浅谈效数字声波信号干扰的原因及维修措施

浅谈效数字声波信号干扰的原因及维修措施
摘要：野外施工小队反映数字声波在测井施工过程中信号基线干扰的现象比较
突出，严重影响声波曲线资料的采集。

本文就这一故障现象及所采取的的维修措
施加以分析说明，以利今后提高数字声波的维修质量，配合施工小队合理操作使
用仪器，保证采集资料质量。

关键词：井壁摩擦；仪器结构；电气连接；元器件；焊接工艺
1 引言
声波测井是根据声学物理理论发展起来的一种测井方法。

我们通常所听到的
声音是一种机械波，是由物质质点的振动而产生并传递的。

对于由不同岩石组成
的地层，当所施加的机械力或机械波在一定频率强度范围内时，可近似看成是由
质点组成的弹性体。

利用弹力学理论研究声波在地层中的传播规律，进而利用声
波测井曲线资料分析地下岩层的一些重要地质特性（如油气特征），为油田的勘
探开发提供帮助[1]。

数字声波是一种新型的井下测量仪器。

其最大特点就是将单片机（CPU）及
复杂逻辑编程器件(FPGA)应用到了井下，实现了声波信号的井下数字化处理。

仪
器由电子线路短节和声系组成。

电子线路主要完成仪器的主控制逻辑、发射及接
收晶体的控制、地面命令的解码、数据的编码及发送等任务[2]。

声系主要包括源
距不同的两个发射晶体和四个间距相同的接收晶体。

野外测井小队在仪器的使用即测井施工过程中，发现有些仪器的信号基线干
扰现象较突出，而且干扰又表现出不同的形式。

使得地面仪器无法正常捕获声速
首波信号，干扰严重的必须更换下井仪器重新进行测量，延长了施工周期，增加
了施工强度。

图1为现场施工过程中，声波信号基线干扰截图。

仪修班对这一问题现象进行了跟踪观察，并采取了相应的措施，降低仪器故
障率，提高仪器的稳定性可靠性。

2 基线干扰原因分析及维修措施
声波测井施工时通过电缆将声波仪器输送到井下，对井壁介质的声学特征信
息进行测量，记录生成声速测井曲线 [3]。

在测井施工过程中，仪器与井壁的摩擦，线路元件的性能，机械结构部件，仪器的绝缘情况，仪器串中其他仪器的性能等，都会对声波仪器信号产生影响，也是产生基线干扰的潜在原因。

2.1 仪器与井壁的摩擦
由于井身并非很垂直，有一定的倾斜度，再加上仪器自身重力作用，使仪器
贴在井壁上或者说趴在井壁上；水平井施工中，这种现象更突出。

声波仪器在井
内上提测量的过程中，要与井壁产生摩擦，引起周围介质的振动，形成机械波。

由于此种机械波不能反映地层的真实信息，故此被认定是无用的干扰信号。

这种
机械波的的振动频率与接收晶体的固有频率相匹配后，被接收晶体响应，经线路
逐级放大后，会给操作工程师造成很大困难。

在声系和线路恰当的位置安装扶正器，使仪器和井身之间保持一定的间隙，
避免仪器与井壁产生摩擦，就会大大降低信号基线的波动。

2.2 仪器的机械构件存在缺陷
机械构件是仪器的硬件，是保护与固定线路和探测器的。

数字声波线路下接
头的母插针与声系上接头的公插针相对接；线路骨架安装在不锈钢承压筒内，不
锈钢上接头将线路骨架顶紧，实现线路与声系的紧密连接。

在测井过程中，小队反映声波信号干扰大并伴有断通讯现象。

反复检查后，
发现是线路上接头的压缩弹簧和内衬套机械尺寸较小，不能将线路骨架顶紧，使
得线路和声系接触不紧密有松动，造成干扰及断通讯现象。

重新加工线路上接头的内衬套和压缩弹簧，安装到位后，干扰及断通讯现象
减少。

2.3 电气连接松动造成干扰
数字声波电子线路按其功能大致分为主控板电路CPU，声波接收信号预与处
理电路，工作电源等六大电路单元。

这六大电路单元相对独立，按照特定的电路
设计实现各自特定的电气功能，完成各自特定电气任务。

但这六大电路单元又不
是完全独立的，而是通过标准接插件，飞线等相互联系的。

接插件的紧密连接，
可降低接触电阻，使得各类信号更有效更完整的传递。

在仪器的检修过程中，发现有的接插件严重松动，致使声波信号基线不平，
严重抬起。

上紧接插件后，信号基线变平，干扰现象消除。

2.4元器件性能不稳定造成干扰
一个具体电路功能的实现，离不开每个电路元器件。

小到一个贴片电容电阻；大到集成电路FPGA，CPLD,EPROM等。

这些元器件性能，直接左右着电路功能的
实现，影响着电路的电气性能，仪器的稳定性。

数字声波的信号处理板，在原来小规模集成分立元件的基础上，制造厂家进
行了大规模的集成，四道由接收晶体送来的声波信号被四只大集成电路处理完成。

这不仅减小了线路板的尺寸，而且有利信号传输。

可是这种大规模集成电路性能
也有待完善提高方。

在仪器维修过程中，发现有支仪器信号不好，干扰大，第四道信号基线有抬起。

更换大集成片后，现象有所改观。

2.5 焊接工艺不好造成干扰
元件虚焊的现象最难发现，对仪器的影响最坏。

一支仪器，从设计到组装完成，直到测井取得合格的资料曲线，要涉及到很多方面：机械加工，电气焊，线
路印制板等。

线路印制板设计完成后，要将众多的元器件安装固定在上面，就需
要锡焊技术来实现。

为防止集成件与底座之间接触不好，数字声波的CPU板以及A/D板的大集成片，例如100脚的FPGA直接锡焊在线路板上。

现在超大规模集成件以及贴片电
容电阻的使用，对焊接技术要求愈来愈高。

当线路有虚焊点时，仪器表面看起来
很好，但是使用起来却麻烦多多。

信号不好，窜出干扰，偶尔断通讯等等，给测
井施工增加难度。

对于没有固定的突出的故障点的仪器，首先考虑接触的问题，尤其是锡焊接
方面。

借助放大镜对管脚多体积小的集成器件，贴片元件进行检察。

对焊接不好
的部位重新焊接，改善线路焊接状况，提高仪器稳定性。

2.6 绝缘的降低产生干扰
仪器的绝缘状况如声系的绝缘﹑连线的绝缘，对仪器影响很大。

数字声波的
声系两端装有承压块，预防由于密封失败而发生的“灌肠”现象。

在实际检修工作中，发现承压块的插针之间吸附有杂质，致使插针之间的绝
缘降低。

最突出的表现是地面供电电压指示较高，但通讯显示的缆头电压较低，
信号基线上抬，伴有断通讯现象。

清洁承压块后，故障现象消失，同时，信号基
线弯曲上抬的现象改观。

2.7 发射同步干扰
要实现对地层的声学特性的探测，首先要在井内建立一个人工声场[4]。

数字声波的线路骨架上安装有一个容量为8U耐压600V的储能电容，当发射
触发脉冲到来时，Vmos管道通，将储能电容上的400V电压通过发射变压器初级，瞬间对地放电。

发射晶体在变压器次级高压的激励下产生机械形变，发出声音。

在储能电容对地放电的瞬间，回路电流发生强烈变化，穿过这一回路所包围
面积内的磁通量也要发生剧烈变化，因此要在回路自身激起自感电动势[5]，即我
们常说的同步干扰信号，这种干扰信号无法有效去除，但可进行适当抑制。

3 数字声波使用维修建议
导致声波信号产生基线干扰的原因很多，需要在实际工作中不断探索，具体
情况具体分析解决。

为保证仪器维修质量，提出以下建议。

3.1 采取合理有效地方法，判定故障部位
要向施工小队详细了解你故障现象，故障点的井深（排除温度的影响）。

对
有问题的仪器，要一看，二摸，三排除。

仔细观察仪器有无松动脱焊；用手接触
元件有无过热，负载重，元件要发热，元件损坏也伴有过热现象；对有怀疑有问
题的部位或元件，要断开前级或后级负载，重点检查。

3.2 对存在隐患的部位，提前预防
数字声波线路板的接插件较多，固定螺丝密集，部分集成器件是插装在多管
脚管座上的。

仪器使用过程中，常出现接插件松动，螺丝倒扣，集成件脱离管座
现象，要对这些部位用采取特别固定措施，消除故障隐患。

3.3 选择高温配件
测井是对地壳内部构造的探测，随着向地底的深入，每增加100米温度会上
升3度。

为适应地温的增加，保证仪器稳定性，取得合格的资料，必须选择耐高
温的配件。

3.4 时刻注意检查仪器绝缘状况
对于数字声波来说，声系的绝缘情况，电气连接插头的绝缘情况，直接影响
仪器稳定性。

电气连接处不清洁，器件焊接点氧化，压力平衡仓内硅油不清洁等，都会导致绝缘下降。

声波仪器的维修从某一方面讲就是搞仪器的绝缘。

3.5 合理使用操作仪器
对于一些故障，如仪器与井壁摩擦产生的干扰，只需野外小队在施工时，在
仪器上安装扶正器就可解决。

对发射同步干扰，小队在地面操作中合理设置首波
捕获门时间，便可减轻同步干扰信号的影响。

4 结束语
数字声波仪器是新一代的声波井下仪器设备，它可以进行不同源距和间距的
声波测井，测量井眼周围从发射器到接收器之间一段地层的滑行波传播时间，其
测量结果用来计算地层孔隙度，或直接用来进行地层对比。

在使用中会出现各种
状况，需要施工小队和维修班共同努力来使用维护好，发挥出先进仪器的最大优势，取得精确优质的声波测井曲线资料。

参考文献
[1] 冯启宁《测井仪器原理（非电法）》石油大学出版社
[2] 《SL6680e数字声波操作维修手册》胜利伟业
[3] 丁次乾《矿场地球物理》中国石油大学出版社
[4] 洪有密《测井原理与综合解释》石油大学出版社
[5] 严导淦《物理学》高等教育出版社。