Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Программно-управляемые системы для компьютеризированных технологий геофизических исследований нефтяных и газовых скважин

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора технических наук, Митюшин, Евгений Михайлович, Тверь

у /

/

>' /

Научно-производственный центр <<ТВЕРЬГ IЮ ФИЗИК А»

Митюшин Евгений Михайлович

ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ. КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Специальность 04.00.12 -«Геофизические методы поисков и разведки месторождений пол^рййГ^скёпаемых»

Тверь-1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................6

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН........................................................................13

1.1 Аналоговая регистрация данных ГИС.........................................................13

1.2 Цифровая регистрация данных ГИС............................................................14

1.3 Телеметрические системы для исследования скважин...............................21

1.4 Зарубежные информационно-измерительные системы ГИС.....................29

1.5 Задачи и функции компьютеризированной технологии ГИС................... 32

1.6 Ограничения реализованной технологии и задачи исследований по теме диссертации........................................................................................................36

Выводы к главе 1....................................................................................................38

Глава2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И РАЗРАБОТКА НАЗЕМНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННОЙ

ТЕХНОЛОГИИ ГИС..............................................................................................40

2.1 Исследование структурных схем информационно-измерительной систем ГИС......................................................................................................................40

2.2 Исследование структурных схем и разработка компьютеризированных регистраторов.....................................................................................................45

2.3 Исследование возможностей развития системы путем компьютеризации подсистем сбора геофизической информации, питания и управления скважинными приборами..................................................................................52

2.4 Разработка компьютеризированной подсистемы контроля за спуско-подъемными операциями..................................................................................59

Выводы к главе 2.....................................................................................................66

Глава 3. РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ПРОГРАММНО- УПРАВЛЯЕМЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ГИС...............................68

3.1 Обоснование и выбор методологии проектирования программно-управляемых информационно-измерительных систем ГИС. Основные принципы объектно-ориентированного проектирования..............................70

3.2 Разработка общей логической структуры и диаграммы классов программно-управляемой информационно-измерительной системы ГИС.........................75

3.3 Структура объектов наземного управляюще-регистрирующего комплекса..............................................................................................................80

3.3.1. Структура программно-методического обеспечения системы управления и регистрации..............................................................................81

3.3.2. Логическая структура и диаграмма классов подсистемы управления измерениями....................................................................................................86

3.3.3. Адаптивная модель реально протекающих процессов в программно-управляемой информационно-измерительной системе ГИС.................. 94

3.4. Исследование интерфейсов, обеспечивающих взаимодействие измерительных модулей скважинной аппаратуры с наземным управляюще-регистрирующим комплексом....................................................105

3.5. Логическая структура и диаграммы классов скважинной аппаратуры программно-управляемой информационно-измерительной системы

ГИС.......................................................................................................................106

3.4.1. Исследование структур построения измерительного модуля

и внутриприборного скважинного интерфейса - основных объектов скважинной аппаратуры......................................................................................109

3.4.2. Межприборный скважинный интерфейс.................................................123

Выводы к главе 3................................................................................................124

Глава 4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМОЙ

СИСТЕМЫ КАРАТ-П........................................................................................126

4.1. Структура технических средств программно-управляемой системы КАРАТ-П...............................................................................................................127

4.2. Особенности телеметрической линии связи межприборного и внутриприборного скважинного интерфейса системы КАРАТ-П..................129

4.2.1. Обоснование и выбор способа кодирования сигналов

на каротажном кабеле...................................................................................129

4.2.2. Унифицированный скважинный блок TJIC...........................................133

4.3. Подсистема контроля за спуско-подъемными операциями

в программно-управляемой системе КАРАТ-П.............................................139

4.4. Особенности реализации подсистемы питания и управления скважинных приборов системы КАРАТ-П.............................................................................147

4.5. Структура программного обеспечения системы КАРАТ-П.........................149

Выводы к главе 4.....................................................................................................155

Глава 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ

И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЦИФРОВЫХ,

КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫХ И ПРОГРАММНО - УПРАВЛЯЕМЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ГИС..............................157

5.1. Модернизация аналоговых информационно-измерительных систем на основе применения цифровых и компьютеризированных регистраторов... 157

5.2. Особенности внедрения программно-управляемых информационно-измерительных систем

в составе компьютеризированных технологий ГИС.....................................164

5.3. Анализ эффективности и классификация информационно-измерительных систем ГИС.................................................166

5.4. Направления дальнейшего развития системы КАРАТ-П.............................179

Выводы к главе 5.....................................................................................................181

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................183

Список литературы.................................................................................................185

Приложение.............................................................................................................200

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Проблема создания информационно-измерительных систем для геофизических исследований скважин (ГИС), включающих в себя комплексные и комбинированные скважинные приборы, а также цифровую регистрацию данных каротажа, была сформулирована и поставлена перед отечественным промыслово-геофизическим приборостроением в 1975-1976 гг.

В течении последующих 10 лет было разработано несколько различных вариантов телеизмерительных систем, наиболее известными из которых явились многоканальные ТС-ВИТС (ВНИИНПГ, г. Уфа), ТС-ТЕКТОНИКА (СКТБ ПГ, г. Грозный), ТС-АТИУС (ОКБ ГП, г. Киев).

Начиная с 1980 г., широко стала внедряться цифровая регистрация. За прошедшие годы разработано более 20 типов цифровых регистраторов, которые должны были обеспечить работу со всем парком имевшихся сква-жинных приборов и вновь созданными телеметрическими системами. Однако, многие из телеметрических систем и регистраторов так и не нашли широкого применения.

Причиной положения, когда разработанные телеметрические системы и цифровые регистраторы, не успев выйти в серийное производство, начинали ограничивать по каким-либо параметрам возможности развития информационно-измерительной системы ГИС, является не столько несовершенство элементной базы, сколько тот факт, что эти составляющие части системы выполнялись на базе сформированной в предыдущие годы аналоговой системы измерений в скважине, не как единое целое, а независимо друг от Друга.

Бурный рост с середины 80-х годов технического прогресса обусловлен компьютеризацией технологических процессов .К началу 90-х годов стало ясно , что только на основе перехода к компьютеризированным технологиям возможно поднять эффективность ГИС, но в это время в России еще не существовало технических средств, позволяющих организовать программно-управляемую информационно-измерительную систему для этих целей.

Поэтому исследование путей построения и обоснование технических и технологических решений по созданию программно-управляемых систем для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, внедрение результатов для организации на их основе компьютеризированной технологии, способной конкурировать с технологиями зарубежных геофизических компаний, является чрезвычайно актуальным.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: повышение информативности, достоверности и производительности геофизических исследований в нефтяных и газовых скважинах путем создания информационно-измерительной системы с программно-управляемыми средствами скважинного и наземного оборудования, позволяющими организовать компьютеризированную технологию геофизических исследований скважин.

ОСНОВНЫМИ ЗАДАЧАМИ, решаемыми в данной работе являются:

• исследование традиционных систем сбора и первичной обработки информации при геофизических исследованиях скважин, разработка компьютеризированных элементов этих систем и оценка их эффективности;

• выбор и обоснование методологии проектирования сложных программно-управляемых систем для измерении в нефтегазовых скважинах;

• теоретические исследования структурных и типовых иерархий информационно-измерительных систем геофизических исследований скважин и определение оптимального состава и логических связей в программно-управляемой системе скважиниых измерений;

• создание программно-управляемой информационно-измерительной системы ГИС на основе цифровых агрсгатируемых скважинных приборов и наземного управляюще-регистриругощего комплекса;

• обеспечение опытно-промышленпого опробования наземных регистрирующих комплексов и программно-управляемой информационно-измерительной системы в с о стп в с компьютеризированных технологий ГИС производственных геофизических предприятий;

• оценка эффективности различных систем на основе совокупности параметров, определяющих степень их функционального развития и глубины преобразования в них данных.

МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ поставленных задач:

• анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта разработки и внедрения информационно-измерительных систем геофизических исследований скважин;

• исследование взаимосвязей и многофакторный анализ параметров, влияющих на эффективность информационно-измерительных систем для геофизических исследований скважшт;

• теоретические исследования информационно-измерительных систем для геофизических исследований скважин на основе методологии объектно-ориентированного проектирования с применением средств теории сложных систем, теории информации и теории расписаний;

• обобщение и анализ опыта опробования и внедрения программно-управляемых информационно-измерительных систем геофизических исследовании скважин.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА выполненных автором исследований заключается

в следующем:

1. Предложены и разработаны научно-технические решения элементов системы цифровой регистрации данных каротажа, обеспечивающие: визуа-

лизацию процесса цифровой регистрации в графической форме; аналого-цифровое преобразование сигналов в большом диапазоне; кодирование выходных сигналов скважинных приборов; метрологический контроль ТЛС с время- импульсным кодированием; цифровую обработку сигналов ЯМК; контроль за спуско -подъемнглмии операциями. На все предложенные решения получены авторские свидетельства на изобретения [ 2, 3, 4, 5, 6,8].

2. Впервые:

• информационно-измерительная система ГИС для исследования нефтяных и газовых скважин рассматривается состоящей не из отдельных частей -скважинной аппаратуры, наземного регистрирующего комплекса и программного обеспечения, а как единое целое, построенное на принципах объектно-ориентированного проектирования [7,15,16];

• нижним звеном в иерархии классов системы выбран зонд скважинного прибора, который соединяется с наземным управляюще-регистрирующим комплексом с помощью иерархии интерфейсов (внутриприборного, межприборного, кабельного) [22];

• управление процессом измерений передано наземному управляюще-регистрируютцему комплексу, который управляет всеми информационными потоками в системе и адаптирует ее к внешним изменяющимся условиям с помощью алгоритмов планировщика заданий [11,17].

3. Создана программно-управляемая система для измерений в нефтегазовых скважинах, обеспечивающая возможность агрегатировагь в единую связку цифровые скважинные измерительные модули и приборы [20,22].

4. Научно обоснованы оценки эффективности информационно - измерительных систем геофизических исследований скважин на основе весовых коэффициентов, определяющих степень функционального развития систем, и экономических критериев [13,14].

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ СЛЕДУЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Повышение информативности, достоверности и производительности компьютеризированной технологии ГИС может быть достигнуто созданием единой программно-управляемой информационно-измерительной системы ГИС, но не путем компьютеризации отдельных компонентов традиционной аналоговой информационно-измерительной системы.

2. Программно-управляемая информационно-измерительная система ГИС должна включать наземный управляюще-регистрирующий комплекс , осуществляющий управление процессом измерений, регистрации, экспресс -оценки геофизических параметров, и агрегатируемые в связку цифровые скважинные измерительные модули и приборы, объединенные в единую систему с помощью стандартизированной иерархии интерфейсов (кабельного, межприборного, внутриприборного) и организации адаптивной оптимальной структуры обмена информацией между асинхронно работающими скважинными измерительными модулями и наземным управляющим ядром системы.

3. Построение программно-управляемых геофизических систем исследования скважин, основанное на принципах объектно-ориентированного проектирования, позволяет создавать модификации системы отличающихся конфигураций для решения различных геологических задач путем наращивания или ликвидации объектов в системе, обеспечивая тем самым преемственное развитие системы и реализацию новых методических возможностей, которые базируются на одновременном измерении в скважине ряда геофизических параметров в одних и тех же скважинных условиях.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

• на основе ЭВМ "Электроника -60" разработан ряд компьютеризированных каротажных регистраторов типа КИУ-( 5; 6);

• на основе ЭВМ типа IBM-PC разработан регистратор КарАТ-2;

• разработан ряд цифровых ( ЛКС-10ЦУ-03,04) и компьютеризированных каротажных лабораторий (ЛКС-10УУ-05; 06) и станций (СКС -5УУ-05; 06);

• разработан ряд устройств контроля за спуско-подьемными операциями ( УКТП-6, УАРК-1, УАРК-05, УК-СПО, ПКК-04, ПКК-Э);

• создана агрегатируемая программно-управляемая информационно-измерительная система для измерений в нефтегазовых скважинах КА-РАТ-П;

• материалы работы вошли в учебное пособие для студентов нефтяных ВУЗов геофизической специальности.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. На основе многолетних исследований, выполненных под руководством и при непосредственном участии автора, разработаны, изготовлены и внедрены в производство:

• более двадцати агрегатируемых программно-управляемых информационно-измерительных систем КАРАТ-П, вошедших в состав компьютеризированных технологий исследования нефтяных и газовых скважин, внедренных на производственных геофизических предприятиях Архангельской, Оренбургской, Тюменской областей;

• проведена модернизация аналоговых технологий более чем в 40 геофизических отрядах в различных регионах страны путем внедрения компьютеризированных регистраторов (КИУ-5; 6, КарАТ-2), каротажных лабораторий ( ЛКС-10УУ1-05, ЛКС-10УУ-06, СКС-5УУ1-06) и оборудования контроля за спуско-подъемными операциями УАРК, УКТП-6, УК-СПО. АПРОБАЦИЯ И ПУБЛИКАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения

диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях

АИС в 1993 г. (г. Геленжик), 1994 г. (г. Гурзуф), конференции

"Компьютеризированные технологии ГИС" 1996г. (г. Тверь), конференции "Проблемы качества ГИС" 1997г. (г. Тверь).

По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе 1 монография и 7 авторских свидетельств на изобретения.

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 203 страницы текста, 3 таблицы, 39 рисунков.

Библиография содержит 133 наименования.

В диссертации представлены результаты исследований, выполненных лично автором или при его непосредственном участии в период с 1980г. по 1998г. в Бакинском отделе ВНИИНГТГ , "Центргазгеофизика" (г. Кимры ), СКТБ СПТ ТПШ "Гере" (г.Тверь), НИЦ "Тверьгеофизика" (г. Тверь) .

Большое влияние на уровень исследований оказали творческие контакты с B.C. Афанасьевым, Д.В. Белокоием, Ю.И. Борисовым, Д.Г. Байковым, В.З. Гариповым, Ш.К. Гергедавой, B.C. Даниленко, Ф.Х. Еникеевой, В.Ф. Козя-ром, Г.А. Калистратовым, С.Х. Кусембаевым, Э.Е. Лукьяновым, В.П .Логиновым, М.Я.Лернером, A.A. Молчановым, В.М. Михайловым, H.H. Со-храновым, A.C. Струковым, В.А. Пантюхиным, Н.Д. Парфеньевым, Е.В. Чаадаевым, Р.Т. Хаматдиновым, А.И.Фионов�