Цифровые и программно-управляемые промыслово-геофизические измерительные лаборатории и станции

В настоящее время в геофизических производственных организациях РФ и стран СНГ эксплуатируется большое количество промыслово-геофизических лабораторий и станций, оснащенных оборудованием для цифровой регистрации данных ГИС. На базах геофизических предприятий с помощью отдельно выпускаемых регистраторов (МКС-Самотлор, ПВК, Пласт-5, КИУ) была проведена модернизация серийных аналоговых лабораторий ЛКС-7АУ-03.

Перечисленные лаборатории обладают различными функциональными возможностями и по-разному вписываются в полный цикл компьютерной технологии геофизического предприятия.

Вне зависимости от области применения промыслово-геофизической лаборатории (геофизические исследования открытого ствола, обсаженной скважины, контроль за эксплуатацией скважины) промыслово-геофизическая лаборатория состоит из ряда подсистем:

· сбора геофизической информации;

· регистрации и визуализации;

· питания и управления;

· контроля за спускоподъемными операциями;

· силового питания.

Подсистема сбора геофизической информации предназначена для выделения и разделения по регистрирующим каналам измерительной информации, поступающей по кабелю от скважинных приборов.

Подсистема регистрации и визуализации включает в себя средства, необходимые для автоматической регистрации получаемых от подсистемы сбора геофизической информации данных, и их визуализацию с целью контроля качества регистрации.

Подсистема питания и управления осуществляет питание скважинных приборов и управление работой исполнительных механизмов (двигателей постоянной и переменного тока, переключателей и т.п.). В качестве источника питания для работы исполнительных механизмов скважинных приборов применяется блок БУСП-М, выходы которого связаны с измерительными панелями этих приборов. При работе с цифровыми связками программно-управляемых скважинных приборов дополнительно вводится блок кабельного интерфейса.

Подсистема силового питания осуществляет питание оборудования лаборатории стабилизированным напряжением промышленной частоты. В случаях работы при больших провалах сетевого питания в состав лаборатории вводится агрегат бесперебойного питания с аккумуляторами.

Подсистема контроля за спускоподъемными операциями предназначена для обеспечения синхронной работы регистрирующих средств лаборатории с движением прибора в скважине и определения параметров этого движения (глубина, скорость, натяжение кабеля).

Техническая оснащенность геофизических партий определяется задачами, решаемыми геофизической службой, и условиями проведения исследований.

Одно из основных требований, предъявляемых к проводимым работам, – это высокая точность измерения изучаемого параметра. По техническим условиям погрешность измерения основных геофизических параметров не должна превышать 5%. В то же время исследования проводятся не в стационарных условиях, а в скважинных, расположенных на значительном удалении от мест базирования геофизической службы. Для современных скважин характерны большие глубины, высокие температуры, ограниченный диаметр. Поэтому вся геофизическая аппаратура должна быть высокоточной, устойчивой к вибрациям и тряске, надежной в работе при значительных перепадах температуры.

Современные геофизические партии оснащены специальными станциями, которые включают: комплект наземной измерительной аппаратуры; скважинные приборы; оборудование, обеспечивающее спуск приборов в скважину и подъем их на поверхность; кабель, на котором производят спуско-подъемные операции и который одновременно служит электрическим каналом связи между наземной аппаратурой и скважинным прибором.

Партия (отряд), проводящая геофизические исследования в скважинах, должна иметь полный комплект оборудования, необходимого для выполнения работ. Все оборудование и аппаратуру станции размещают в кузовах специальных автомашин. Для обслуживания скважин небольшой глубины (до 1500 м) аппаратуру монтируют в кузове одной автомашины, для изучения разрезов глубоких скважин – в кузовах двух автомашин. При этом в одном кузове, который установлен на шасси автомашины повышенной проходимости и называемой самоходным подъемником, монтируется лебедка с кабелем и размещается комплект скважинных приборов. Вся наземная измерительная аппаратура монтируется в кузове, установленном на шасси автомашины-вездехода, и называется автоматической лабораторией.

Для обслуживания скважин, которые бурятся на морском шельфе или в труднодоступных районах, лебедку с кабелем устанавливают непосредственно на скважине. Измерительную аппаратуру (лабораторию) изготовляют в виде отдельных блоков и к месту производства доставляют в контейнерах.

Компьютеризированные каротажные лаборатории подразделяют на:

1. аналоговые с цифровым или компьютеризированным регистратором, осуществляющие цифровую регистрацию данных от всех типов скважинных приборов через аналоговые (импульсные) выходы наземных панелей этих приборов;

2. программно-управляемые, работающие с цифровыми программно-управляемыми скважинными приборами и комбинированными сборками этих приборов;

3. лаборатории с программно-управляемыми средствами демодуляции и декодирования информационных сигналов скважинных приборов, коммутации жил кабеля, источников питания и управления опросом приборов, работающие с аналоговыми приборами без их наземных панелей.

На рис. 2 приведена структурная схема промыслово-геофизической лаборатории, которая в совокупности с набором скважинных приборов, оснащенных индивидуальными системами телеметрии и соответствующими пультами, составляет скважинную геофизическую информационно-измерительную систему.

Переход к машинной обработке результатов ГИС привел к необходимости цифровой регистрации данных. В настоящее время ГИС представляет собой единую технологию цифровой регистрации и компьютеризованной первичной обработки данных. Цифровые лаборатории включают:

· ЭВМ с определенным типом операционной системы (ОС);

· систему оцифровки аналоговых и импульсных сигналов;

· накопители на магнитной ленте (НМЛ) и гибких дисках;

· программно-методическое обеспечение для взаимодействия с оператором в интерактивном режиме и предварительной обработки данных (включая редактирование данных);

· систему контроля за условиями проведения измерений (коррекция глубины по магнитным меткам, регистрация натяжения кабеля, измерение давления в скважине, температуры, плотности и проводимости ПЖ).

 

Рис. 2. Структурная схема аналоговой информационно - измерительной системы

Для поддержания нормальной работоспособности персонала и оборудования лабораторий и станций в их состав включают вспомогательные подсистемы. Подсистема жизнеобеспечения оснащена кондиционером, отопителем и системой наддува воздуха в салоне лаборатории.

КАРАТ-2. Опыт создания компьютеризированных двухуровневых систем типа КИУ позволил быстро провести модернизацию этой системы на основе персонального компьютера IBM-PC/AT. Разработан и выпускается (СКТБ СПТ НПГП ГЕРС, г. Тверь) двухуровневый компьютеризированный регистратор КАРАТ-2, в котором в качестве нижнего уровня использована микропроцессорная система МПСУ с набором геофизических модулей (УСО). Верхний уровень включает IBM-PC в индивидуальном исполнении. Индустриальное исполнение IBM-PC позволяет использовать его в качестве системного вставного блока в стойке. Системный вставной блок индустриального компьютера выполнен в вибро- и пылезащищенном исполнении (по классу IP-54) и включает в себя пассивную кросс-плату EISA, в которую вставляется процессор и системные контроллеры. Связь с нижним уровнем происходит через специальный шинный адаптер. В системе использован съемный, возимый винчестер (80-120 Мбайт), два гибких диска (3" и 5") и стандартный, специально укрепленный, монитор SVGA, плоттер ЭСПУ-К. Предполагается применять импортный термоплоттер SR-2020 или цветной плоттер.

Программное обеспечение регистратора КАРАТ-2 выполнено в среде MS-DOS и включает в себя базу данных по месторождениям, скважинам, замерам в скважине отдельными приборами. Системное программное обеспечение ГРИС содержит практически все функции, требуемые для современных регистрирующих систем. Информация записывается на диски в международном формате LAS и выводится на плоттере или в формате привычном для российских заказчиков, или в формате фирмы Шлюмберже. Достоинством программного обеспечения является то, что оно позволяет пользователю самостоятельно включать в состав системы любой скважинный прибор. В дальнейшем эта система может развиваться за счет введения в ее состав расширенного комплекса обрабатывающих программ.

Применение цифровых или компьютеризированных регистраторов не изменило структуру геофизической лаборатории. Произошла замена аналогового регистратора, что привело к повышению качества работ и ее производительности. В то же время в лаборатории остался весь набор геофизических пультов, осуществляющих связь со скважинными приборами как по цепям питания и управления, так и по информационным сигналам.

Технология работы оператора на скважине практически не претерпела изменений. Как и прежде, остались операции ручной настройки пультов, калибровки скважинных приборов. Появление в лаборатории компьютера, даже очень мощного, никак не повлияло на сам процесс измерений, так как он определяется структурой измерительной схемы скважинного прибора в совокупности с его индивидуальным измерительным пультом. Цифровой или компьютеризированный регистратор позволяет в той или иной степени автоматизировать процесс цифровой регистрации и осуществлять контроль качества: визуально – на экране монитора в процессе, исследований, количественно - после предварительной обработки.

Если рассматривать геофизическую лабораторию с позиции теории измерительных систем, то агрегатирование в этой системе происходит на уровне выходов измерительных пультов. Только на этом конструктивном и информационном срезе возможны замена одного метода измерений на другой и расширение комплекса применяемых методов ГИС.

Современные лаборатории автоматических станций обеспечивают регистрацию всех геофизических параметров, измеряемых в скважине. Например, компьютеризированный регистратор КАРАТ-2 позволяет пользователю самостоятельно включать в состав системы любой скважинный прибор и имеет несколько носителей магнитной записи.

В состав станций включен подъемник, представляющий собой самоходную установку, смонтированную в специальном металлическом кузове на шасси автомобиля повышенной проходимости.

Спуск и подъем приборов осуществляют с помощью лебедки, установленной в кузове подъемника, на барабан которой намотан кабель. Барабан лебедки выполнен из немагнитного материала. Он имеет радиальное отверстие, через которое пропускается кабель для геофизических работ. Броня кабеля в большинстве подъемников крепится на оси барабана. Токоведущие жилы кабеля подсоединяются к коллектору. Выбор автомашины, емкость лебедки и ее конструктивные особенности определяются глубиной исследования и типом кабеля.

Кузов подъемника (рис. 3) разделен на два отделения. Передняя часть, примыкающая к кабине автомобиля, отведена под кабину лебедчика. Здесь установлен пульт управления лебедкой 7, контрольные приборы, силовой блок энергопитания, дублеры рычагов управления автомашины 4, рычаги управления лебедкой 5 и 6. Во втором отделении установлена лебедка с кабелем 8. При необходимости в нем могут быть размещены бензоэлектрический агрегат или стационарный контейнер для транспортировки источников радиоактивного излучения. Здесь же перевозят грузы, скважинные приборы, блок-балансы.

 

Рис. 3. Схема размещения в самоходном подъемнике

 

Тяговое усилие на барабан лебедки передается от двигателя автомобиля через механизм сцепления и коробку отбора мощности, карданную передачу, двухскоростной редуктор и двухрядную цепь.

Изменение скорости движения кабеля и величины тягового усилия осуществляется регулированием числа оборотов двигателя, переключением передаточных отношений в коробке передач автомобиля и в двухскоростном редукторе. Для плавного спуска кабеля и установки его на заданной глубине лебедка снабжена ленточным тормозом с ручным и пневматическим управлением. Лебедка оборудована полуавтоматическим кабелеукладчиком и маслонаполненным коллектором с металлическими щетками для соединения жил кабеля со схемой лаборатории.

В кабине лебедчика в подъемнике установлены приборы для измерения скорости движения и натяжения кабеля, глубины спуска прибора, световой сигнализации и двусторонней переговорной связи со скважиной и лабораторией, приборы для освещения кузова и устья скважины.

 

Рис. 4. Подъемник каротажный самоходный ПКС-8 на базе автомобиля Урал 532321

 

Комплексирование скважинной аппаратуры, т.е. выполнение за один спуско-подъем многопараметровых измерений, повышает геологическую эффективность ГИС, так как вследствие нахождения приборов в скважине одновременно в одинаковых условиях при совместной обработке результаты получаются более достоверными.

Реализовать это преимущество возможно, если для всего парка скважинных приборов применять единую систему телеметрии, а скважинные приборы выполнять "проходными" (т.е. жилы кабеля проходят транзитом через весь скважинный прибор) для подключения, следующего прибора. Каждый скважинный прибор должен иметь свой АЦП и свой модулятор-демодулятор (модем) для подключений к жилам кабеля. Объединение нескольких скважинных приборов единым магистральным интерфейсом (например, на основе стандарта "Манчестер-II" и стандарта M1L-1553B) позволяет агрегатировать измерительные средства системы на новом конструктивном и информационном срезе – на уровне кабельного канала связи. Тем самым упрощается структура геофизической лаборатории, так как отпадает необходимость в геофизических измерительных пультах. Эти сложные устройства заменяются модулем связи с телеметрией скважинных приборов (модемом), который может быть вставлен непосредственно в микро-ЭВМ регистратора.

Объединение разнородных, с точки зрения измеряемых физических полей и объемов информационных потоков, скважинных приборов в единую сборку ставит задачу организации приема от них информации. Выполнение этой задачи возлагается на микро-ЭВМ регистратора, который в этом случае становится центральным управляющим звеном информационно-измерительной системы. Управляющая ЭВМ через модем подает запрос к скважинному прибору, а выбранный скважинный прибор в ответ на запрос передает необходимые данные, которые регистрируются на винчестер и используются для визуализации и последующей обработки.