Устройство и работа прибора
В зависимости от решаемых задач прибор может иметь два варианта исполнения конструкции:
1) с каналом ГК и одним гамма-источником – при исследованиях скважин, зацементированных обычной тампонажной смесью;
2) с каналом ННКНТ, гамма – и нейтронным источником – при исследованиях скважин, зацементированных аэрированной тампонажной смесью.
Прибор выпускается в первом варианте исполнения, но с возможностью его преобразования во второй вариант исполнения, причем блок нейтронного зонда (нейтронная приставка) входит в комплект поставки.
Принцип работы прибора в первом варианте исполнения заключается в регистрации рассеянного гамма-излучения с помощью измерительных зондов разной длины. Конструкция зондов (длина их и углы коллимации) обеспечивают работу одного из них в области плотностной инверсии (зонд малой длины), а второго – в режиме плотностного каротажа (зонд большой длины). Интенсивность рассеянного гамма-излучения, регистрируемого с помощью зонда малой длины, определяется средней по периметру толщиной стенки обсадной колонны, а интенсивность рассеянного гамма-излучения, регистрируемого с помощью зонда большой длины, определяется, в основном, объемной плотностью вещества в затрубном пространстве, что дает возможность определять толщину стенки обсадной колонны, наличие и состояние цементного кольца за колонной, имеющего большую объемную плотность по сравнению с буровым раствором.
Прибор в первом варианте исполнения, регистрируя рассеянное гамма-излучения от точечного экранированного источника и естественное гамма-излучение пород, позволяет за один спуско-подъем производить запись пяти диаграмм:
1) толщинограммы – кривой количественных значений средней по периметру толщины стенки обсадной колонны и отметок муфтовых соединений;
2) интегральной цементограммы – кривой, несущей информацию о количественных значениях средней плотности вещества в затрубном пространстве;
3) двух селективных цементограмм, смещенных на 1800 по периметру скважины - кривых, несущих информацию об относительных изменениях плотности вещества в затрубном пространстве;
4) диаграммы гамма-каротажа – кривой относительного изменения естественной радиоактивности пород по стволу скважины.
При работе прибора в варианте исполнения с каналом ННКНТ так же регистрируются пять диаграмм, причем вместо диаграммы гама-каротажа производиться запись диаграммы нейтронного зонда – кривой относительного изменения плотности потока нейтронов надтепловой энергии, несущей информацию о качестве цементирования скважины с использованием аэрированной тампонажной смеси (объемное водосодержание вещества в затрубном пространстве).
4.1. Общий вид прибора в первом варианте исполнения показан в приложении 1.
Прибор содержит следующие основные узлы:
1) блок электронный поз. 1;
2) направляющая верхних центраторов поз. 2;
3) направляющая нижних центраторов поз. 3;
4) кожух прибора поз. 4;
5) шток для установки источника гамма-излучения поз. 5;
6) экран поз. 6;
7) вытеснитель поз. 7;
8) вытеснитель поз. 8;
9) вытеснитель поз. 9.
Все резьбовые соединения снабжены резиновыми уплотнительными кольцами, обеспечивающими герметичность прибора.
4.2. Вытеснитель 7 крепится к кожуху 4 прибора винтами 10. Вытеснители 8, 9 крепятся на вытеснителе 7 винтами 11.
Для снятия вытеснителей с прибора необходимо отвернуть винты 10, развернуть блок центраторов так, чтобы подшипники совпали по направлению с выточками на направляющей нижних центраторов 3, сжать рычаги центраторов и снять вытеснители.
4.3. Экран 6 механически соединен с направляющей нижних центраторов 3 с помощью винтов 13. Экран состоит из свинцовых блоков, закрепленных в кожухе 14. Чтобы извлечь экран из кожуха 4 прибора, необходимо отвернуть направляющую нижних центраторов от кожуха прибора и осторожно вынуть ее до полного выхода экрана.
4.4 Заглушка 15 крепится к направляющей нижних центраторов 3 с помощью байонетного соединения и предохраняет шток 5 с гильзой 16 для источника гамма-излучения от механических повреждений и выпадения. Для снятия заглушки необходимо предварительно развернуть ее на 900.
4.5. Блок центраторов 12 закреплен на направляющей нижних центраторов с помощью накидной гайки 17 и стопорных колец 18. При сборке накидная гайка должна быть застопорена винтами 19 так, чтобы заглушка 15 зафиксировалась после поворота её на 900.
Внимание! Все стопорные кольца следует снимать с помощью специального ключа отжимного АЯЖ 6.890.003, входящего в комплект ЗИП.
4.6. Переходник 20 прибора крепится к направляющей верхних центраторов 2 с помощью накидной гайки 21 и двух полуколец 22, вложенных в проточку.
4.7. Блок электронный 1, включающий электронную схему с приемными преобразователями, механически соединен с направляющей верхних центраторов 2. чтобы извлечь электронный блок из кожуха 4 прибора и отсоединить от направляющей верхних центраторов 2, необходимо проделать следующие операции:
1) отвернуть и осторожно выдвинуть направляющую верхних центраторов из кожуха прибора до полного выхода электронного блока;
2) отвернуть винты 23 и отсоединить электронный блок от направляющей верхних центраторов;
3) отпаять провода, подходящие к контактной колодке 24;
4) отвернуть винты 25 и снять охранный кожух 26.
Сборку производить в обратном порядке.
4.8. Приемный преобразователь 27 состоит из сцинтилляционного термоустойчивого детектора ионизирующих излучений типа СДН на основе кристалла NaJ (TI) по ТУ 6-09-4858-80 размером 30×40 мм для канала ГШК и 16×40 мм для каналов плотномера и толщиномера, фотоумножителей ФЭУ-74 А по ОДО335.645 ТУ и ФЭУ-102 по ОДО.335.651 ТУ соответственно.
4.8.1. Для разборки приемного преобразователя 27 канала ГК необходимо отвернуть винты 28 и вынуть его из шасси 29.
4.8.2. Для разборки приемных преобразователей 30 канала плотномера необходимо проделать следующие операции:
1) отвернуть винты 31;
2) выдвинуть свинцовый экран 32 на 25 мм;
3) отвернуть винты 33;
4) выдвинуть приемный преобразователь и вынуть его из свинцового экрана 32.
4.8.3. Для разборки приемного преобразователя 34 канала толщиномера необходимо отвернуть винты 35.
4.8.4. Сборку приемных преобразователей следует производить в обратном порядке, предварительно проверив качество изоляции корпуса детектора, убедившись в целостности детекторов и фотоумножителей и смазав контактирующие поверхности их кремнийорганическим вазелином.
4.9. При необходимости проведения работ в скважинах, обсаженных 168 мм колоннами, следует предварительно надеть на прибор вытеснитель 7.
4.10. В случае необходимости проведения работ в скважинах, обсаженных 194 мм колоннами, следует предварительно надеть на прибор вытеснитель 7, 8, 9 в следующие последовательности:
1) закрепить вытеснитель 8 на вытеснителе 7 винтами 11;
2) повернуть блок центраторов 12 так, чтобы подшипники совпали по направлению с проточками на направляющей нижних центраторов 3 и сжать рычаги центраторов;
3) надеть на прибор блок вытеснителей 7 и 8 и закрепить блок винтами 10;
4) надеть на прибор вытеснитель 9 и закрепить его на вытеснители 7 винтами 11.
4.11. При необходимость преобразования прибора во второй вариант исполнения для проведения работ в скважинах, зацементированных с использованием аэрированной тампонажной смеси приемный преобразователь 27 канала ГК и направляющую верхних центраторов 2 следует заменить на приемный преобразователь 36 канала ННКНТ и блок нейтронного зонда АЯЖ 3.501.006, входящие в комплект поставки и ЗИП прибора. Этот вариант исполнения прибора приведен в приложении 2.
4.11.1. Приемный преобразователь 36 канала ННКНТ состоит из сцинтилляционного термоустойчивого детектора медленных нейтронов СДК.02 по ТУ 6-09-5116-83 размером 40×63 мм, фотоумножителя ФЭУ-74А по ОДО.335.645 ТУ, замедлителя надтепловых нейтронов 37 и экрана 38 тепловых нейтронов, выполненного из листового кадмия толщиной 0,5 мм.
4.11.2. Блок нейтронного зонда содержит следующие узлы:
1) направляющая верхних центраторов поз. 39;
2) кожух зонда поз. 40;
3) экран поз. 41;
4) шток для установки источника нейтронов поз. 42.
4.11.3. Для преобразования прибора с первого варианта исполнения во второй вариант необходимо проделать следующие операции:
1) отвернуть и осторожно выдвинуть направляющую верхних центраторов 2 из кожуха прибора до полного выхода электронного блока;
2) отвернуть винты 23 и отсоединить электронный блок от направляющих верхних центраторов;
3) отпаять провода, подходящие к контактной колодке 24;
4) отвернуть винты 25 и снять охранный кожух 26;
5) отпаять провода приемного преобразователя 27 канала ГК, подходящие к блоку формирователя импульсов АU8 и делителю напряжения Z;
6) отвернуть винты 28 и снять приемный преобразователь;
7) установить приемный преобразователь 36 канала ННКНТ и закрепить его винтами 28;
8) установить замедлитель нейтронов 37, экран 38 и закрепить их винтами 43;
9) припаять провода приемного преобразователя к блоку формирователя импульсов АU8 и делителю напряжения Z, предварительно установив рабочую точку питания приемного преобразователя;
10) надеть охранный кожух 26 и закрепить винтами 25;
11) припаять провода электронного блока к контактной колодке 44 блока нейтронного зонда;
12) закрепить электронный блок 1 на блоке нейтронного зонда винтами 45;
13) завернуть электронный блок 1 и блок нейтронного зонда в кожух 4 прибора.
Внимание! При разборке блока нейтронного зонда, во избежание перекрутки проводов, предварительно снять с кожуха зонда 40 контактную колодку 44.
4.12. В случае необходимости подготовки прибора во втором варианте исполнения к проведению работ в скважинах, обсаженных 168 мм колоннами, следует дополнительно на прибор установить вытеснители 7 и 46.
4.13. Электрическая структурная схема прибора приведена в приложении 3.
Схема прибора обеспечивает регистрацию гамма-квантов (в случае включения работы с каналом ННКНТ также и регистрацию надтепловых нейтронов), формирование, коммутацию и передачу сигналов на поверхность по трехжильному бронированному кабелю длиной до 3500 м в виде разнополярных импульсов амплитудой не менее 3,5 В и состоит из следующих функциональных узлов:
1) приемных преобразователей (В1…В9);
2) формирователей импульсов (АU1…AU8);
3) блока коммутатора (AS);
4) выходных усилителей (A1…A3);
5) стабилизатора напряжения (U);
6) задающего генератора (G);
7) усилителя мощности (АW);
8) выпрямителя низковольтного (UZ1);
9) выпрямителя высоковольтного (UZ2);
10) делителя напряжения (Z);
11) блока стыковки (AF).
Для уменьшения потребляемой мощности, габаритных размеров электронного блока, повышения надежности схема выполнена с использованием интегральных микросхем.
Схема смонтирована на шасси, функциональные узлы выполнены на отдельных печатных платах. Схема соединений электронного блока приведена в приложении 4.
Для защиты от влаги все платы покрыты лаком ЭП-730 ГОСТ 20824-75, а для защиты элементов схемы от внешних повреждений на электронный блок надет кожух.
Принципиальная схема приведена в приложении 5.
Осциллограммы в контрольных точках схемы приведены на рисунках приложения 6.
С анодной нагрузки фотоумножителя каждого из блоков приемных преобразователей В1…В9 импульсы отрицательной полярности поступают на вход соответствующего блока формирователя импульсов AU1…AU8, при этом приемный преобразователь В9 канала ННКнт.
Для защиты от перегрузок на входе каждого блока AU включены резистор R1 и диодV1, ограничивающие амплитуду входных импульсов на уровне 0,7 В.
Каждый блок AU состоит из входного усилителя, выполненного на операционном усилители 140УД5А (DA1) с отрицательной обратной связью, с коэффициентом усиления по напряжению К~12 и амплитудного селектора, выполненного на интегральном компараторе 521СА3 (DA2).
Приведенный порог срабатывания формирователя импульсов по входу равен (18±2)мВ.
Для упрощения согласования выходных сигналов формирователя импульсов с цифровыми микросхемами питание блоков AU выбрано равным ±5 В.
Форма импульсов на выводе 5 микросхемы DA1 показана на рис. 1, а на контакте 4 блока AU на рис. 2.
Импульсы с блоков AU1…AU6 подаются на блок усилителя выходного А2, который осуществляет суммирование, пересчет и задержку импульсов для интегрального канала плотномера.
Логическое устройство D1 (микросхема 134ЛА2Б) выполняет роль сумматора импульсов, поступающих с блоков AU1…AU6.
Далее импульсы поступают на пересчетное устройство, состоящее из последовательно соединенных триггеров, осуществляющее пересчет на 24 и выполненное на микросхемах 134ИЕ5 (D2, D4).
Пересчитанные импульсы подаются на схему задержки импульсов, которая представляет собой ждущий мультивибратор, формирующий импульсы длительностью до (150±30) мкс и выполненный на микросхеме 134ЛБ1Б (D6). Форма импульсов на выводе 12 микросхемы D6 приведена на рис. 3.
Одновременно импульсы с блоков AU1…AU6 поступают на блок коммутатора AS,
основной задачей которого является обеспечение циклического опроса приемных преобразователей канала плотномера.
Блок коммутатора AS состоит из задающего тактового генератора на транзисторах V1 и V2, распределителя тактовых импульсов, выполненного на двоичном счетчике 134ИЕ5 (D3) и двойного селектора – мультиплексора D1 и D2, выполненного на микросхемах 134КП10.
Частота тактового генератора определяется скоростью «опроса» приемных преобразователей и задается RC - цепью (R2, R3, C1). Форма тактовых импульсов (вывод 14 микросхемы D3) представлена на рис. 4. Период следования импульсов (1000±50) мс.
Распределитель тактовых импульсов на микросхеме D3 задает условие на входах «А», «В», «С» мультиплексоров D1, D2 для поочередного прохождения через них информационных импульсов с шести формирователей AU…AU6 канала плотномера.
Входные цепи 1…У1 коммутатора соединены со входами D0…D5 мультиплексоров D1, D2 так, чтобы на выходе коммутатора получить основной и дополнительный циклы «опроса» приемных преобразователей В1…В6 с фазовым сдвигом на 1800 (каналы плотномера: селективный 1 и селективный 2).
Число циклов опроса приемных преобразователей за 1 мин равно 5.
Информационные импульсы селективных каналов плотномера с выхода блока коммутатора поступают на блок выходного усилителя А1, который осуществляет пересчет и формирование импульсов по длительности.
Для упрощения выбора масштабов при записи кривых коэффициенты пересчета импульсов в измерительных каналах плотномера выбраны следующие: селективный 1 и селективный 2 – 4, интегральный канал – 24.
Форма импульсов на выводе 10 микросхемы D1 и на выводе 1 микросхемы D3 показана на рис. 5, 6 соответственно.
Информационные импульсы канала толщиномера с блока AU7 поступают на блок выходного усилителя А2, который осуществляет пересчет и формирование импульсов по длительности. Коэффициент пересчета импульсов в канале толщиномера равен 32.
Для защиты цепей сигнальных жил от перегрузок при подключении прибора к источнику питания УИП-К в блоке стыковки AF введена блокировка, выполненная на герконовом реле (L, К1, К2). В исходном состоянии сигнальные цепи прибора отключены, при этом запитать скважинный прибор можно только по питающей жиле (контакт 1 разъема Х2) каротажного кабеля.
Высокоомные резисторы R4 и R5 блока AF, подключенные параллельно герконам К1 и К2 соответственно, служат для возможности «прозвонки» кабеля и прибора омметром перед подключением к источнику питания.
Стабилизатор напряжения (блок U) с цепью повышения надежности выполнения в виде схемы стабилизатора параллельного типа. Он обеспечивает стабилизированным напряжением блоки G и UW. Регулирующий элемент стабилизатора V4, выполненный на транзисторе КТ816Г, установлен на радиаторе без изолирующей прокладки.
Вопросы для самоконтроля:
39. Изложите назначение СГДТ, АКЦ
40. Изложите устройство и принцип действия СГДТ, АКЦ
41. Изложите устройство магнитострикционного излучателя
42. Изложите устройство пьезокерамического приемника