Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния работ в области разработки комплексных скважинных приборов и применения компьютерных и телекоммуникационных технологий 17
1.1. Комплексирование скважинных приборов 17
1.2. Комплексирование методов контроля качества цементирования скважин
1.2.1. Акустический метод 29
1.2.2. Радиоактивный метод 32
1.2.3. Дополнительные методы, применяемые для контроля качества цементирования скважин 36
1.3. Комплексирование акустических и радиоактивных методов для
определения пористости 38
1.3.1. Акустический метод определения пористости 3 8
1.3.2. Определение пористости по методу гамма-гамма каротажа 41
1.3.3. Определение пористости по методу нейтрон-нейтронного каротажа 44
1.3.4. Определение пористости и литологии пород по комплексу методов ГГК,ННКиАК 45
1.4. Развитие компьютеризованных систем управления геофизическими
исследованиями 47
1.4.1. Комплексирование технологий ГИС и ГТИ 47
1.4.2. Организация работы геофизического предприятия на основе современных телекоммуникационных технологий 48
ВЫВОДЫ
2. Анализ программно-управляемой информационно измерительной системы для геофизических исследований скважин и разработка основных элементов 52
2.1. Анализ программно-управляемой информационно-измерительной системы для ГИС 52
2.2. Разработка принципов комплексирования комплексных скважинных приборов (КСП) 64
2.3.Мультиплексный канал связи между модулями КСП и компьютери зованной каротажной станцией (ККС) 79
2.4.Структура и алгоритмы работы функциональных модулей 86
2.4.1. Структура и алгоритмы работы радиоактивных модулей 87
2.4.2. Структура и алгоритмы работы акустических модулей 97
2.5.Разработка структуры термометрического канала и исследование его параметров 117
Выводы 126
3. Исследования и разработка алгоритмического и программного обеспечения работы системы 128
3.1.Анализ структуры программного обеспечения 128
3.2. Организация и разработка алгоритмов и программ управления процессами измерений и сбора информации 130
3.3.Разработка алгоритма создания псевдоизображения заколонного пространства по информации данных радиоактивного каротажа 144
ЗАИсследование и разработка методики и алгоритмов относительных акустических измерений при контроле качества цементирования скважин 148
3.5.Передача геофизической информации по телекоммуникационным системам 152
Выводы 176
4. Исследование характеристик каналов системы на метрологических установках 178
4.1 .Исследование статической функции преобразования канала ГК 178
4.2. Исследование статической функции преобразования канала ГГЦ 184
4.3.Исследование статической функции преобразования канала ННК 191
4.4.Анализ метрологических характеристик акустических каналов
АКЦиАШ 199
4.5.Анализ характеристик термометрического канала 205
ВЫВОДЫ 210
5. Скважинные испытания комплексных программно управляемых скважинных приборов и внедрение компьтеризованных и телекоммуникационных технологий в производство 212
5.1.Комплексный скважинный прибор «ВАРТА» для оценки качества цементирования скважин и технического состояния обсадных колонн и комплексный скважинный прибор «ТАЙГА» для определения
пористости в открытом стволе 212
5.1.1. Исследование скважин при контроле качества цементирования 217
5.1.2. Исследование открытого ствола скважины комплексом радиоактивных и акустических методов при определении пористости 241
5.2.Комплексная комбинированная технология ГИС и ГТИ 248
5.3.Разработка автоматизированной системы геофизического предприятия для сбора и обработки информации ГИС и ГТИ 255
Выводы 260
Заключение 262
Литература 266
- Комплексирование методов контроля качества цементирования скважин
- Разработка принципов комплексирования комплексных скважинных приборов (КСП)
- Организация и разработка алгоритмов и программ управления процессами измерений и сбора информации
- Исследование статической функции преобразования канала ГГЦ
Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие геофизического приборостроения, как в России, так и в других странах характеризуется непрерывным усложнением измерительной аппаратуры и расширением круга задач, решаемых с ее помощью. Создание и совершенствование техники для исследований скважин связано с разработками в области теории и методики интерпретации геофизических методов, новейшими достижениями в измерительной технике, электронике, применением новейших компьютерных и информационных технологий.
В развитии и совершенствования технологий при проведении геофизических исследований скважин (ГИС) можно выделить два основные направления:
Совершенствование и разработка новых информационно-измерительных систем, включающих комплексные программно-управляемые скважинные приборы, реализующие различные методы ГИС, канал связи (каротажный кабель) и регистрирующую аппаратуру, работающую под управлением компьютера (нижний уровень).
Совершенствование и разработка общей системы управления проведением ГИС, каналов передачи данных, программного обеспечения обработки информации и интерпретации полученных результатов (верхний уровень).
Реализация компьютеризации скважинных исследований должна привести к значительному расширению функциональных возможностей не только с точки зрения увеличения количества методов исследования, но и максимальной реализации физических возможностей каждого из методов, появления дополнительных к измерительным функций управления, сигнализации, диагностирования и т.д., осуществления автоматического контроля качества измерений, экспресс-обработку измерительной информации, различных сервисных функций, включая адаптацию к различным условиям проведения измерений.
Совокупность аппаратных и программных средств, совместно существующих и взаимодействующих, определяет интеллектуальность систем измерений. Разработка таких систем ставит новые задачи, к которым относятся проблемы рационального компромисса между аппаратными и программным способами реализации отдельных процедур; организации взаимодействия вычислительных средств и устройств преобразования и сбора информации; рациональной организации памяти с целью минимизации ее требуемых объемов для обеспечения тех или иных функций.
Проведенный анализ отечественной и зарубежной литературы по созданию комплексных программно-управляемых скважинных приборов, систем управления и обработки геофизических данных позволяет выявить отсутствие системного подхода к решению этой проблемы, учитывающей все вопросы создания таких приборов, обеспечение подготовки и проведения скважинных исследований, передачу информации от каротажных станций по
современным телекоммуникационным системам и последующую обработку получаемой информации.
Наибольшую эффективность от использования компьютеризованных технологий можно получить только с использованием рационального подхода при разработке аппаратуры и в целом технологий ГИС, как на первом, так и на втором уровне, что требует взаимоувязанных решений по созданию конструкций комплексных скважинных приборов и отдельных модулей, систем телеметрии и программно-управляемых схем измерения параме'фов различных физических полей, рационального распределения схемотехнических функций и программного обеспечения регистрации и последующей обработки. Аналогичная и связанная с первой проблема и при организации автоматизации геофизического предприятия, заключающаяся в рациональном распределении аппаратных и программных средств сбора и обработки геофизической информации, объединенных компьютеризированными телекоммуникационными системами. Необходимость решения этих проблем определили актуальность темы диссертационной работы, предопределили ее цель и задачи.
Цель работы - Разработка научно обоснованных технических решений, совокупность которых позволит решить важную научно-техническую проблему создания комплексной информационно-измерительной и телекоммуникационной системы для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин.
Основные задачи диссертационной работы:
анализ состояния вопроса и определение наиболее перспективного направления в области разработки и создания комплексных скважинных приборов для контроля качества цементирования скважин и определения пористости в особо сложных геолого-технологических условиях;
исследование программно-управляемой информационно-измерительной системы при проведении ГИС, включающей комплексный скважинный прибор, канал связи и компьютеризованную каротажную станцию;
разработка методики комплексирования программно-управляемых каналов измерения, реализующих различные геофизические методы исследования скважин;
разработка и обоснование параметров телеметрической системы и структуры функциональных модулей при создании комплексных программно-управляемых скважинных приборов;
разработка алгоритмов и программного обеспечения работы комплексных скважинных приборов, а также систем передачи по каналам телекоммуникаций и обработки геофизической информации;
разработка и обоснование комплексирования компьютерных технологий проведения ГИС и ГТИ;
разработка и внедрение автоматизированной системы геофизического предприятия для сбора и обработки информации ГИС и ГТИ.
Методы исследований. Поставленные задачи решались с применением знаний в области геофизических исследований скважин, системного подхода, эволюционного синтеза автоматизированных, систем, макетирования и разработок аппаратурных и методико-программных средств. На этапах линеаризации статических характеристик каналов измерений использованы методы кусочно-линейной аппроксимации. При обработке сигналов использованы преобразования Фурье и вейвлет-преобразования. При экспериментальных исследованиях применены методы статистической обработки результатов измерений.
Научная новизна. При исследованиях и разработках получены следующие новые результаты:
Впервые разработана программно-управляемая информационно-измерительная система при проведении ГИС, проведен ее анализ, определены параметры и условия функционирования.
Впервые разработана методика создания комплексных и комбинированных программно-управляемых скважинных приборов, реализующих различные геофизические методы исследований скважин.
Предложено использование стандартного мультиплексного последовательного канала в качестве основы для создания канала связи по каротажному кабелю и межмодульного интерфейса комплексного скважинного прибора, определены его основные параметры и разработаны структуры основных функциональных модулей.
Впервые разработаны и внедрены новые способы обработки, интерпретации и представления информации полученной программно-управляемой аппаратурой при контроле качества цементирования скважин радиоактивными и акустическими методами.
Впервые разработана и обоснована комплексная компьютерная технология геофизических и геолого - технологических исследований.
Предложено для передачи геофизической информации использование современных систем телекоммуникаций, в том числе спутниковых, волоконно - оптических и сотовых каналов связи, впервые разработаны и внедрены алгоритмы и программы эффективного сжатия геофизической информации.
Впервые разработана и создана автоматизированная система геофизического предприятия для сбора, обработки, передачи и интерпретации информации ГИС и ГТИ.
Автором защищаются следующие основные положения и результаты:
Концепция построения программно-управляемой информационно-измерительной системы при проведении ГИС.
Методика создания комплексных и комбинированных программно-управляемых скважинных приборов.
Структура программно-управляемых функциональных модулей.
Алгоритмы и программы обработки и представления информации,
полученной программно-управляемой аппаратурой при контроле качества цементирования радиоактивными и акустическими методами.
Комплексная компьютеризованная технология проведения геофизических и геолого-технологических исследований.
Алгоритмы и программы сжатия геофизической информации.
Автоматизированная система геофизического предприятия при проведении ГИС и ГТИ.
Обоснованность и достоверность результатов диссертации.
Обоснованность и достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждена экспериментальными исследованиями на метрологических установках и при проведении скважинных исследований в различных геолого-технологических условиях, а также завершенными научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими работами по созданию и широкому внедрению программно-управляемых комплексных скважинных приборов, компьютерных и телекоммуникационных технологий в практику геофизических исследований.
Практическая ценность работы. Разработанные автором принципы построения программно-управляемых скважинных геофизических приборов начиная с конца 80-х годов по настоящее время являются базовыми в ОАО НПФ «Геофизика» при разработке и производстве практически всех современных комплексов для ГИС. На этой базе разработаны и применяются на производстве комплексные приборы для проведения ГИС в колонне типа «ВАРТА» и АМК-2000, для исследования в открытом стволе типа «ТАЙГА» и «УРАЛ-100» и другие. Внедрение данной аппаратуры позволило значительно сократить время исследований и повысить эффективность каждого метода исследований.
Разработка и внедрение современных компьютерных телекоммуникационных технологий при проведении геофизических и геолого-технологических исследований позволили создать эффективную систему получения, передачи и обработки данных практически в любом регионе, что подтверждается успешными работами в Африке (Мавритания), Западной и Восточной Сибири, Республике Башкортостан, Казахстане, Оренбургской и других областях РФ.
Реализация результатов работы. Основные результаты диссертации
внедрены в ОАО НПФ «Геофизика» при проведении опытно-конструкторских
работ по созданию программно-управляемых скважинных приборов, их
методического, метрологического и программного обеспечения. В ОАО
«Баашефтегеофизика» разработана и внедрена система передачи
геофизической и геолого-технологической информации по
телекоммуникационным каналам связи, включающие спутниковые (Инмарсат), сотовые (GPRS) и волоконно-оптические каналы связи. Разработаны и внедрены высокоэффективные алгоритмы и программы сжатия информации, а
также системы мониторинга технологии бурения.
Разработана и внедрена автоматизированная система предприятия, включающая получение, передачу, централизованную обработку и интерпретацию полученной информации и передачу ее результатов заказчику. Все этапы организации работы системы и контроль качества ее функционирования регламентированы разработанными специальными методологическими инструкциями в соответствии с ISO 9001-2000 «Системы менеджмента качества. Требования».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы неоднократно докладывались на различных научных конференциях и симпозиумах, опубликованы в научных изданиях. Результаты работ доложены и обсуждены на всесоюзной конференции «Разработка аппаратуры для промыслово-геофизических и геолого-технологических исследований на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири» (Тюмень, 1987г.), на международном симпозиуме «Новая геофизическая техника для исследования бурящихся и действующих вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин» (Уфа, 1997г.), научно-практической конференции геофизиков Башкортостана «Использование геолого-геофизических методов при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых в Республике Башкортостан» (Октябрьский, 1994г.)„ российско-китайском симпозиуме по промысловой геофизике (Уфа, 2000г.), научно-практической конференции «Геологическая служба Башкортостана на рубеже веков» (Уфа, 2000г.), всероссийского научного симпозиума «Новые технологии в геофизике» (Уфа, 2001г.), всероссийской научно-практической конференции «Состояние и проблемы качества и достоверности геофизических исследований при поисках, разведке и эксплуатации месторождений нефти и газа Западной Сибири» (Тюмень, 2001г.), научного симпозиума «Новые геофизические технологии для нефтегазовой промышленности» (Уфа, 2003г.)
Публикации. Для подготовки диссертации использованы результаты исследований соискателя, опубликованные в одной монографии (в соавторстве), 48 научных публикациях, в том числе 37 в изданиях, рекомендованных ВАК, включающих 24 изобретения, 3 из которых защищены патентами.
Личный вклад автора. В основу диссертации положены исследования и работы, выполненные лично автором, при его участии и под его руководством в ОАО НПФ «Геофизика» (ВНИИНефтепромгеофизика) (с 1973 по 1998 год) и в ОАО «Башнефтегеофизика» с 1998 года по настоящее время. Автор с 1986 года являлся научным руководителем ряда тем по разработке комплексной программно-управляемой скважинной аппаратуры для проведения геофизических исследований в открытом стволе и в обсаженных скважинах, затем в ОАО «Башнефтегеофизика» под его руководством
и непосредственном участии на основе компьютеризированных коммуникационных технологий была разработана и внедрена автоматизированная система сбора, передачи и обработки данных ГИС и ГТИ . За творческое сотрудничество, ценные советы и помощь в постановке и проведении исследований автор выражает глубокую благодарность руководству и всем сотрудникам предприятий ОАО НПФ «Геофизика» и ОАО «Башнефтегеофизика», принимавшим участие в этих работах.
Комплексирование методов контроля качества цементирования скважин
В связи с необходимостью повышения эксплуатационных характеристик используемой в настоящее время скважинной геофизической аппаратуры и, особенно, сокращением времени исследований скважин различными геофизическими методами, как в РФ, так и в других странах наиболее перспективным является направление создания комплексных скважинных приборов по блочно - модульному (агрегатированному) принципу. Данный принцип построения скважинной геофизической аппаратуры позволит максимально унифицировать узлы скважинных приборов, существенно сократить время на разработку и освоение продукции, реализовать принцип преемственности при конструировании геофизических приборов путем отбора современных перспективных решений отдельных блоков и модулей на длительную перспективу и сосредоточения основных усилий на разработке первичных преобразователей информации на новой физической основе [37, 59, 61,140].
Вся разрабатываемая на перспективу скважинная геофизическая аппаратура, наземные информационно - измерительные системы, вспомогательное оборудование, методическое и метрологическое обеспечение, включая технологии исследований и обработки полученной информации, а также соответствующее программное обеспечение должны иметь единую идеологическую основу. Это требование диктуется как широким применением микропроцессорной техники, так и принципиальным функциональным изменением геофизической аппаратуры - от пассивной регистрации к автоматически управляемым процессам получения информации
при проведении измерений на скважине с одновременной диагностикой и адаптацией режимов измерений в различных геолого-технических условиях.
Вся история развития геофизического приборостроения характеризуется стремлением комплексирования различных методов в скважинной аппаратуре и автоматизацией измерений [140]. К середине 70-х годов были разработаны основные методы и приборы электрического, радиоактивного и акустического каротажа. При этом была разработана и внедрена в производство комплексная высокоэффективная скважинная аппаратура электрического каротажа типа КСП-3, АБКМ, Э1, Э2, ЭЗ и т.д., причем для обеспечения многоканальное использовалась принципы частотного разделения каналов с частотной модуляцией несущей частоты измеряемым сигналом [17, 114, 116, 173]. В последующем при комплексировании скважинной аппаратуры электрического каротажа были реализованы принципы время - импульсной модуляции (ВИМ) и ее разновидности квантованной время - импульсной модуляции (КВИМ) [117].
Несмотря на то, что эти приборы в эксплуатации показали себя с самой наилучшей стороны, практика их использования выявила существенные недостатки: - недостаточная помехозащищенность; - ограниченный диапазон измерений; - взаимное влияние каналов; - ограниченное количество каналов. На базе этой телеметрии была разработана также комплексная аппаратура КАС-1, предназначенная для проведения геофизических исследований разрезов в необсаженных скважинах с измерением кажущихся сопротивлений пород (рк), зондами стандартного каротажа (СК, БКЗ), трехэлектродного бокового каротажа (БК-3), индукционного каротажа (ИК), потенциалов ПС и инклинометрии. Данной аппаратуре также присущи все недостатки, перечисленные выше. Более прогрессивным является комплексный прибор
K1A-723 (K1A-723M), предназначенный для измерения кажущихся сопротивлений зондами БКЗ, зондом трехэлектродного бокового каротажа, удельного электрического сопротивления промывочной жидкости (рж), потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС), мощности экспозиционной дозы естественного гамма - излучения горных пород (ГК), среднего диаметра поперечного сечения скважины (dc), четырех взаимно перпендикулярных расстояний от центра прибора до стенок скважины [61]. Характерными отличительными особенностями этого прибора являются: в приборе применена многоканальная телеизмерительная система с временным разделением каналов и время - импульсной модуляцией сигналов, что позволяет передавать до 30 каналов различной информации включая служебную; конструктивно и функционально прибор разработан на основе агрегатированной системы скважинных геофизических приборов (АСГП), что позволило достичь высокого уровня унификации элементной и конструктивной базы для скважинных геофизических приборов.
Одной из первых в этой области, в 1979 - 1981 годах во ВНИИнефтепромгеофизике с участием автора, была разработана комплексная аппаратура для контроля качества цементирования ЦМГА-2 [86. 87, 89, 90, 92, 104, 140, 141, 145, 148, 151, 152]. В этой аппаратуре, состоящей из акустического и радиоактивного модулей, способы передачи информации не отличались от традиционных аналоговых, т.к. передача осуществлялась по разным жилам каротажного кабеля с временной блокировкой каналов радиоактивных методов на время передачи аналоговых акустических сигналов [67]. Этот же способ использовался при создании комплексной аппаратуры для необсаженных скважин КАПАК-1, реализующей акустические и радиоактивные методы исследования [73, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 147, 149, 157, 159, 160]. Дополнительная синхронная блокировка осуществлялась также в наземной аппаратуре, где производилась обработка сигналов и измерение их параметров. На базе акустического модуля МАК-1, разработанного для работы в составе аппаратуры КАПАК-1, и модуля индукционного каротажа ИК, входящего в состав комплексной аппаратуры К1А-723 с время-импульсной телеметрией, был разработан комплексный прибор КАИК. В этом приборе передача информации так же осуществлялась по разным жилам каротажного кабеля при жесткой синхронизации с тактами время-импульсной телеметрии [150]. Общими недостатками этих комплексов являлись необходимость синхронизации работы всех систем, отсутствие возможности управления режимами измерений и проблемы, связанные с аналоговыми наземными измерительными системами: сложность и длительность настроечных операций, их дрейф, и в связи с этим, необходимость постоянной подстройки при длительной работе, что значительно снижает эффективность комплексирования.
Разработка принципов комплексирования комплексных скважинных приборов (КСП)
Работы по оптимизации в области геофизического приборостроения при комплексировании скважинных приборов по проведенному анализу отечественной и зарубежной библиографии практически не проводились. Большой опыт по оптимизации накоплен в авиационных, радиотехнических и других областях [38,].
В связи со сложностью создания ПУ ИИС для ГИС с применением КСП, имеющих множество различных физических датчиков, преобразователей информации и других систем, работающих в программно-управляемом режиме, выбор оптимальной структуры становится наиболее актуальным, от которого зависят эффективность, стоимость и надежность разработки. Основные задачи, которые должны решаться при оптимизации структуры КСП, следующие:
Как отмечалось выше, аналогичные задачи рассматривались в [38, 163, 166] применительно к авиационной и другой специальной технике, однако специфика ГИС требует их специального анализа, Первым существенным отличием является то, что геофизические приборы представляют собой, как правило, распространенные по определенной длине (/) измерительные зонды отдельных методов исследования (ИЗ;). Измерительные зонды, в свою очередь, представляют собой распределенные по длине зонда датчики, причем расстояния, на котором они размещаются, определяют базу зонда (d). Поэтому для организации комплекса методов в одном скважинном приборе возможно распределение зондов только по одной координате - длине прибора. Основными ограничениями габаритов КСП являются диаметр (D) и его длина (L). Диаметр прибора ограничивается диаметром исследуемых скважин (обсадных колонн), а длина L условиями конструкции скважин и условиями перевозки и технологичностью сборки КСП при проведении ГИС. В практике ГИС возможны варианты решения отдельных геологических или технологических задач, не требующих полного комплекса методов, а только отдельных их комбинаций. Поэтому наиболее рациональным является разделение КСП на отдельные функциональные модули, из которых возможны различные варианты построения КСП. Наиболее простым решением является разделение на отдельные модули, которые бы включали один метод исследования, со своей функциональной электронной схемой. В этом случае общая длина КСП определяется суммой длин отдельных модулей
Уменьшение общей длины возможно объединением по определенным признакам отдельных методов исследования, в этом случае сокращается как общая длина L, так и количество модулей Основными признаками внутримодульного комплексирования являются: - частота использования методов; - возможность решения частных методических задач; - физическая совместимость; - информационная совместимость; - электронная совместимость; - конструкторско-технологическая совместимость. На отдельных этапах строительства и эксплуатации скважин требуется проведение как полного комплекса ГИС, так и различных частных вариантов. В этом случае задача разбивается на ряд частных:
При решении частных задач все методы можно разделить по частоте применения, так, например, в обсаженных скважинах методы ГК и ЛМ, необходимые для привязки информации к разрезу и муфтам обсадной колонны, должны применяться при решении любой из обозначенных задач, тогда а, - количество задач в которых принимает участие у -ый метод исследования. Максимальное значение Ртш=1, в этом случае метод применяется при решении всех частных задач. При (pimin = \/j (22), метод используется при решении только одной частной задачи.
Другим фактором является физическая совместимость методов (S p), при рассмотрении которой необходимо отметить, что физические поля разных видов акустических, радиоактивных, тепловых, электромагнитных и других при тех уровнях воздействия, которые используются в скважиннои геофизике при проведении исследований, практически не оказывают влияния друг на друга и не изменяют характеристик объекта исследования. В этом случае можно рассматривать взаимное влияние методов одной физической основы. Все методы, применяющиеся при ГИС, можно разделить на два вида: - активные, имеющие источники излучения; - пассивные, не имеющие источников излучения. Естественно, что размещение источников излучения активных методов и приемников естественных излучений одной физической основы в непосредственной близости невозможно, их можно размещать только на таком расстоянии, чтобы их влияние могло вносить дополнительную погрешность не более определенной величины для каждого конкретного метода [1, 6, 18]. Это расстояние зависит от многих факторов, таких как мощность излучения, чувствительность приемников, конструкции приборов и других причин.
Под информационной совместимостью Su понимается вид первичных информационных сигналов, получаемых от датчиков, например, для радиоактивных методов - это случайная последовательность импульсов, для акустических - волновые пакеты, для термометрии - аналоговый сигнал или цифровой код и т.д.. При информационной совместимости двух или нескольких каналов возможна первичная обработка (преобразование) сигналов последовательно одним преобразователем, что уменьшает объем электронной схемы и упрощает алгоритмы вторичной обработки. Кроме этого, должны учитываться такие параметры, как динамический диапазон (число разрядов) и необходимая частота опроса канала. При этом необходима максимально возможная стандартизация первичных сигналов.
Одним из важных факторов является обеспечение электромагнитной совместимости S3M, в этом случае неприемлемым вариантом является, например, размещение в одном модуле мощных генераторов и высокочувствительных схем преобразования и усиления. Кроме этого, должны быть максимально рационально решены вопросы организации питания и их влияние на датчики и измерительные каналы. При компоновке модулей должны учитываться также конструктивные и технологические SKm особенности каждого из комплексируемых методов, в частности, в акустических модулях должна обеспечиваться акустическая изоляция и необходимая центрация в скважинах различного диаметра, датчики температуры должны располагаться в нижней части модулей для измерения температуры на спуске в неперемешанном растворе и т.д. [162].
Организация и разработка алгоритмов и программ управления процессами измерений и сбора информации
В настоящее время при контроле качества цементирования настройка производится оператором, который на спуске в «свободной» колонне или специально в исследуемом интервале, определяет по осциллографу или компьютеру максимальную неограниченную амплитуду и устанавливает необходимый коэффициент усиления в регистрирующей системе. Недостатком данной технологии является либо отсутствие "свободной" колонны, либо необъективность оператора (что достаточно сложно сделать без остановки на спуске прибора). С целью более объективной настройки аппаратуры и регистрации параметров при АК или АКЦ предложен, разработан и начал массово внедряться компьютеризованный вариант технологии работы, в соответствии с которым разработаны алгоритм, представленный на рис.3.4 и специальное программное обеспечение для регистрирующих систем «Гектор» и «Вулкан» [84].
При этом настройка производится по ближнему каналу, так как ограничение происходит в нем в первую очередь:
Определяется необходимый интервал исследования (например: весь ствол или определенный интервал разреза, в зависимости от поставленной задачи);
В регистрирующей системе устанавливается предварительно коэффициент усиления такой, чтобы он был на 30 % ниже коэффициента усиления в свободной колонне или эталонной трубе.
Устанавливается фиксированный пороговый уровень, примерно равный удвоенному значению амплитуды первого вступления в свободной колонне (подбирается экспериментально и для каждого вида аппаратуры является постоянной величиной, например для аппаратуры МАК-2 U пор. = 500 мВ).
Данный анализ производится автоматически на спуске прибора в скважину во всем необходимом интервале, а для регистрации записывается только одно значение с указанием глубины. Данное значение должно записываться в шапку диаграммы, например: ЛОТДЇ = 3500мВ Я = 1221м 8. Перед проведением каротажа в исследуемом интервале устанавливается откорректированный коэффициент усиления, так чтобы на глубине Н = 1221 м амплитуда была (например для МАК-2) равна Атах = 4500 мВ, т. е. дополнительный коэффициент усиления будет: Кус = 4500/3500 =1,3 9. Производится запись с новым коэффициентом усиления. С целью нормирования, перед обработкой, производится деление всех текущих значений на максимальное значение, т.е. Атах = 4500 мВ. В этом случае весь диапазон изменения амплитуд будет нормированным, и изменяться от 0 до 100%. Вся остальная методика обработки и интерпретации остается прежней [140]. Особо существенный эффект, при внедрении данной технологии, может быть достигнут при использовании методики акустической цементометрии, изложенной в [78]. При проведении акустического каротажа по комплексу волн, например продольной и поперечной, из-за большого различия амплитуд продольной и поперечной волн, настройка по данному алгоритму должна производиться по амплитудам поперечной волны во временном «окне», учитывающем временной сдвиг из-за различия скоростей (к =1,5 - 1,7).
Данный алгоритм и соответствующее программное обеспечение проверено на моделях и ряде производственных скважин как при работе в открытом стволе, так и при контроле качества цементирования и показало хорошие результаты. По результатам испытаний принято решение об его массовом применении и включении в новую программную систему регистрации ГИС «Winlog».
Как отмечалось выше, одним из критериев разработки программ является их универсальность и надежность. С этой целью в программе имеются каналы анализа отказов отдельных узлов прибора, продолжение приема информации от работающих модулей, запись признаков работоспособности отдельных модулей. Информация о глубине поступает параллельно приему информации и накладывается на получаемую информацию в каждом цикле. Данная программа также обладает адаптивностью, так как она работает независимо от компоновки прибора и при отказе любого из модулей.
Реализация всех трех вариантов записи может производиться по методике, представленной нарис. 3.5.
Перед каждым измерением производится автоматическая диагностика ККС, КСП и линии связи - каротажного геофизического кабеля. Запись температуры производится на спуске при фиксированной скорости, что обусловлено необходимостью измерений в неперемешанном буровом растворе [32]. Запись по второму варианту производится при подъеме, ограничивающим, в этом случае, методом является ННК, поэтому в продуктивном интервале (около 100м) скорость должна быть снижена до 600 м/час и затем поднята до 1200 м/час. При записи по обоим вариантам необходима визуализация контрольной и оперативной информации с целью обеспечения достоверности записи и оперативной интерпретации. Необходимые точки записи по глубине для метода акустической щумометрии можно определить по термограмме по известной методике [152] с привлечением методов АКЦ и ГГЦ.
Существенным преимуществом программно-управляемого режима является получение в ККС первичной информации непосредственно от физических датчиков. Это обстоятельство позволяет с помощью определенных математических приемов значительно расширить методические возможности практически всех методов, входящих в комплекс.
Однако в этом случае появляется новая проблема - оценка качества измерений на этапе регистрации перед отправлением информации в обрабатывающий центр по каналам телекоммуникаций. Разработка алгоритма создания псевдоизображения заколонного пространства по информации данных радиоактивного каротажа
Как отмечалось выше, программно-управляемый режим работы комплексных скважинных приборов позволяет не только проводить ГИС за одну спускоподъемную операцию, но и практически в каждом применяемом методе исследований появляются новые методические возможности. Так, например соискателем впервые предложены и реализованы новые методические возможности контроля качества цементирования скважин радиоактивными и акустическими методами [106,109,111,113,152].
Основными регистрирующими параметрами радиоактивных приборов контроля качества цементирования СГДТ-3 и СГДТ-НВ являлись интегральная и селективные цементограммы, по которым производилась оценка качества цементирования [140]. В отличие от этих приборов в каналах гамма-гамма цементометрии приборов «ВАРТА» и АМК-2000 отсутствуют какие-либо измерительные параметры, так как в компьютер ККС записывается первичная информация по каждому каналу, а вторичная получается с помощью математической обработки при проведении комплексной интерпретации. Примером такой обработки является введение третьей информационной координаты -z-, вычисление эксцентриситета є и фильтрацию изображения.
Исследование статической функции преобразования канала ГГЦ
На рис.5.5 приводится сопоставление диаграмм цсментометрии, толщинометрии, объемного влагосодержания горных пород, зарегистрированных КСП «ВАРТА», с материалами стандартного геофизического комплекса (СГДТ-НВ, ДРСТ-3, УЗБА-21) по разрезу скважины № 1522 Сергеевской пл. Скважина пробурена и проведены исследования стандартным комплексом в сентябре 1988 г. Исследования КСП «ВАРТА» проведены год спустя при проведении ремонтных работ в скважине. Для сопоставления геофизических методов выбран интервал, где скважина пересекает горные породы, представленные карбонатными отложениями Турнейского яруса (1680 - 1820 м) и терригенными отложениями угленосной свиты (1670 - 1680 м). Скважина имеет номинальный диаметр 216 мм и до глубины 2062 м обсажена пятидюймовой стальной колонной, а на глубине 2062 - 2109 м -стеклопластиковыми трубами. Через башмак колонны 7.08.88 г. закачано 15 т гель-цемента с а = 1650 кг/м3 и 28 т портланд-цемента с о = 1850 кг/м3, через межтрубье сверху 7.08.38 г. закачано 8 т портланд-цемента и 15 т гель-цемента.
Из сопоставления диаграмм зондов НК КСП «ВАРТА» с диаграммой НГК-60 (ДРСТ-3), зарегистрированной в открытом стволе, следует, что в интервале влагонасыщенной пористости до 25 %, где НГК-60 имеет высокое значение чувствительности, форма диаграммы большого зонда КСП «ВАРТА» НКТ-48 достаточно точно воспроизводит форму диаграммы НГК-60. Диаграмма малого зонда КСП «ВАРТА» НК-23 имеет сравнительно невысокую дифференциацию по влагосодержанию породы, но по форме аналогична диаграмме НКТ-48.
В табл.5.1 приведено количественное сопоставление влагонасыщенной пористости, найденной по показаниям двух зондов КСП «ВАРТА», с данными НТК (попластовая интерпретация). Хотя условия измерений ННК КСП «ВАРТА» (обсаженная скважина) отличались от условий измерений
ДРСТ-3 (открытый ствол), сопоставление результатов их измерений правомерно, т.к. каждый из этих приборов был отградуирован в соответствующих стандартных образцах.
Из рис.5.6 следует, что между значениями влагосодержания, измеренными КСП «ВАРТА» и аппаратурой ДРСТ-3, существует функциональная связь (коэффициент корреляции г = 0,35). При этом разница в значениях влагосодержания, измеренных сопоставляемыми приборами, не превышает ± 2% с вероятностью 0,9, если в измеренные аппаратурой ДРСТ-3 значения влагосодержания ввести коэффициент 1,5.
Необходимость введения поправки обусловлена, по-видимому, тем, что слой водо-металлосодержащей среды в скважине (dc=216 мм, сос = 0,5 + 0,6) отличается от условий градуировки (dc= 196 мм, юс = 0,4), а также из-за изменения со временем условий измерения в скважине. В частности, может произойти изменение минерализации пластовой и скважинной жидкости. Толщинограмма, зарегистрированная КСП «ВАРТА» (ГГЦ), по конфигурации практически совпадает с толщинограммой аппаратуры СГДТ-НВ. На толщинограмме уверенно выделяются соединительные муфты 1 и центрирующий фонарь 2. Для построения шкалы толщиномера использовано выражение N = Nte , вытекающее из уравнения градуировочной характеристики (4.2). Последнее получено путем измерений на УПТП-2 (h - значение толщины образцовой колонны, b - чувствительность к изменению толщины колонны, определенная по УПТП-2). Значение толщины, измеренное на УПТП-2, измеряется в пределах 7,9 - 9,4 мм (табл.5.2), т.е. отвечает наиболее вероятным значениям толщины колонн, используемых при креплении скважин на Сергеевской площади. Это подтверждает правильность градуировки толщиномера на УПТП-2 (раздел 4.2) и шкала толщины, полученная на УПТП-2, может использоваться для определения толщины колонн в реальных скважинах.
Для анализа результатов измерений ГГЦ выбран интервал глубин 1690-1839 м с известными параметрами цементного камня (портланд-цемент). При интерпретации данных ГГЦ привлекалось значение плотности пород ап, определенное по данным стандартного РК, и значение толщины колонны, измеренной КСП «ВАРТА». Разрез скважины в этом интервале, за исключением интервала 1670 - 1680 м, представлен карбонатными отложениями Турнеиского яруса с известным значением плотности скелета пород и низкой радиоактивностью, при которых облегчается переход от результатов измерений НТК к плотности пород а„. Плотность ап вычислялась по формуле уп=он-Ктнг(ом-ож), где Ктиг - пористость пластов, определенная по НТК, ам - минералогическая плотность пород, ож - плотность пластовой жидкости.
Как отмечалось выше, результаты измерений ГГЦ КСП «ВАРТА» 228 представляются в виде шести селективных цементограмм (Селі-Селб), соответствующих шести детектограммам гамма-излучения, расположенным по периметру скважины. В отличие от селективных цементограмм СГДТ-НВ, отражающих результат поочередного опроса всех шести детекторов в процессе движения прибора по стволу скважины, селективные цементограммы Селі-Сел 6 КСП «ВАРТА» отражают результаты измерений интенсивности рассеянного гамма-излучения каждым детектором по всему стволу скважины, т.е. объем полученной информации многократно возрастает. Для оценки дополнительных методических возможностей большого объема поступившей информации проанализируем ее для рассматриваемого интервала. Значения интенсивностей гамма-излучения для отдельных точек и в УПТП-2 со= 1945 кг/м представлены в табл,5.1.
При существующей методике измерений для определения эксцентриситета колонны привлекаются абсолютные скорости счета по каналам, при этом значении Jmjn и Jraax относятся к разным детекторам. Однако, как следует из результатов измерений на УПТП-2 (табл.5.1), имеет место вариация скоростей счета, зарегистрированных разными детекторами, до 20% при неизменной плотности вещества в затрубном пространстве (1945 кг/м3), обусловленная различием в эффективности детекторов. Эта погрешность эквивалента эксцентриситету до 0,3 или смещению колонны до 10 мм.
Различие в эффективности детекторов при существующей методике может привести к регистрации дефектов в цементном камне там, где их нет и пропуску действительных. Действительно, значение Jmax, используемое для этой цели, может быть обусловлено просто высокой эффективностью детектора, а не наличием каналов в цементном камне.
