王 靜

（中石化江漢石油工程有限公司測(cè)錄井公司，湖北 潛江433123）

MRIL－Prime是哈里伯頓公司新一代的核磁共振成像測(cè)井儀器，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為P－型核磁。P－型核磁儀器利用核磁共振原理研究地層流體中的氫核在外加磁場(chǎng)中所表現(xiàn)出來(lái)的特性，來(lái)測(cè)量?jī)?chǔ)層的巖石物理特性和孔隙流體特性。由于巖石骨架中氫是不可測(cè)量的，所以其測(cè)量結(jié)果基本上不受巖石骨架的影響而區(qū)別于其他現(xiàn)有的測(cè)井方法。核磁共振測(cè)井信號(hào)包含十分豐富的地層信息，可用于定量確定有效孔隙度、自由流體孔隙度、束縛水孔隙度、孔徑分布以及滲透率等參數(shù)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，P－型核磁儀器GAIN值測(cè)量電路也會(huì)出現(xiàn)故障。

1 儀器簡(jiǎn)介

P－型核磁屬于DITS系列儀器，主要有三部分組成：儲(chǔ)能電容短接 MRCC、電子線路 MREC和核磁探頭MRSN。測(cè)井時(shí)儀器串的連接順序?yàn)椋嘿ゑR遙傳（D4TG）－核磁電容短節(jié)（MRCC）－核磁電子線路（MREC）－核磁探頭（MRSD）。核磁電容部分就是提供核磁儀器工作時(shí)的能量存儲(chǔ)功能，電容值為3.2mf；核磁電子線路部分包括：RF脈沖發(fā)射電路；對(duì)接收到的NMR回波信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和解調(diào)的接收電路；對(duì)儀器工作進(jìn)行控制、刻度以及數(shù)據(jù)通訊的電路；供電電路。為了保證發(fā)射模塊的輸出端能夠輸出恒定的RF脈沖，在激發(fā)器模塊內(nèi)部采用相位差補(bǔ)償技術(shù)，保證發(fā)射脈沖能量的穩(wěn)定。

P－型核磁探頭部分主要由一個(gè)主磁體和兩個(gè)磁性更強(qiáng)的地層預(yù)極化釤——鈷永久磁鐵組成，是一個(gè)強(qiáng)磁體，在測(cè)井過(guò)程中不需要放射性源，儀器本身沒(méi)有任何形式的放射性源。

1.1 GAIN值的信號(hào)檢測(cè)電路

GAIN值信號(hào)檢測(cè)路徑（圖1）是：系統(tǒng)通過(guò)DSP將一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)衰減后加至B1傳感器模塊，然后通過(guò)天線拾取此信號(hào)，經(jīng)過(guò)探頭天線、天線接口、前置放大等處理后上傳至DSP。GAIN值就是B1線圈發(fā)射信號(hào)的幅度和此信號(hào)在RF天線感生信號(hào)幅度的比值，它是系統(tǒng)的一個(gè)測(cè)量增益值，用于確定儀器工作的中心頻率。

圖1 GAIN信號(hào)檢測(cè)路徑框圖

1.2 中心頻率確定方法

P－型核磁工作時(shí)采用雙頻測(cè)量技術(shù)，有5個(gè)中心頻率：760KHz，670KHz，634KHz，615KHz 和 588 KHz，其中4個(gè)頻率工作在雙頻模式，其頻帶范圍為：F0±6KHz。在500～800KHz之間有9個(gè)不同的工作頻率，測(cè)量時(shí)可達(dá)到9個(gè)測(cè)量切片。頻率不同其探測(cè)深度也不同，通過(guò)改變發(fā)射脈沖的調(diào)制頻率，可以在一定范圍內(nèi)選擇徑向探測(cè)深度。其中最高頻率Band4工作在單頻方式，用于測(cè)量粘土束縛水，這種測(cè)量方式需要比較大的帶寬，探測(cè)深度也最淺。系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)線路和探頭達(dá)到一致的諧振頻率及GAIN值的正確選擇來(lái)確定儀器的中心頻率。

在儀器線路中發(fā)射濾波模塊是一個(gè)諧振選頻電路，它負(fù)責(zé)濾除發(fā)射器模塊輸出的RF發(fā)射脈沖的諧波。對(duì)于不同的頻帶，它內(nèi)部附設(shè)了繼電器控制的濾波電容LC諧振網(wǎng)絡(luò)，以將濾波器調(diào)諧至相應(yīng)的頻帶，使天線模塊輸出恒定的RF脈沖，從而與探頭的諧振頻率相匹配。儀器線路選擇的RF脈沖頻率必須與核磁探頭的5個(gè)中心頻率相對(duì)應(yīng)，從而保證探頭天線獲得最大功率發(fā)射出去，否則探頭天線不能獲得最大功率，會(huì)使得大部分功率消耗在發(fā)射電路，燒毀發(fā)射板。其次儀器接收電路的工作效率在工作頻率偏移正常工作頻率很小的范圍內(nèi)下降十分明顯。如果工作的中心頻率選擇不正確，回波幅度就會(huì)因人為因素影響而下降。同時(shí)，信噪比也會(huì)隨之下降。在做主刻度時(shí)，如果工作頻率不正確，就會(huì)影響主刻度結(jié)果，最終導(dǎo)致測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的不正常。

在P－型探頭中，電性部件主要由4個(gè)調(diào)頻繼電器、7個(gè)調(diào)頻電容和天線組成（圖2）。

圖2 探頭天線部分電路圖

繼電器的開(kāi)合直接影響天線等效電容，通過(guò)控制繼電器（Relay）開(kāi)合使探頭天線工作于5個(gè)頻段（Band），分別是 Band0（588KHz）、Band1（615KHz）、Band2（634 KHz）、Band3（670KHz）和Band4（760KHz）。

Band0（588KHz）＝11，12，13，14關(guān)閉；

Band1（615KHz）＝11，12，14關(guān)閉；

Band2（634KHz）＝11，12，13關(guān)閉；

Band3（670KHz）＝11，12關(guān)閉；

Band4（760KHz）＝11，12，13，14打開(kāi)。

每一頻段對(duì)應(yīng)一個(gè)中心頻率，根據(jù)電路原理，對(duì)于每一種LCR電路存在一種頻率使得流經(jīng)的電流最小，也就是天線的負(fù)載最小，在這個(gè)頻率上工作不容易由于功率過(guò)大把儀器燒毀。

在測(cè)井或刻度前應(yīng)先確定儀器工作的中心頻率，根據(jù)6英寸核磁探頭的頻率范圍，每一頻段選取一定的采樣點(diǎn)，做一頻率和增益的頻響特性曲線，縱坐標(biāo)為頻率，橫坐標(biāo)為增益，找到其對(duì)應(yīng)于最大增益的一個(gè)頻率值（圖3）。圖3中最高的一個(gè)點(diǎn)，即為該Band 1頻段的中心頻率，其它的點(diǎn)在中心頻率兩邊左右對(duì)稱(chēng)為最好。5個(gè)頻段應(yīng)掃出5個(gè)中心頻率。

圖3 頻段1（BAND1）掃頻圖

可見(jiàn)GAIN值是否穩(wěn)定直接影響到儀器的中心頻率，同時(shí)GAIN值自身的大小受到外部環(huán)境和內(nèi)部發(fā)射電路自身的影響，它是反映系統(tǒng)工作狀態(tài)是否穩(wěn)定的一個(gè)重要參數(shù)。對(duì)于6英寸P－型核磁而言，其GAIN值應(yīng)大于300，當(dāng)GAIN值小于100時(shí)儀器將停止發(fā)射，它隨負(fù)載和中心頻率選擇的變化而變化，但對(duì)于特定的負(fù)載和中心頻率GAIN值必須保持基本恒定。當(dāng)GAIN值急劇變化和跳變時(shí)，說(shuō)明儀器存在故障，需要檢修。

2 常見(jiàn)故障的分析與處理

2.1 故障：無(wú)增益

1）現(xiàn)象：室內(nèi)對(duì)接儀器串，供 W5主電，主窗口顯示增益值為5，正常值應(yīng)在300以上。

2）現(xiàn)象分析：D4TG供電通訊正常，在核磁測(cè)量主窗口觀測(cè)到其他參數(shù)均正常，首先應(yīng)排除D4TG和儀器供電模塊的問(wèn)題。由GAIN值信號(hào)檢測(cè)路徑（圖1）可知，其檢測(cè)路徑主要包括：B1傳感器模塊、天線探頭、天線接口模塊、前置放大模塊、接收電路／繼電器驅(qū)動(dòng)模塊、DSP數(shù)字處理模塊。當(dāng)探頭天線短路，或者儀器線路中天線接口模塊A2板上接收器端的12個(gè)開(kāi)關(guān)管Q2、Q3、Q10、Q11；Q8、Q9、Q12、Q13；Q15、Q16、Q17、Q18出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致天線接口輸入到前置放大器端的信號(hào)短路，使GAIN為0。所以應(yīng)先用核磁電子線路校驗(yàn)盒來(lái)檢查電子線路工作是否正常，以確定故障是出現(xiàn)在線路還是探頭。

3）故障排除：首先將探頭和線路分開(kāi)，用核磁電子線路校驗(yàn)盒接與電子線路底部，接地線和電子線路外殼連接好，在主窗口觀測(cè)GAIN值正常，對(duì)儀器進(jìn)行掃頻，在掃頻主窗口觀測(cè)到5個(gè)頻段的增益和中心頻率均正常，排除電子線路的問(wèn)題。

其次用核磁探頭校驗(yàn)器檢測(cè)探頭的通斷，5個(gè)中心頻率及其它幾個(gè)相關(guān)參數(shù)沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，最后用FLUKE數(shù)字兆歐表對(duì)核磁探頭做PM1檢查，發(fā)現(xiàn)核磁探頭上接頭的PIN26－PIN27短路、PIN28－PIN29短路。

核磁天線的輸入端由4個(gè)銅片引出，接于核磁探頭上接頭的 PIN26、PIN27、PIN28、PIN29，分別代表探頭天線的高壓發(fā)射功率輸入端。正常情況下PIN26－PIN29相通接白線，PIN27－PIN28相通接紅線，且26、27雙絞，28、29雙絞。若PIN26－PIN27通，PIN28－PIN29通，對(duì)接線路后將使探頭天線短路，單接核磁探頭校驗(yàn)器檢測(cè)探頭一般檢測(cè)不出來(lái)，接上線路后做GAIN值檢測(cè)，天線輸出端被短路掉，使前置放大器端無(wú)信號(hào)輸入，故增益值為0。

將核磁探頭上PIN26、PIN29接白線，PIN27、PIN28接紅線，用萬(wàn)用表歐姆檔檢測(cè)相同顏色應(yīng)相通。對(duì)接儀器供 W5主電GAIN值正常，掃頻通過(guò)。

2.2 故障：增益不穩(wěn)

1）現(xiàn)象：連接儀器串，供 W5主電，在主窗口觀測(cè)到增益（GAIN）不穩(wěn)，掃頻通不過(guò)，不能確定儀器的中心頻率。

2）現(xiàn)象分析：供主電，通訊正常，在核磁主窗口觀測(cè)到其他參數(shù)，如：Ur15low、Ur15high在19～22V之間，首先排除D4TG通訊和電源的問(wèn)題。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，核磁電子線路負(fù)責(zé)給核磁探頭天線輸送大功率的RF脈沖，形成B1磁場(chǎng)，在核磁電子線路發(fā)射路徑有高電壓。通常電子線路的發(fā)射器模塊、發(fā)射濾波模塊、天線接口模塊工作在高壓狀態(tài)容易出現(xiàn)元器件被擊穿燒毀的故障，導(dǎo)致GAIN值不穩(wěn)。核磁探頭中電性部件主要由4個(gè)調(diào)頻繼電器、7個(gè)調(diào)頻電容和天線組成，當(dāng)探頭絕緣不好時(shí)也會(huì)使GAIN值不穩(wěn)定。所以應(yīng)先確定是線路故障還是探頭故障。

3）故障維修：將探頭和線路分開(kāi)，用FLUKE數(shù)字兆歐表歐姆檔測(cè)量核磁電子線路上接頭的22（＋）和34（－）有2.5KΩ左右的阻值，說(shuō)明儀器線路高壓路徑?jīng)]有問(wèn)題。然后用核磁電子線路校驗(yàn)盒接與電子線路底部，接地線和電子線路外殼連接好，對(duì)儀器進(jìn)行掃頻，在掃頻主窗口觀測(cè)到5個(gè)頻段的增益和中心頻率均正常。用核磁探頭校驗(yàn)器對(duì)探頭進(jìn)行掃頻，發(fā)現(xiàn)5個(gè)頻段都在規(guī)定范圍內(nèi)，但對(duì)接線路后加交流電GAIN值仍不穩(wěn)定，掃頻通不過(guò)，說(shuō)明探頭需要檢查。

在工房對(duì)照PM1表對(duì)探頭做PM1檢測(cè)，卸下核磁探頭上的電容保護(hù)蓋，用電容表的電容檔，測(cè)量圖2中7個(gè)電容的容值，實(shí)測(cè)C2、C4、C5總?cè)葜禐?0.3nF，而資料上C2、C4、C5總?cè)葜禐?6.2nF，測(cè)量值與資料有出入，其它C1，C3，C6，C7容值與資料相符。反復(fù)多次測(cè)量C2、C4、C5總?cè)葜悼偸窃?0nF左右，不穩(wěn)定。

對(duì)探頭大拆，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)連接電容C2、C4、C5的白線被壓破，里面導(dǎo)線裸露出來(lái)，致使探頭天線部分絕緣不好，工作不穩(wěn)定。由圖1GAIN信號(hào)檢測(cè)路徑可以看出，探頭絕緣不好將影響天線的諧振頻率，使輸入天線接口模塊的數(shù)值受影響，導(dǎo)致GAIN值不穩(wěn)，掃頻通不過(guò)。

重新焊接電容的白色引出線，進(jìn)行絕緣通斷檢測(cè)均正常，重新組裝探頭，對(duì)探頭做PM1正常后，對(duì)接儀器重新掃頻，儀器恢復(fù)正常。

3 結(jié)束語(yǔ)

維修經(jīng)驗(yàn)表明，儀器維修首先是弄懂原理，掌握一般電路分析知識(shí)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)積累能夠事半功倍。對(duì)于P－型核磁GAIN值測(cè)量電路維修，增益值不穩(wěn)或沒(méi)有是經(jīng)常遇到的檢修問(wèn)題，當(dāng)核磁探頭通斷絕緣都正常的情況下，增益值不穩(wěn)或?yàn)?，應(yīng)先檢查線路中天線接口模塊A2板上的開(kāi)關(guān)管有無(wú)損壞，通常情況下增益值不穩(wěn)或沒(méi)有，多為A2板上的開(kāi)關(guān)管損壞，更換即可。

［1］環(huán)鼎核磁儀器服務(wù)中心.MRIL－P核磁共振成像測(cè)井儀器［C］.北京：2007.

［2］趙全勝.MRIL核磁共振成像測(cè)井技術(shù)綜述［J］.國(guó)外測(cè)井技術(shù)，2008，23（02）：8－13.