微球测井仪屡烧检波板厚膜电路的问题解决

摘要：EMSF61XA微球测井仪是石油勘探重要的电法测井仪器，主要用于探测钻进地层的冲洗带电阻率Rxo1，配合DLL双侧向测井的浸入带和原状地层电阻率，可以很好地判断地层的渗透性等。在过去的2年里EMSF61XA测井仪器2在测井或保养仪器过程中不断出现相敏检波板厚膜电路N1损坏的问题，造成测井作业返工，极大地影响了测井时效，增大了设备的维修成本。文中通过对问题发生过程的综合判断和进一步地测试，发现了问题根源，并通过仪器电路的改进来最终消除了问题发生的根源，使仪器可靠地工作。
关键词：微球测井；继电器；换挡；收开腿；马达；遥传短节

微球测井仪以其独到的测井模型在探测地层冲洗带电阻率Rxo时效果很好，在当今电法测井中大量使用。EMSF61XA微球测井仪的小信号检测电路设计采用厚膜电路，简化了电路结构，提高了仪器的工作可靠性。但EMSF61XA的缆芯复用设计却引起仪器马达供电意外进入小信号检测回路，出现EMSF61XA微球测井仪屡次损坏信号放大检波板的厚膜集成电路N1的问题。这一问题的出现引起了大量测井作业返工，影响了测井时效，引发了甲方的抱怨。另外，由于厚膜电路N1价格昂贵，所以也增大了设备的维修成本，这个问题必须尽快解决。

1 原因分析
经过对问题的综合分析统计发现，微球出现的该问题主要是在仪器收开腿时出现厚膜电路N1的损坏。
分析问题主要原因如下：
EMSF61XA微球测井仪的信号通路和仪器收开腿110 V直流电是通过继电器K1分时复用了仪器上部接头的1，3#缆芯，如图1左下所示。

1，3#芯的信号传输功能的实现：当仪器有180 VAC供电时，B+对地有直流供电，K1继电器处于NO(工作状态)，1#芯与Vm接通，1#芯对5#芯传输微球测量电压值Vm；同样3#芯与Im接通，3#芯对5#芯传输微球测量电压值Im电流值。所以有180 V仪器交流供电时，1，3#芯用于传输测量信号。
1，3#芯的马达供电功能的实现：当仪器无180 VAC供电时，B+对地无直流供电，K1继电器处于NC(复位状态)，1#芯与DC MOTOR(直流马达)一端接通，3#芯与DC MOTOR(直流马达)另一端接通：在1#对3#缆芯上加110 V直流电，即可让马达运转，实现仪器收开腿。所以在仪器无180 V交流供电的情况下，1，3#芯用于仪器马达供电收开腿。
故障报告显示：有3次故障正好是仪器在基地保养时出现。当仪器做完保养和外部信号测试，仪器工作正常，对仪器进行开110 VDC马达供电收腿，收腿中途发现马达停止转动，无马达运转电流。重启马达供电，马达电流又正常，继续完成仪器收腿后，接下来给仪器供180 VAC交流电检测仪器输出信号时，发现Vm，Im输出为零。结合电路图1分析故障现象，锁定了仪器收腿过程中因马达电流较大而发热，使继电器K1触点位置发生改变，这时110 VDC直流与马达通路断开而到了仪器信号通路中，仪器110 VDC收腿供电直接进入N1的信号回路将厚膜电路N1烧坏。
所以K1性能无法满足要求是问题的诱因，更换K1是必须的，由于K1需要较大的功率，仪器的位置空间也有限，更换K1后的电路N1被烧的风险仍在。在仔细分析电路后，发现通过继电器K1分时复用仪器上部接头的1，3#缆芯是问题的根源，改变复用模式，将信号通路与直流马达供电通路分开是解决问题的根本措施。
分析早期的仪器设计可知，采用复用方式是基于对EMSF61XA／DLL／CN／ZDL等测井仪器的模拟信号进行A／D转换的数字化短节ESAT61XA ／XB的下部26芯接头不够用，不得已而采用的方法，根据最新的仪器组合，下部26芯接头的许多缆芯已闲置不用，所以利用这些闲置缆芯去解决EMSF61XA的1，3#的信号传输及马达收开腿功能的分时复用是可行的。
仔细分析该改进方案后，决定对仪器信号及马达供电通路进行改进。

2 电路改进方案
微球仪器收开腿供电采用原供电电路，让EMSF61XA／XB输出信号EM，IM改变输出通路，测量信号分别从上部接头的1318，1218输出。这样就可以避免110 VDC收开腿供电进入N1，损坏厚膜电路N1。
同时，对数字化短节ESAT61XA／XB的下部26芯接头也做相应的信道调整，以与修改后的EMSF61XA信道相对应。

3 电路改进实施步骤
3．1 EMSF61XA的修改
由于微球输出信号线(pig tail)中7、8、9号芯这3根信号线空着没用，所以12#、13#、18#芯就借用这3根线：把输出信号线(pig tail)的7#、8#、9#这3个芯从上部接头拔出插到12#、13#、18#芯上，这样输出信号线(pig tail)就不需增加信号缆芯。
修改EMSF61XA步骤如下，参考如图2所示。

把微球AP01 TEMINAL板上的继电器K1，K2及相关的信号输出连线做修改：在AP01板上，断开K2上的1#脚与Term X9，X9直接引到猪尾巴18#芯上；断开K2上的8号脚与Term X6，将X6直接引到猪尾巴13#号芯上，实现Vm从上部接头的13#芯输出；断开K1上的5号脚与X1，将X1直接引到猪尾巴12#号芯上，实现Im从上部接头的12#芯输出。
修改后的信号缆芯分配：
13#：EM(原来的1#芯)
12#：IM(原来的3#芯)
18#：COM(原来的5#芯)
1#，3#，5#芯与马达收开腿及换挡的相关的信号通路保持不变。
3．2 数字化短节ESAT61XA／XB的信号通路修改
微球仪器做了修改，则对微球信号进行A／D数字化的ESAT61XA／XB仪器的输入信号通路也必须做相应的修改，将原来的信号输入从1#，3#对5#缆芯改到13#，12#对18#缆芯。由于ESAT61XA和ESAT61XB电路变化较大，下面分开讲解修改步骤。
3．2．1 ESAT61XB的修改步骤
ESAT61XA的修改如图3所示。
从微球仪器上部接头的12#，13#，18#到ESAT61XB下部接头对应的12#，13#，18#，进入接头后直接连到BUS板(9104-E-0004)上的J3和J4。原来12#、13#是用于传输中子测井仪的LSN和SSN脉冲信号的，从BUS板上引到脉冲板上进行处理，现在已经不用了，所以用来传送EM，IM。而18#芯和5#芯在继电器板上是接在一起的，所以不需要修改。修改时把下部接头的12#，13#从BUS板上焊下后，改接到继电器板上A1和A2(即12#-A2；13#-A1)。这样12#、13#的信号就绕过继电器板直接进入模拟通道板，没有受继电器板的影响。达到信号通路和电压通路相互不影响，保证仪器正常工作，完成ESAT61XB修改。