關于對巖性密度測井儀的認識思考

魏小輝

摘 要 巖性密度儀能分析地層體積密度、光電吸收指數，還可測定井徑，給現代勘探工作提供可靠的數據支撐。伴隨此類儀器的使用范圍的不斷擴大，實際操作中還是存在許多待解決的問題。文章立足于對巖性密度測井儀的分析，簡要闡述此儀器的運用背景、使用現狀，并深入分析了此儀器的實際工作原理。隨后，對巖性密度測井儀運用中的兩大重點部分加以探討，分別為刻度及井徑臂，最后介紹了運用時應注意的幾點事項，旨在為有關從業人員提供參考。

關鍵詞 巖性密度測井儀 刻度 井徑臂

中圖分類號：P631.8+13 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0103-03

巖性密度儀的運用，實質上就是借助于分析γ射線強度的變化情況，同時在分析Cs137能譜的變化后，以相關數據為標準來統計出地層體積密度、巖性成分。如此一來，便能夠高效且快速地為各種勘探工作打下堅實基礎。在運用時必須要儀器緊緊貼在井壁上測定，從而消除泥漿、井眼等因素對測量結果的干擾。為此，結構設計上應結合實際加以創新。文章以ECLIPS-S5700配備2228巖性密度儀作為樣本，除了論述其運用原理、現狀、注意事項外，重點也分析了操作中出現的相關情況。

1 巖性密度測井儀運用背景及現狀

核測井是地球物理測井的重要分支，其主要原理就是借助于射線以及物質間的相互作用，再通過分析放射性的變化規律之后，幫助相關的學者以及技術人員能夠對當地巖石的化學成分有一定掌握。所以，巖性密度測井儀便是在上述過程中不可忽視的重要儀器之一。利用此儀器能夠獲取地層許多重要信息和指標數據，例如PE（光電吸收指數）、地層體積密度等等，因而被廣泛運用在石油勘測等多個實際方面。如今，關于巖性密度測井儀的運用越來越廣泛，諸如核電子學、信號處理等多種先進技術領域中，都體現其出獨特的技術效果。另外，巖性密度測井儀其實是基于補償密度測井的基礎上的，它能夠準確地分析出地層密度值以及光電吸收截面，因而在分析地層巖性、孔隙度中有著非常重大的運用價值。此外，在實際測量時還可以和其它的儀器進行協作，例如常見的中子測井儀等，能發揮出其各自優勢，進而為各種重要測井項目提供重要的數據支持。[1]

2 巖性密度測井儀工作原理

巖性密度測井儀主要囊括了電子線路EA、儀器機械節MA兩項。在電子線路EA部分包括電源板、控制板、信號處理板等;儀器機械節MA則相對簡單，由電源電路、探頭、推靠臂組成。將儀器實際置于井下操作時，通常都是按照相關規定將推靠臂進行開、收，使其極板探頭緊靠井壁。隨后，再將所搜集后的數據傳送至電子線路進行深入處理。最終發送于地面測井系統后，呈現出我們需要得知的相關結果。若從更為深入、細致的角度來看，關于儀器的作用原理，則是相對復雜化的一個過程，當進行測井作業時，儀器結合能發射出661keVγ射線的Cs-137放射源，并和底層中的物質先產生康普頓效應。由于此效用中散射的截面和地層體積密度間有一定關聯，所以有關學者也常根據截面數據，及時有效地判定出底層巖石密度情況。同時，當γ射線及底層物質發生康普頓效應后，勢必會一定程度上讓γ射線自身能量顯著減少，當不斷縮減到某一個數值后，γ射線會產生光電吸收效應。隨后測量光電吸收截面指數，將其作為依據來用專門的公式來推導出物質的原子序數，也就意味著能夠得知地層物質中蘊含了哪些不同的元素。因為同類別的儀器大多都提供了不同源距的多個探測器，那么當實際操作測定時，就可以將不同源距的探測器進行更替、組合，從而消除井內其它因素（如泥餅）對最終結果的干擾，從而促使測量結果更有可靠性、值得借鑒和分析。[2]

3 巖性密度測井儀刻度及井徑臂

3.1 巖性密度測井儀刻度

儀器刻度中常出現以下不達標的情況，導致“未通過”。例如刻度塊位置不當、推靠器極板等不潔等等。以下從兩個方面分析儀器的刻度。

其一，關于“死時間”校正?！八罆r間”現象指探測γ射線需延誤一定時間。正常情況下，關于“死時間”的校正很小，因此導致測量時難以避免各種誤差。但誤差的存在會伴隨計數率增多而提升，因此若處于低密度環境（如硅藻巖）下，誤差可能較大，此時則要結合密度曲線（ZDEN）、密度校正曲線（ZCOR）相關公式加以校準。其二，關于儀器刻度。儀器刻度組成主要包括兩個鎂合金塊、鋁塊及兩個金屬片，金屬塊的密度值均參照了美國休斯敦的標準。在刻度時，刻度塊的位置可調整，水平或垂直均可。隨后將推靠器放置其水平處即可。同時，應當保障極板干凈、干燥，不會殘留灰塵、巖屑等雜質，以保障測量結果準確性。隨后，將推靠器極板朝向刻度塊較“厚”的部分，對齊極板上邊緣及刻度塊。施加一定的壓力讓極板緊密和刻度塊貼合，注意在此過程中不可讓極板移動、旋轉、傾斜，否則會導致位置錯誤，影響測量工作。完善上述操作后進行校正測量，此時能夠計算出刻度表中的鎂鋁之比，若計算出的數據和預估的誤差范圍有明顯差異，此時則要將極板、金屬片重新放置后再次測量。倘若重新測量后依然未能達到誤差要求，那么此儀器則可能出現故障需進行檢修了?？偠灾?，關于刻度和分析，需確保其探頭極板干燥潔凈，且校正、軟硬比（SHR）、DEN等指標都處于誤差范圍內。[3]

3.2 巖性密度測井儀井徑臂打開及閉合

部分測井儀在設計上存在缺點，比如無馬達工作電壓上傳。所以操作技術人員無法通過直流面板情況來分析電壓情況。倘若此時馬達上的電壓過大，會導致儀器熱量較大，可能延長井徑臂的開合時間。針對上述儀器，當實際操作時應當讓井徑臂先保持靜止，或是緩慢上提的狀態（指速度低于10m每分鐘）時才打開。需要注意的是，當儀器正處于下行操作時千萬不可打開井徑臂，或者是它正常工作時使其保持下行。這兩種操作可能會導致井徑臂卡住，或者是不小心使其彎曲、折損;情況嚴重時還可能直接導致儀器卡在井內。部分巖性密度是數字遙測儀，和模擬儀器不同的是，它能夠在不關閉主流電源基礎下發指令，將電源傳送給馬達。聯合實際情況，諸如模擬儀器斷電后，要將其保持成“井徑關閉”狀態。這是為了巖性密度儀器異常井徑臂無法正常閉合后，就可以借助模擬器關閉，進而將儀器上提出井眼。需要注意的是，關于井徑臂打開及閉合操作在運用時必須加以重視。例如若井徑臂處于打開狀態下不慎被提出井眼，那么井徑臂會立刻從受限狀態下出現劇烈的反彈，此時所飛濺起的泥漿、巖屑等，都可能會傷及施工操作的人員，因而必須加以關注。[4]

4 巖性密度測井儀運用注意事項

運用巖性密度測井儀時，若發現其曲線異于常規情況，要注意是否存在其它的影響條件，通常包括以下五點：第一，當井中出現大量的重晶石、赤鐵礦或是其它的化學制品時，可能會對測定結果構成影響。這是因為化學物質、赤鐵礦等都具備較高的光電吸收截面，容易干擾到最終結果。第二，大裂縫地層。導致地層出現裂縫的原因有很多，多是內、外兩因素的綜合作用。當出現大裂縫后，會影響到測量基本條件。第三，當泥餅的厚度高達1/2in。當泥餅較薄且貼合緊密時，會對測井工作創造一定有利條件，反之，則可能影響到最終測定的準確率。第四，大于井徑測量的沖蝕擴大井段。沖蝕即沖刷。當出現井徑擴大現象時，也會影響到巖性密度測井儀使用效果。第五，不規則、皺褶或波狀井眼。若出現此類形態的井眼，要深入研究后再考慮是否運用巖性密度測井儀。此外，當操作人員在進行測量時，也要防止出現一些不恰當的手動增益調節，以免影響到儀器最初的測量效果，且原始數據回放（RDR）再處理也無法將其校正。[5]

5 當巖性密度測井儀發生故障時的解決方法

5.1 巖性密度測井儀器無譜峰、計數異常

巖性密度測井儀在使用的過程中，最常發生的故障問題就是儀器無譜峰，且長源距的計數出錯。要迅速解決，需要先查找問題所在。維修人員可以先更換電子線路，并提供直流電，檢測發現依然沒有譜峰，且推靠臂不能正常開合，可以在推靠臂閉合的狀況下，晃動儀器MA，并觀察其交流面板的電流，若電流在兩百毫安到兩百五十毫安之間反復跳動，則說明巖性密度測井儀的故障處就集中在電源、極板線等地方。維修檢測人員可以根據故障的具體情況，進一步的展開排查。[6]

維修人員要查看測井儀整體構成以及信號的流通過程，可發現故障主要是由以下兩種情況導致。其一，控制推靠臂的打開和閉合的繼電器的電壓出現異常，進而導致出現故障，造成無譜峰以及計數異常的問題。其二，長源距的探頭高壓管的電壓輸入有誤。不排除兩個問題共同作用導致巖性密度測井儀出現故障問題。由于供電電壓出現問題，維修人員需要先對正在工作中的供電電壓進行故障排查。如果發現+24VDC的電路沒有出現異常情況，則需要進一步的分析和考察。比如可能出現五號探頭線的絕緣強度弱，而且外部出現破裂或損壞，維修人員由此可以確認故障原因。由于五號探頭線是高壓管的輸入電壓，而其絕緣能力下降，以及外部出現破裂和損壞問題，導致在進入長源距高壓管時對+24VDC電壓造成影響，導致電壓不足，不能保證推靠臂的繼電器的穩定供電，兩個繼電器的供電電壓不足，導致推靠臂不能正常打開和閉合，因為長源距的高壓管受到五號探頭線的影響，不能輸出高壓電壓，導致長源距探頭不能順利獲取數據，從而導致計數出現問題，由于數據獲取異常，因此長源距計數顯示為零，沒有譜峰，而短源距沒有受到五號探頭線影響，因此計數顯示正常。在排查情況故障之后，維修人員可以對五號探頭線進行處理，更換新的探頭線，確保其絕緣性，在更換成功后進行測試，如果長源距能夠正常顯示計數，同時推靠臂能夠正常的打開和閉合，出現譜峰，則說明故障已被排除。[7-8]

5.2 推靠臂閉合時電流大、產生卡頓故障

這種故障也是巖性密度測井儀的常見故障之一，主要表現為，在閉合推靠臂時，電流達到四百四十毫安，并且不能正常的閉合，會產生卡頓問題，閉合時的動作不夠流暢。這類故障的原因比較容易排查，主要是其機械傳動結構而導致的故障。維修人員可以先對該結構進行檢查，尤其是針對銷子、彈簧以及連接桿的檢查。查看螺桿是否存在銹蝕問題，以及彈簧是否發生了偏移。如果確實如此，維修人員可以更換或清理螺桿，解決銹蝕問題，同時更換新的彈簧總成，并反復打開和閉合推靠臂，如果電流已經恢復，并且推靠臂能夠正常閉合，沒有出現卡頓，則說明故障排除。[9-10]

6 結語

綜上所述，此次從巖性密度測井儀的運用背景、現狀、原理等多方面加以探討，并特以某巖性密度儀為樣本，分析在實際使用中出現的各種問題。例如主刻度不通過主要原因;又如限位開關失效后如何正確地讓井徑臂處于正確的開或閉合狀態。如此一來，能夠讓相關操作人員明確各種可能會影響測定結果的因素，構建出安全、高效率的測量環境。相信通過本次分析，相關工作者能夠對巖性密度測井儀多一層思考，從而在實際運用中消除干擾因素，提高測量效率和質量。

參考文獻：

[1] 鞠曉東，李會銀，成向陽，等.新型巖性密度測井儀研制[J].測井技術，2005，29（01）：18，59-62.

[2] 呂殿中.巖性密度測井儀高壓不穩的故障分析及維修[J].石油儀器，2010，24（02）：90-91，94.

[3] 呂海泉，蔡曉波，程靜，等.巖性密度測井儀探頭測試系統的研制[J].測井技術，2017，41（05）：564-566.

[4] 侯遠偉.巖性密度測井儀高壓不穩的故障分析及維修[J].山東工業技術，2017（20）：57.

[5] 劉備.巖性密度測井儀工作原理與典型故障分析[J].科技資訊，2020，18（12）：17，19.

[6] 杜黎君，嵇玉華，席習力.對巖性密度測井儀的認識[J].石油儀器，2014，28（05）：28-30.

[7] 唐俊，吳桐雪，吳瑤，等.基于單片機的巖性密度測井儀模擬信號源[J].儀表技術，2019（12）：9-10，15.

[8] 馬麗婷.2228XA巖性密度測井儀傳動系統及推靠臂結構改造[J].石油管材與儀器，2016，02（01）：86-87，91.

[9] 羅翔.巖性密度測井儀刻度方法以及能譜漂移問題的研究[D].成都：成都理工大學，2013.

[10] 劉易，湯天知，岳愛忠.一種新型巖性密度測井儀數據采集處理電路設計[J].測井技術，2012，36（04）：397-400.