Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние развития компьютеризированных технологий ГИС поисковых и разведочных скважин 9
1.1. Компьютеризированная технология и ее основные элементы 9
1.2. Отечественные и зарубежные технологии 10
1.3. Аппаратурно - методические разработки, перспективные с точки зрения применения их в новой компьютеризированной технологии ГИС 15
Глава 2. Современные требования и выбор основных параметров компьюте ризированной технологии 17
2.1. Анализ эффективности и выбор стратегии развития систем цифровой регистрации промыслово-геофизического предприятия 17
2.2. Основные требования к скважинной аппаратуре и телеметрии 25
2.3. Основные требования к программно-управляемой каротажной лаборатории 26
2.4. Основные требования к программному обеспечению 29
2.5. Проблемы оперативной интерпретации 31
Глава 3. Разработка компьютеризированной технологии на базе приборов серии "П", регистратора КАРАТ-П и программного обеспечения LOGTOOLS 33
3.1. Каротажный регистратор КАРАТ-П 33 3.1.1. Состав регистратора 34
3.1.2.Алгоритм работы регистратора КАРАТ -П 38
3.2. Скважинные приборы и их метрологическое обеспечение
3.2.1. Цифровые скважинные приборы и их сборки 40
3.2.2. Метрологическое обеспечение 46
3.3. Программное обеспечение 48
3.3.1. Пакет программ регистрации 48
3.3.2. Программное обеспечение полевой обработки 51
3.3.3. Обработка данных ГИС на базе 53
3.4. Регламент проведения работ 59
Глава 4. Результаты промышленной эксплуатации компьютеризированной технологии ГИС на объектах ОГКМ и других месторождений 62
4.1. О результатах ГИС разведочного бурения 63 #
4.2. Примеры скважинных исследований 68
4.2.1. Краткая геолого - геофизическая характеристика ОГКМ 68
4.2.2. Скважина 1-РЭ ОГКМ 71
4.2.3. Канчуринское ПХГ, скважина 285" 79
Глава 5. Экономический анализ эффективности внедрения компьютеризи рованной технологии на ОГКМ 84
5.1. Организация каротажной службы, обеспечивающей эффективное использование новой технологии 84
5.2. Расчет экономической эффективности применения компьютеризированной технологии 91
Заключение 96
Список литературы 99
- Аппаратурно - методические разработки, перспективные с точки зрения применения их в новой компьютеризированной технологии ГИС
- Основные требования к скважинной аппаратуре и телеметрии
- Скважинные приборы и их метрологическое обеспечение
- Краткая геолого - геофизическая характеристика ОГКМ
Аппаратурно - методические разработки, перспективные с точки зрения применения их в новой компьютеризированной технологии ГИС
Геофизические исследования на нефтяных и газовых месторождениях Оренбуржья проводятся в течение длительного времени. Так на Оренбургском газо-конденсатном месторождении (ОГКМ) каротаж сопровождает разбуривание площади с 1966года[ 1, 12,31 ].
Аппаратурно - методическое обеспечение ГИС на Оренбуржье, как и в целом по стране, базировалось на серийной продукции, выпускаемой отечественными предприятиями. При централизованном финансировании всех аппаратурно - методических разработок и их внедрения в производство основную роль играли три ведомства СССР - министерства геологии, нефтяной и газовой промышленности. Министерству геологии, вплоть до 1970 года, принадлежали все научно-исследовательские и проектно-конструкторские организации, проводившие разработку новых видов исследований и типов аппаратуры. Серийное изготовление приборов вели заводы министерств геологии и приборостроения. Новая техника прошедшая государственные приемочные испытания по разнарядке" поступала с заводов-изготовителей во все геофизические предприятия.
За 30 лет освоения и эксплуатации месторождений Оренбуржья средства и технологии каротажных исследований существенно менялись. В начале 70-х годов основным являлся комплекс, включавший методы БК, МЗ,- НГК, ГК и КВ. В начале 80-х годов в основной комплекс были включены методы, в семидесятых годах относившиеся к дополнительным - АК, ГГКП, двух- и многозондовый НК, ИК. Кроме того, в базовых, опорных и параметрических скважинах широко применялись специальные виды исследований, проводимые с различными воздействиями на изучаемые объекты. В начале 90-х годов в регионе наметился переход на ци&оовые скважинные приборы и соответственно на цифровые каротажные ла-боратории. 1.1. Компьютеризированная технология и ее основные элементы
Еще в начале 80- х годов ведущие зарубежные фирмы заговорили об "информационном взрыве" в геофизике - о возникновении новой технологии ка ротажа приборами на кабеле, основанной на достижениях микропроцессорной электроники и цифровых передаче и обработке данных [ 48,50,52 ]. Сегодня можно утверждать, что в эти годы произошла компьютерная революция в каротажной технологии, коренным образом изменившая все наши представления о производстве геофизических работ и определившая направления их развития [ 56 ]. Меняются и унифицируются электронные схемы приборов, в них вводятся микропроцессоры. Используется телеметрическая система передачи данных. Прием и обработку данных осуществляют мощные бортовые компьютеры. Цифровые сигналы от каротажных приборов с уровня "скважина" передаются по любым коммуникационным линиям связи и на любые расстояния. Вводятся в производство новые методы изучения высокоскоростных процессов в горных породах. Даже традиционные виды измерений приобретают новое качество за счет более полного использования их потенциальных возможностей средствами измерений и обработки
Будем исходить из следующего определения - компьютеризированная технология ГИС это совокупность методов измееений, регистрации и ибработки, компьютеризированных технических и методических средств, обеспечивающая получение результатов полных комплексов исследований и оптимально оастроенная на аысокую производительность работ и иачество оолучаемых результатов в конкретных геолого-технических условиях.
Основными элементами компьютеризированной технологии являются: 1) цифровые многозондовые программно-управляемые скважинные приборы, работающие в комбинированных сборках (агрегатируемые); 2) цифровая телеметрия, обеспечивающая асинхронный доступ к данным каждого измерительного зонда и управляющим элементам прибора; 3) цифровая компьютеризированная лаборатория, включающая системы управления измерениями и обработки каротажной информации; 4) спуско-подъемное оборудование; 5) программно-методическое обеспечение. Полными компьютеризированными технологиями, включающими все перечисленные элементы, в настоящее время владеют 5 зарубежных компаний: Schlumberger (технология MAXIS), Western Atlas (ECLIPS), CGG (2000 Series Logging System), Hallibarton и Computalog (PHASE + CS400) [40,46,49,58,59,60 ]. Лидером является компания Schlumberger, не имеющая равных по набору методов и цифровых приборов: многозондовые сканирующие по окружности скважины или по глубине исследования приборы БК, ИК, ДК, АК, ЯМК, микросканеры ЭК и АК, наклономеры и др. [ 40,59 ]. Технологии других компаний, не входящих в эту пятерку[34, 53 ], например, MOL (Венгрия), BWG ( Германия и Россия) не являются полностью компьютеризированными. Так венгерская станция HI-D-LOG работает с аналоговыми неагрегатируемыми приборами оцифровка данных проводится на поверхности. Лаборатория GEOCON (BAVG) не имеет телеметрии сигналы как аналоговые так и цифровые также распознаются на поверхности. Программно - методическое обеспечение технологий более низкого уровня, чем у Щ 5 ведущих компаний.
В нашей стране события развивались следующим образом. Первые отечественные цифровые системы регистрации, появившиеся в середине 80-х годов [ 2,13,22,32,36,37 ], по сути были модернизацией узла "панель + фоторегистратор" аналоговой станции. ТРИАС и НО-78 осуществляли многоканальную запись на магнитную ленту низкочастотных сигналов от скважинных приборов в цифровом виде. Система ПЛАСТ-1 обеспечивала запись показаний высокоинформативных методов ИНК и АКШ. Система НО-90 вела запись на магнитную ленту как низкочастотных, так и высокочастотных сигналов, была построена на основе жесткой логики и не имела достаточных средств визуального контроля в процессе каротажа
Дальнейшее совершенствование систем цифровой регистрации проводилось в первую очередь за счет введения в их состав средств визуального контроля измер ряемых параметров- это системы СКР и ПЛАСТ-3. В конце 80-х годов появилось новое поколение цифровых регистрирующих каротажных систем, построенных на базе микро-ЭВМ и имеющих средства (и программы) визуального контроля каротажных данных (ПВК-0880, ПЛАСТ-5, МКС-САМОТЛОР и др.) [33 ]. В этот же период в НПО "Союзпромгеофизика" был разработан информационно-измерительный каротажный комплекс с модульной структурой (КИУ). На базе последующих модернизаций комплекса КИУ были созданы программно-управляемая каротажная лаборатория ЛКС-ЮУУІ-01М, ЛКС-ЮУУІ-04 и КА-РАТ-2 [ 3, 5, 8,].
Основные требования к скважинной аппаратуре и телеметрии
Затраты на лабораторию Сл и на зонды Сз совпадают с затратами по первой структурной схеме. Затраты на телеметрическую линию Стл дня каждого индиви дуального зонда могут быть и избыточны, но так как ТЛС во всех зондах одина кова, то эксплуатационные затраты на нее значительно меньше. Затраты на пуль ты отсутствуют. Единый интерфейс зондов позволяет объединить их в одну или несколько связок, при этом количество необходимых для проведения всего ком плекса ГИС спуско-подъемов существенно уменьшается. Таким образом, совокуп ные затраты на систему второго вида в процессе эксплуатации окупаются значительно быстрее.
По данным УГИ "Оренбурггеофизика"(см. главу 5 и [ 15 ]) совокупные затраты на организацию системы первого типа составили 1411 миллионов рублей (в ценах на 1.11.1995г.), а на систему второго типа 1807 миллионов рублей. При этом экономический эффект за год от внедрения системы второго типа в одной партии составил 413 миллионов рублей. Срок окупаемости дополнительных капиталовложений равен 0,96 года.
Система, построенная по рассмотренной структурной схеме, обладает и целым рядом методических преимуществ: автоматическая привязка различных зондов по глубине, так как все они спускаются вместе; более точная привязка по глубине различных спуско-подъемов, так как появляется возможность применения в каждой связке привязочного модуля ГК; возможность перехода к расчетным геофизическим параметрам в реальном масштабе времени, так как в связке зонды дополняют друг друга и на них . действуют одинаковым образом влияющие в скважине факторы.
Только при переходе к таким системам мы можем говорить о переходе к полной компьютеризированной технологии ГИС, так как под управлением компьютера осуществляются практически все этапы проведения каротажа. проведенный анализ эффективности различных систем цифровой регистрации позволяет сделать следующие выводы:
1. Наибольшей эффективностью обладают программно-управляемые каротажные информационно-измерительные системы, использующие цифровые связки программно-управляемых скважинных приборов.
2. Применение полной компьютеризированной технологии ГИС, включающей набор цифровых программно-управляемых скважинных приборов, наземный измерительно-обрабатывающий комплекс с системой программно-методического обеспечения позволяет создать основу ДЛЯ организации интегрированной информационной технологии промыслово-геофизического предприятия.
1. Каротаж скважин должен проводиться комплексными сборками цифровых скважинных приборов электрического, электромагнитного, радиоактивного и акустического каротажа. Сборки составляются из отдельных модулей со степенью интеграции от одиночного прибора (зонда) до полного комплекса зондов одного метода. Совмещение в одном модуле зондов различных по физической природе методов не предусматривается. Должна быть обеспечена возможность автономной работы каждого отдельного модуля. Архитектура построения сборок скважинных приборов должна быть "открытой", позволяющей без значительных изменений заменять отдельные модули на новые по мере их появления или усовершенствования.
2. Количество сборок должно быть минимальным, за 2-3 спуско-подъема должны быть обеспечены совместные одновременные измерения всем набором методов ГИС, рекомендуемым Технической инструкцией [ 41] в качестве обязательного комплекса для перспективных интервалов поисковых и разведочных нефтегазовых скважин, а именно: ПС, КС, БКЗ, БК, ИК, резистивиметрия, МК, БМК, ДС, ГК, НК, ГГК, АК. Такой подход, наряду с существенным сокращением времени проведения каротажа, значительно облегчит и повысит точность интерпретации каротажных материалов за счет исключения операций увязки каротажных кривых различных методов по глубине и упростит приемы отбивки гра-ниц гишстов по отдельным методам. Включение в СОСТЕВ сборок дополнительных жинах, на современном этапе не желательно, поскольку приведет к усложнению технологии и удлинению сроков ее разработки и внедрения.
С целью повышения качества и скорости проведения каротажа, а также на дежности измерительной системы в целом необходимо ввести в состав каротаж ной лаборатории и скважинных приборов микропроцессорную технику. Микро ЭВМ, входящая в состав СП должна: а) управлять аналого-цифровым преобразователем или счетчиками импульсов; б) производить, при необходимости, предварительную обработку данных для сокращения потока информации и разгрузки ЭВМ станции; в) управлять режимом измерений ( например, поиск плато ФЭУ, подстройка частот генераторов и т.п.); г) организовать обмен с линией связи (дешифровка запроса, выдача данных, т.е. выполнять роль интерфейсного контроллера). 4. Приборы должны работать с трехжильным бронированным кабелем длиной до 7500 м. 5. Передача информации - последовательным двоичным биполярным кодом (Манчестер-11). 6. Требования по термобаростойкости скважинной аппаратуры. Температура в скважинах Оренбуржья в большинстве случаев не превышает 150-170 С. 2.3. Основные требования кг программно-управляемой каротажной лаборатории Каротажная лаборатория должна обеспечивать: 1) сбор геофизической информации, предназначенной для выделения и разделения fe по измерительным каналам информации, поступающей по кабелю от скважин ных приборов; 2) регистрацию и визуализацию средствами, необходимыми для автоматической регистрации данных, получаемых от подсистемы сбора и их визуализации с целью контроля качества измерений и регистрации; 3) питание скважинных приборов и управление работой исполнительных механизмов и режимами измерений (двигателей постоянного и переменного тока, переключателей и т.п.); .4) контроль за спуско-подъемными операциями (СПО) для обеспечения синхронизации работы регистрирующих средств лаборатории с движением прибора в скважине и определения параметров этого движения (глубины, скорости, натяжения кабеля);
Скважинные приборы и их метрологическое обеспечение
Интерфейсный модуль IM предназначен для связи с картой ADC по управляющим сигналам. В IM происходит выделение момента при хода синхроимпульса от скважинного прибора АК-П, фильтрация входного аналогового сигнала, управление переключением источника измеряемого сигнала. Модуль соединяется с картой ADC двумя жгутами. По одному (XS4) передается аналоговый сигнал на вход преобразователя аналогкод, а по другому (XS6) -управляющие сигналы от карты ADC, сигнал момента прихода синхроимпульса и привязка к частоте 400 Гц. Разъем XS2 служит для соединения с БУ откуда приходит аналоговый сигнал от скважинного прибора с обмотки фантомного трансформатора и сигнал привязки к частоте 400 Гц. Разъем XS7 не используется. На передней панели модуля расположен переключатель S1 входного фильтра для акустического сигнала. При измерениях он должен быть включен. Регулятор "Уровень синхр." служит для установки устойчивого срабатывания синхронизации по всем каналам скважинного прибора АК-П. Уровень сигнала может регулироваться потенциометром RP1. Разъемы XS3 и XS4 - контрольные, к ним может быть подключен осциллограф для наблюдения за сигналом прибора АК-П. Светодиод VD1 индицирует состояние переключателя при поступлении сигналов с модуля мультиплексора.
Регистратор предназначен для работы с аппаратурой серии "П" и аппаратурой электрического каротажа ЭК-1, МК-УЦ с использованием цифрового выхода пульта управления ЭК-1. Он также позволяет производить регистрацию данных с выходов аналоговых панелей ( не более 8 каналов одновременно). Синхронизация опроса скважинных приборов может производиться по сельсинным (сантиметровым) меткам глубины или по тикам (55 миллисекунд) внутреннего таймера. Опрос обеспечивается специализированным драйвером LD, выполняющим функции многозадачной операционной системы реального времени и подцержки резидентного счетчика -сельсинной глубины с записью на жесткий диск. Алгоритм работы регистратора с приборами серии "ПП
По приходу метки глубины (шаг опроса задается программно) программируется карта модема на передачу команды в скважинныи прибор. На выходе модема появляется последовательный фазоимпульсный код (типа "Манчестер-2") и по первой и второй жилам кабеля передается на фантомные трансформаторы скважинных приборов, В команде присутствует адрес скважинного прибора (старшие 5 бит) и, если он совпадает с адресом "прошитым" в модеме прибора, то происходит запуск цикла измерения и выдача данных на модем прибора с последующей передачей их на карту модема регистратора. Команда и данные на кабеле различаются фазой стартового бита в посылке ГТРИ получении слова данных карта модема выдает прерывание в систему по КОТОРОМУ происходит считывание ин(Ьормации Количество
Отличие работы с аппаратурой АК-П заключается в том, что сигналом от прибора является не цифровой код, а аналоговая волновая картина (ВК), которая на поверхности преобразуется в цифровой код при помощи карты ADC. Происходит это следующим образом. После посылки команды на опрос канала прибора АК-П карта ADC выставляет временное окно для поиска синхроимпульса от скважинного прибора. При срабатывании компаратора в интерфейсном модуле, который стробируется этим окном, выделяется сигнал привязки начала преобразования к моменту излучения скважинного прибора. Этот сигнал на карте ADC привязывается также к тактовой частоте 8 МГц и разрешает работу аналогоцифрового преобразователя с частотой 5 мкс на точку. Преобразованные данные поступают в память компьютера по 1б-и разрядному каналу прямого доступа к памяти PC/AT. По окончании блока данных он обрабатывается отображается фазокорреляционной диаграммы или волновой К ЕОТИны на экоине монитооЭг и записывистся на жесткий диск ТТалб посылка кОМД.НПН1 ПЛЯ з3.nVCV3. CJTfiдvyOlllSrO КЗ.НЭЛЙ Для исключения импульсных помех при работе излучателя в скважинном приборе посылка команды на запуск прибора синхронизируется с частотой питающего напряжения 400 Гц, приходящей на карту ADC от блока управления через интерфейсный модуль, Алгоритм работы регистратора с аппаратурой йК-1 и МК-УЦ
При проведении скважинных измерений с аппаратурой ЭК-1 и МК-УЦ используется цифровой выход пульта управления ЭК-1, который подключается к карте EK1, а сигнал ПС подключается к восьмому каналу модуля аналогового мультиплексора. Цифровой код из пульта управления переписывается в регистры карты ЕК1 и считывается из них в память по прерываниям. Запись и отображение производится независимо с заданным шагом по глубине. Сигнал ПС через 8 канал мультиплексора поступает на вход карты ADC где происходит его преобразование в цифровую форму.
При работе с аналоговыми пультами одновременно может быть зарегистрировано до 8 сигналов в диапазоне от-2.5(5)В до +2.5(5)В. Аналоговый сигнал подается параллельно на 2 из 16 каналов мультиплексора, причем один канал имеет коэффициент передачи 1:1, а второй 5:1. Совместное использование данных двух каналов позволяет увеличить эффективный динамический диапазон преобразования до 14 двоичных разрядов. Величина входных напряжений устанавливается при процедуре калибровки карты ADC. Измерение происходит следующим образом. Карта ADC программируется на прием сигнала от одного из каналов мультиплексора и производится запуск карты ADC от внутреннего сигнала синхронизации. После получения определенного количества точек карта ADC отключается, данные преобразования усредняются и получается отсчет величины входного сигнала по этому каналу. Для перевода полученного значения в физические единицы напряжения (милливольты) используются коэффициенты линейного преобразования, полученные при калибровке.
Краткая геолого - геофизическая характеристика ОГКМ
Тестирование скважинных приборов выполняется с помощью программ - тостоов предназначенных для проверки работоспособности как отдельных приборов, так и связок. Так например, связка ГК-П+АК-П+ИК-П собирается согласно схеме, приведенной в описании аппаратуры АК-П. Подключается кабельная головка и проверяется наличие цепи между первой и второй жилами, а также между каждой из них и броней. Отсутствие цепи питания может быть обусловлено неполной сборкой связки. При включении отдельных приборов должны быть установлены перемычки согласно схеме в описании аппаратуры АК-П. При наличии всех цепей подается питание частотой 400 Гц и стабильным током 470-500 мА. Для тестирования используется специальный тест, при его работе которого отображаются признак наличия синхронизации 400 Гц счетчик глубины в сантиметрах, 8 каналов прибора ИК-П, канал прибора ГК-П и первый канал прибора АК-П (в виде волновой картины на экране монитора). Отсутствие показаний какого-либо прибора говорит о том, что что он не функционирует. Проведение калибровок до каротажа
Все полевые калибровки выполняются в соответствии с инструкциями по эксплуатации приборов с помощью программного обеспечения регистрации, которое содержит необходимые подсказки по порядку проведения работ на скважине. Краткие сведения о метрологическом обеспечении приборов и проведении поверок и калибровок были даны в р. 3.2.
Проведение каротажных измерений Проведение каротажных измерений проводится с помощью программного обеспечения регистрации. При этом необходимо иметь в виду, что скорость работы программы регистрации ограничена, в первую очередь, скоростью опроса скважинных приборов. Так например, полный цикл опроса каналов прибора ЭК-1 составляет 160 миллисекунд, и, следовательно, скорость движения кабеля не должна превышать 36 м/час (при шаге опроса по глубине 10 см). Учитывая другие временные затраты (на прием данных, запись их на жесткий диск и т.п.), максимальная скорость движения кабеля для этого прибора не более 2500 м/час. Для обеспечения более высокой скорости при спуске скважинных приборов на забой можно воспользоваться имитатором датчика глубины.
В результате коллективных научно-исследовательских и производственных работ была создана полная технология проведения ГИС, впервые опробованная и введенная в промышленную эксплуатацию в условиях Оренбуржья. Роль автора в создании технологии заключалась в проведении аналитического обзора состояния ГИС на типовом для страны примере организации каротажных исследований на Оренбуржье и определении основных элементов технологии и их источников, участии в разработке программно - реализованных методик проведения измерений и обработки получаемых данных, нацеленных на конкретное применение в условиях производства ГИС на нефтегазовых месторождениях Оренбуржья.
Применение технологии при проведении промыслово-геофизических исследований скважин, находящихся в бурении на ОГКМ и других объектах, было начато в середине 1994 г. Для этого была проведена работа по техническому перевооружению каротажных служб и обучению персонала. Были приобретены 2 комплекта аппаратурное етодического комплекса на базе регистратора КАРАТ-П с модульными программно-управляемыми скважинными приборами серии "П". Комплексы поступили в распоряжение двух партий, сотрудники которых прошли предварительный курс обучения в г. Твери. Адаптация технологии к условиям месторождений Оренбуржья и ввод ее в эксплуатацию был проведен сотрудниками УГИ "Оренбурггеофизика" и разработчиками практически без прерывания производственного режима работ. Объем исследований за год ( с августа 1994 г. по июль 1995 г.) составил 131 скважину, в том числе в 43 скважинах проведен каротаж приборами ГК-П АК-П и ИК-П в 47 скважинах - ИКЗ-1 в 85 скважинах - РК-П в 76 скважинах - ЭК-1 и в 47 скважинах - МК-УЦ.
Работа проводится в строгом соответствии с регламентированным (см. р.3.4) порядком проведения измерений. Отряды выполняют каротаж и передают файлы первичных каротажных данных в группу приемки материалов. Группа приемки, с помощью программ полевой обработки, проводит первичную обработку (редактирование, ввод поправок за технические условия измерений и т.д.), оценивает качество представления результатов измерений, в том числе с применением техники кроссплотинга , формирует LIS и LAS - файлы и твердые копии каротажных кривых для передачи Заказчику и в группу интерпретации. Группа интерпретации, используя программный комплекс LOGTOOLS, проводит комплексную обработку данных с целью получения оперативного заключения. Заказчику передаются данные на магнитном носителе, твердые копии первичных данных и результатов обработки и заключение.
Похожие диссертации на Компьютеризированная технология физических исследований в скважинах на нефтяных и газовых месторождениях Оренбуржья
