Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка программно-алгоритмического обеспечения аппаратурно-методического комплекса геофизических исследований действующих скважин "ГРАНИТ-ОНИКС"

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

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата технических наук, Коршиков, Сергей Николаевич, Тверь

Научно-производственный центр «Тверьгеофизика»

На правах рукописи

Коршиков Сергей Николаевич

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АППАРАТУРНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕЙСТВУЮЩИХ СКВАЖИН

"ГРАНИТ-ОНИКС"

Специальность 04.00.12 -— «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: д-р. техн. наук, проф. Фионов А.И. канд. техн. наук Буевич A.C.

Тверь — 1999

Оглавление

Оглавление___ 2

Введение__;_4

Глава 1. Состояние и анализ компьютеризации ГИДС с точки зрения развития программного обеспечения_8

1.1 Выделение ГИДС в отдельное направление и связанные с этим вопросы разработки специализированного ПО _8

1.2 Развитие ПО как основы применения ЭВМ в промысловой геофизике_10

1.2.1 Системы обработки данных ГИС __11

1.2.2 Системы регистрации данных ГИС_14

1.2.3 Скважинная аппаратура ГИС_ . ;■ ■... ._ 19

1.2.4 Современные информационно-измерительные системы ТИС_21

1.3 Анализ существующих направлений компьютеризации ГИДС_22

1.3.1 Системы обработки данных ГИДС_23

1.3.2 Системы регистрации данных ГИДС ■_28

1.3.3 Скважинная аппаратура ГИДС_31

1.3.4 Современные комплексы ГИДС_33

1.4 Развитие технических, вычислительных и программных средств ГИС_34

1.4.1 Персональные компьютеры_35

1.4.2 Контроллерные устройства_37

1.4.3 Операционные системы_40

1.4.4 Средства разработки прикладного ПО_44

1.5 Определение цели и задач исследования по теме диссертации_48

Выводы_50

Глава 2. Разработка общей структуры программного обеспечения ГИДС _ 52

2.1 Определение сущности проблемы разработки ПО ГИДС_52

2.1.1 Верхний уровень ПО комплекса ГИДС_53

2.1.2 Нижний уровень ПО комплекса ГИДС_59

2.2 Определение концепции создания ПО на основе анализа информационных потребностей технологического процесса ГИДС__60

2.2.1 Уточнение задачи, выбор методики и технических средств ее решения_61

2.2.2 Подготовительные работы___62

2.2.3 Проведение исследований на скважине_65

2.2.4 Автоматизированная обработка и оперативная оценка результатов исследований_ 74

2.2.5 Компьютерная подготовка интерпретационного заключения и оформление результатов исследований_76

2.3 Исследования по построению модели поведения и проектированию

архитектуры ПО ГИДС__81

2.3.1 Критерии эффективности комплекса ГИДС и принципы оптимального построении модели ПО и ее реализации________81

2.3.2 Разработка модели ПО нижнего уровня_86

2.3.3 Разработка модели ПО верхнего уровня_91

Выводы_;_101

Глава 3. Разработка программного обеспечения комплекса "Гранит-ОНИКС*_____ ЮЗ

3.1 Система ОНИКС_103

3.1.1 Пользовательский интерфейс___ 106

3.1.2 База данных _______ 107

3.1.3 Графическая подсистема___ ПО

3.1.4 Подсистема обработки___ 112

3.1.5 Измерительная подсистема______ 121

3.1.6 Развитие системы _____________________123

3.2 ПО геофизического блока ОНИКС_124

3.2.1 Плата обработки внешних сигналов____ 124

3.2.2 Индикатор глубины/скорости/натяжения_ 125

3.2.3 Процессорная плата____ 125

3.3 ПО скважинной аппаратуры "Гранит"_126

3.4 Анализ качества и надежности разработанного ПО_127

3.4.1 Надежность ■_ 128

3.4.2 Сопровождаемость_ 130

3.4.3 Удобство применения_ 131

3.4.4 Эффективность_ 132

3.4.5 Универсальность_ 133

3.4.6 Корректность_ 133

3.5 Промышленное внедрение_133

Выводы_135

Заключение_137

Список литературы_140

Введение

Актуальность исследований по теме диссертации определяется следующими обстоятельствами.

Основной тенденцией развития промыслово-геофизических исследований скважин в последние годы является их полная компьютеризация. Геофизические исследования действующих скважин (далее ГИДС), как одна из составляющих промысловой геофизики, также претерпевает сильные изменения, связанные с проникновением средств вычислительной техники, микроконтроллерных устройств на все этапы технологии и во все ее компоненты.

К моменту начала исследований по теме диссертации имелись попытки компьютеризации отдельных элементов технологии ГИДС. И до настоящего времени ситуация такова, что компоненты технологии, системы, компьютеризирующие различные этапы ГИДС, разрабатываются различными предприятиями, что значительно снижает эффективность и технологичность их совместного использования. В связи с этим со стороны геофизических предприятий, эксплуатирующих компьютеризированные системы ГИДС, часто можно слышать негативные оценки этих систем. Все более усложняется скважинная аппаратура и регистрирующие системы, расширяются пакеты обрабатывающих программ, а качественного скачка в повышении эффективности технологии нет. От решения задачи компьютеризации технологии ГИДС в едином ключе, на единой информационной основе во многом зависят показатели эффективности и надежности технологии, качество решения задач ГИДС.

Принципиально новым шагом явилось создание в НПЦ "Тверьгеофизика" и ВНПФ "НефтеТестСервис" компьютеризированной технологии для геофизических исследований действующих скважин "Гранит-ОНИКС" (докторская диссертация A.C. Буевича). Данная кандидатская диссертация посвящена разработке одной из важнейших частей технологического комплекса "Гранит-ОНИКС" — программному обеспечению.

Промышленное внедрение и эксплуатация компьютеризированных компонентов технологии ГИДС, происходящие за последние несколько лет, позволили определить, какие программные и аппаратные компоненты нужны для компьютеризации. На современном уровне развития компьютеризации ГИДС первостепенную важность приобретают следующие вопросы: как должны быть реализованы эти компоненты, как должно быть организовано их взаимодействие, чтобы повысить эффективность ГИДС на различных этапах исследований и технологии в целом.

По определению компьютеризированных технологий, во всех ее компонентах необходимо наличие вычислительных средств с соответствующим программно-алгоритмическим обеспечением (далее ПО). Именно ПО ответственно за организацию эффектив-

ного взаимодействия всех технических средств технологии и эффективного управления этими средствами участниками технологического процесса. Поэтому задача создания ПО является чрезвычайно актуальной. Важное научное и прикладное значение имеет определение научно-обоснованных подходов к разработке ПО поддержки всех этапов технологии ГИДС и для всех ее компонентов. Это позволит создать программные системы, обеспечивающие высокоэффективное функционирование технологии при получении, хранении, обработке и интерпретации геофизических данных.

Целью исследования является повышение технологической эффективности ГИДС путем определения и обоснования принципов оптимального построения и критериев эффективного функционирования ПО поддержки ГИДС на всех этапах технологии и для всех ее программно-управляемых компонентов, а также создание ПО для аппаратурно-методического комплекса "Гранит-ОНИКС" на основе сформулированных принципов и критериев.

Для выполнения поставленной цели представляется необходимым решить следующие основные задачи исследования.

1. Анализ задач ГИДС, процесса компьютеризации ГИДС и существующих технологий, а также методов и средств разработки ПО.

2. Разработка и обоснование принципов оптимального построения и критериев эффективного функционирования ПО для компьютеризированной технологии ГИДС.

3. Построение модели поведения и проектирование архитектуры ПО для поддержки всех этапов ГИДС и для всех ее программно-управляемых компонентов на базе выбранных принципов и критериев.

4. Реализация спроектированной архитектуры ПО и разработка основанной на его применении технологии ГИДС.

5. Тестирование, опробование и промышленное внедрение разработанного ПО в составе аппаратурно-методический комплекс "Гранит-ОНИКС".

6. Анализ разработанного ПО на предмет повышения эффективности и информативности ГИДС.

Основным защищаемым результатом является интегрированная система программного обеспечения аппаратурно-методического комплекса "Гранит-ОНИКС" для проведения ГИДС. Это ПО предназначено для функционирования на вычислительных средствах программно-управляемой модульной многоканальной скважинной аппаратуры "Гранит" и программно-управляемой специализированной регистрирующей станции ОНИКС. Программное управление этими средствами осуществляется из интегрированной системы ОНИКС, которая, помимо этих функций, выполняет метрологическую поддержку исследований, регистрацию, хранение, оперативную обработку и поддержку интерпретации данных ГИДС.

Научная новизна:

1. Впервые для компьютеризированных технологий ГИДС определены и обоснованы принципы оптимального построения и критерии эффективного функционирования ПО поддержки всех этапов технологии ГИДС и для всех ее составляющих. На основе этих принципов и критериев выделены основные компоненты ПО и определены их функциональные и технологические характеристики.

2. Создана подсистема обработки данных ГИДС на основе разработанного автором специализированного интерпретативного языка программирования, обеспечивающая высокую эффективность и оперативность разработки и совершенствования обрабатывающих программ силами специалистов-геофизиков.

3. Создана измерительная подсистема, настраиваемая по описаниям устьевого оборудования и скважинной аппаратуры, использующая индивидуальные градуировки приборов. Данная подсистема включает программные средства документирования и ведения базы данных предприятия на основе индивидуальных градуировочных характеристик скважинных приборов и результатов их поверки.

4. Разработаны новые алгоритмы комплексной обработки сигналов датчиков с учетом дополнительных дестабилизирующих параметров, что позволило уменьшить погрешность измерения давления, минерализации и увеличить разрешающую способность индикатора влагосодержания и термоанемометра.

Практическая значимость работы:

Исследования по теме диссертации использованы при создании компьютеризированного аппаратурно-методического комплекса "Гранит-ОНИКС". Комплекс позволяет решать задачи оперативных исследований действующих скважин. Автором диссертации разработано ПО для этого комплекса.

Предлагаемые автором принципы оптимального построения и критерии эффективного функционирования ПО поддержки ГИДС могут быть использованы в качестве основы при разработке других аналогичных систем, а также при создании следующих поколений системы ОНИКС в новых операционных системах Windows 95/98/NT.

Внедрение результатов работы. Разработанное программно-алгоритмическое обеспечение внедряется в производственных геофизических организациях Российской Федерации и некоторых странах СНГ в составе аппаратурно-методического комплекса "Гранит-ОНИКС". В настоящее время оно передано на следующие предприятия: Сур-гутнефтегеофизика, Красноярское УГР, Пурнефтеотдача, Ямалнефтегазгеофизика, Ноябрьская геофизическая компания, Мегионефтегеофизика, Ноябрьскнефтегазгеофизика, Ивано-Франковская ПГК, Балканнефтегеофизика и др.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всероссийской научной конференции "Фундаментальные проблемы нефти и газа" (Москва, 1996 г.), на научно-практическом семинаре "Проблемы качества ГИС" (Тверь 1997 г.),

на выездном заседании НТС ОАО "Газпром" по вопросу "Об использовании компьютерных технологий для повышения эффективности разведки, строительства скважин, моделирования залежей, управления процессами разработки объектов УВС и ПХГ" (Тверь, 1999 г.).

Публикации. Результаты исследований, выполненных по теме диссертации, опубликованы в 6 печатных работах.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, трех глав и заключения, содержит: 146 страниц текста, 22 рисунка и 5 таблиц. Библиографический раздел включает 88 наименований.

В диссертационной работе представлены результаты исследований, выполненных автором в течение 1992-1999 годов в ВНПФ "НефтеТестСервис" и НПЦ "Тверьгеофизика".

Автор выражает глубокую признательность научным руководителям д.т.н., профессору Фионову А.И. и к.т.н. Буевичу A.C. за постановку проблемы и поддержку при проведении исследований, а также за помощь и ценные советы по оформлению работы и подготовке к защите диссертации.

Автор особо благодарен д.т.н. Еникеевой Ф.Х. и к.т.н. Комлеву Н.Ю. за научные консультации и помощь в оформлении диссертационной работы.

Большое влияние на понимание существующих проблем и направление работы оказали творческие контакты и совместная работа с к.ф.-м.н. А.И. Шейфотом. Автор благодарит своих коллег по ВНПФ "НефтеТестСервис" и НПЦ "Тверьгеофизика" и многих производственников геофизических предприятий Западной Сибири, в постоянном сотрудничестве с которыми выполнялась эта работа.

Глава 1. Состояние и анализ компьютеризации

ГИДС с точки зрения развития программного обеспечения

На процесс компьютеризации ГИДС и развития ПО этой технологии в РФ в наибольшей степени повлияли следующие факторы:

• ГИДС выделяется в отдельное самостоятельное направление промыслово-геофизических исследований;

• в каротажных компьютеризированных технологиях накоплен значительный опыт применения средств вычислительной и микроконтроллерной техники;

• в отдельных элементах ГИДС появились и развиваются компьютеризированные технологии;

• происходит бурное развитие и внедрение персональных компьютеров и микропроцессорной техники, системного и прикладного программного обеспечения, средств его разработки.

1.1 Выделение ГИДС в отдельное направление и связанные с этим вопросы разработки специализированного ПО

Выделение геофизических исследований действующих скважин в качестве самостоятельного направления промыслово-геофизических исследований состоялось в шестидесятые годы. Основанием для этого стали следующие обстоятельства.

1. Определение типа объектов исследований:

• вышедшие из бурения обсаженные скважины в процессе их испытания и освоения;

• эксплуатационные действующие скважины (добывающие и нагнетательные);

• скважины, находящиеся в капитальном ремонте.

2. Формирование круга задач:

• определение технологических параметров и технического состояния скважин: уточнение интервалов перфорации и состояния забоя; контроль установки глубинного оборудования; определение уровней жидкости в НКТ и межтрубном пространстве; определение мест негерметичности обсадных колонн; определение заколонных перетоков флюида;

• оценка геолого-технологических параметров пластов в прискважинной зоне: определение интервалов притоков пластового флюида в скважину (для нагнета-

тельных скважин — определение интервалов приема закачиваемой жидкости); определение профиля притока (профиля поглощения); оценка характера поступающего в скважину флюида; определение пластового давления; оценка гидро-йроводности пласта и состояния призабойной зоны;

• контроль эксплуатации месторождения.

3. Разработка набора геофизических методов и методик проведения исследований:

• термометрия (высокочувствительная);

• барометрия (или, по-другому, манометрия);

• метод термоиндикатора притоков (СТД);

• расходометрия;

• метод диэлькометрического индикатора влагосодержания (ВГД);

• гамма-метод;

• метод электромагнитной локации муфт колонны.

4. Разработка и серийный выпуск специализированной малогабаритной аппаратуры для исследования действующих скважин через насосно-компрессорные трубы — К2-321, К2-321М, "Напор", КСА-Т7.

Специализированная скважинная аппаратура ГИДС, использование одножильного каротажного кабеля определили специфические и, в общем, заниженные, по сравнению с каротажем, требования к регистрирующей системе. В отечественной практике геофизических технологий немаловажным фактором является их стоимость. Во многом благодаря этому, при переходе к компьютеризированным системам регистрации в нашей стране наиболее широкое применение нашли специализированные и дешевые станции.

Перечисленные выше задачи ГИДС сильно отличаются от традиционных задач промы-слово-геофизических исследований. Существенны различия и в используемых методах исследований. Если в каротаже основным методом является электрический и крайне мало используется термометрия, то в ГИДС ситуация совершенно противоположная — основным по информативности методом исследований является термометрия, а электрокаротаж из-за наличия обсадной колонны в принципе не может быть использован. Естественно различны приемы и методики в обработке информации способы, ее графического представления. По этим причинам в подавляющем большинстве случаев для обработки данных ГИДС используются специализированные системы.

В основе рассматриваемого направления лежат работы, выполненные рядом исследователей по радиометрии (Дахнов В.Н., Басин Я.Н., Гулин Ю.А., Дворкин И.Л.), акустик�