命令高控單片機(jī)識(shí)別位輸出全是1。更換單片機(jī)正常。

3 結(jié)束語(yǔ)

脈沖中子氧活化儀器設(shè)計(jì)精巧，集成度高，可靠性、穩(wěn)定性提高。本文對(duì)脈沖中子氧活化儀器故障原因進(jìn)行分析，并提出解決故障的方法和對(duì)策，該文章對(duì)指導(dǎo)脈沖中子氧活化儀器、有一定的參考價(jià)值。為正確的使用該儀器，能夠?qū)τ绊憙x器測(cè)井的主要因素給以正確的分析判斷，加以排除，從而提高儀器測(cè)井成功率。

[1]胡 澍，地球物理測(cè)井儀器[M]。北京：石油工業(yè)出版社，1991

[2]揚(yáng)禮英，陸六剛.測(cè)井儀器[M]，北京：石油工業(yè)出版社，1982

[3]康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)摸擬部分（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1991