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 ННК_НТ, 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 ННК_НТ 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 ННК_НТ 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 ННК_НТ 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 ННК_НТ 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 ННК_НТ 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 ННК_нт.

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