К оглавлению

В настоящее время в геофизических производственных организациях РФ и других стран СНГ эксплуатируется большое количество каротажных лабораторий и станций, оснащенных оборудованием для цифровой регистрации данных каротажа. В таблице 1 представлен перечень лабораторий и станций, выпущенных в РФ в различные годы. Перечисленными станциями этот список не исчерпан, так как на базах геофизических предприятий с помощью отдельно выпускаемых регистраторов (МКС-САМОТЛОР, ПВК, ПЛАСТ-5, КИУ) была проведена модернизация серийных аналоговых лабораторий ЛКС-7АУ-03. Перечисленные лаборатории обладают различными функциональными возможностями и по-разному вписываются в полный цикл компьютерной технологии геофизического предприятия. Поэтому потребители геофизической техники должны четко представлять отличия лабораторий и станций по структуре и их классификацию в зависимости от типа применяемого в них регистратора.

Рассматривая структуру каротажных лабораторий, можно заметить, что вне зависимости от области их применения они состоят из определенного набора подсистем:

• подсистемы сбора геофизической информации, предназначенной для выделения и разделения по регистрирующим каналам измерительной информации, поступающей по кабелю от скважинных приборов; типичными представителями этой подсистемы являются геофизические измерительные пульты;
• подсистемы регистрации и визуализации, которая включает в себя средства, необходимые для автоматической регистрации данных, получаемых от подсистемы сбора геофизической информации, и их визуализации с целью контроля качества регистрации;
• подсистемы питания и управления, осуществляющей питание скважинных приборов и управление работой исполнительных механизмов (двигателей постоянного и переменного тока, переключателей и т. п.);
• подсистемы контроля за спуско-подъемными операциями, предназначенной для обеспечения синхронизации работы регистрирующих средств лаборатории с движением прибора в скважине и определения параметров этого движения (глубины, скорости, натяжения кабеля);
• подсистемы силового питания, осуществляющей питание оборудования лаборатории стабилизированным напряжением промышленной частоты.

На рис. 1 приведена структура каротажной информационно-измерительной системы, применяемой для работы с парком аналоговых скважинных приборов.

Приведенная структурная классификация подсистем каротажной лаборатории позволяет выделить взаимосвязанные, но независимые подсистемы (классы) и проследить их модификацию по мере изменения функций, выполняемых системой.

Центральным иерархическим звеном в этой структуре является подсистема регистрации и визуализации. В таблице 2 приведен перечень каротажных регистраторов, которые используются при производстве и модернизации каротажных лабораторий и станций. Анализ представителей этой подсистемы позволяет выделить типовую иерархию в ряду применяемых регистраторов.

В первую очередь, они разделяются по способу представления каротажных данных на аналоговые и цифровые. Цифровые данные, в свою очередь, можно разделить на исходные цифровые данные первичных измеряемых сигналов на магнитной ленте (ТРИАС, СКР, ПВК, ПЛАСТ-5, САМОТЛОР) и данные в физических величинах на магнитных дисках и лентах, отредактированные по глубине и амплитуде (КИУ, КАРАТ-2, КАРАТ-П) в форматах LAS, LIS. Т.е., по способу представления данных регистраторы делятся на цифровые (ТРИАС, СКР, САМОТЛОР, ПВК, ПЛАСТ-5) и компьютеризованные (КИУ, КАРАТ). Эти две группы регистраторов подразделяются также по способу управления данными и возможностям предварительной обработки данных каротажа на регистраторы:

• с функциональным управлением;
• с интерактивным управлением.

Первая группа регистраторов является цифровыми автоматами, несмотря на то, что некоторые из них выполнены с использованием микро-ЭВМ. Программное обеспечение в них, как правило, записано в ППЗУ, и его изменение может произвести только разработчик. Управление ведется с помощью набора функциональных переключателей или клавиш в строго определенной последовательности.

Вторая группа выполнена на серийных микро-ЭВМ со стандартными операционными системами и имеет несколько носителей магнитной записи. Управление происходит в диалоговом режиме с использованием системы “меню”. Любой пользователь в регистраторах этого типа теоретически может применять свою собственную программную поддержку, поэтому эту группу регистраторов называют компьютеризованными.

Применение цифровых или компьютеризованных регистраторов не накладывает никаких специальных дополнительных требований к остальным подсистемам каротажной лаборатории или станции. Технология работы оператора на скважине практически не изменилась по сравнению с аналоговой лабораторией.

Геофизические производственные организации при формировании каротажной информационно-измерительной системы находятся в сложном положении как при выборе того или иного регистратора, так и при подборе комплекса скважинных приборов. Поэтому становится очень важным найти критерии оценки эффективности применения каротажных регистрирующих систем. Эти критерии возможно найти только на основе системного анализа всей технологии проведения каротажа. Системный анализ предполагает рассмотрение с единых позиций всей совокупности методических, технических, технологических, программных средств для решения определенной задачи, в частности, проведения всего комплекса ГИС. При этом должна быть сформулирована как целевая функция, так и критерии оптимизации целевой функции.

Целевой функцией при разработке современной каротажной информационно-измерительной системы фактически являются ее показатели назначения:

• проведение всего комплекса технических и технологических мероприятий для обеспечения геофизических исследований скважин;
• обеспечение повышения потребительских свойств выдаваемой информации (полнота, достоверность, точность, уровень оформления, сроки получения);
• исключение ручного труда при обработке результатов измерений, контроле за работоспособностью и метрологическими характеристиками;
• повышение геологической эффективности проводимых исследований.

Поэтому, в первую очередь, необходимо сформулировать список всех функций, которые должна выполнять современная каротажная информационно-измерительная система. Для количественной оценки необходимо каждой из функций присвоить весовой коэффициент. К сожалению, это возможно сделать только на уровне экспертных оценок. Для того, чтобы обеспечить монотонность зависимости функционального развития, эти коэффициенты должны быть равномерны и только в случаях, когда введение новой функции приводит к качественному изменению системы, коэффициенты могут быть повышены.

Современная информационно-измерительная система ГИС должна реализовать следующие функции (в скобках приведены экспертные весовые коэффициенты, определяющие степень значимости каждой из функций):

• сбор информации и запись на магнитный носитель (1), в т.ч. динамических сигналов АК и ИНК (+1), в международных форматах записи (+1);
• эталонировку (градуировку) первичных преобразователей (зондов скважинных приборов) и хранение данных до момента, определяемого регламентом метрологических работ (1);
• калибровку скважинных приборов непосредственно на скважине и хранение ее значений до момента, определяемого регламентом проведения скважинных измерений (1);
• организацию взаимодействия с оператором в интерактивном режиме (1), в т.ч. для формирования образа “нового” скважинного прибора (+1) и параметров визуализации (+1);
• визуализацию информации в удобном для оператора виде (1), в т.ч. на цветном графическом дисплее (+1) в многооконном режиме (+1);
• редактирование полученной информации по глубинам (1) и амплитудам (+1);
• документирование результатов работ на бумажном носителе с помощью плоттера или принтера (1) в физических величинах (+1), построение сводных диаграмм (+1) в международных форматах (+1);
• предварительную обработку материалов измерений с целью определения качества работ по сопоставлению двух замеров в одном интервале (1), с целью получения геофизических параметров (+2), комплексную обработку результатов, полученных сборкой цифровых скважинных приборов (+3);
• организацию многозадачного режима работы системы в реальном масштабе времени (3);
• управление техническими средствами измерений (цифровыми скважинными сборками) (+3);
• контроль за вспомогательным технологическим оборудованием,
• обеспечивающим режимы измерений (1);
• контроль за проведением спуско-подъемных операций, в т.ч. коррекцию глубины по магнитным меткам (1), регистрацию натяжения кабеля (+1), внесение поправки на растяжение кабеля с целью определения истинной глубины (+1);
• обмен информацией с системами верхнего уровня (АРМ-геофизика-интерпретатора, АРМ-метролога и т. д.) (1);
• организацию базы данных по спуско-подъему, скважине, группе скважин (1);
• хранение справочных данных (1);
• организацию контрольно-диагностического и учебного режимов работы системы (1).

С этих позиций проведем анализ имеющегося парка разработок каротажных регистраторов и станций и определим этапы их развития.

На рис. 2 представлена диаграмма функционального развития каротажных информационно-измерительных систем. Для каждого регистратора были просуммированы экспертные весовые коэффициенты вьшолняемых ими функций; регистраторы расставлены по степени увеличения суммы баллов. Как видно из рисунка, функциональное развитие каротажных систем происходило в несколько этапов. Первый скачок в функциональном развитии произошел при переходе от цифровых автоматов (АЦРК, НО-78, ТРИАС) к цифровым регистраторам с микропроцессорным управлением (СКР-1МС, МКС-САМОТЛОР). Одноуровневые компьютеризованные регистраторы (ПВК, ПЛАСТ-5, ГЕОФИТ) являются паллиативными решениями и не позволили существенно продвинуться вперед.

Дальнейшее развитие происходило по нескольким направлениям (КИУ-3М, НЕОГЕН):

• отказа от применения микропроцессорных (СКР, МКС-САМОТЛОР) и микро-ЭВМ (ГЕОФИТ) собственных разработок и перехода к серийно-выпускаемым промышленностью средствам вычислительной техники;

• увеличения вычислительной мощности применяемых микро-ЭВМ;
• внедрения стандартных операционных систем;
• применения многомашинных (двухуровневых) комплексов.

Использование многомашинных комплексов и нескольких НМЛ позволило при весьма ограниченных ресурсах каждой микро-ЭВМ распределить между ними выполняемые функции и, тем самым, увеличить количество решаемых ими задач. При этом существенно упрощается алгоритм функционирования каждой из подсистем каротажного регистратора, т.к. в реальном масштабе времени возможна организация работы по циклу.

Четвертый этап развития характеризуется переходом к работе с цифровыми сборками комплексных скважинных приборов (КИУ-4, СКС-5Ц).

Последний, современный этап ознаменовался переходом к индустриальным персональным компьютерам (КАРАТ-2, КАРАТ-П) и сборкам цифровых программно-управляемых скважинных приборов. Применение достаточно мощной микро-ЭВМ типа IBM-PC (386/486) с развитой системой программной поддержки позволяет существенно поднять уровень программно-методического обеспечения и осуществить переход к завершенной компьютерной технологии ГИС. Переход к производству и внедрению цифровых скважинных приборов, которые с помощью универсальной магистральной скважинной телеметрии могут собираться в сборки, в принципе изменяет структуру каротажной лаборатории. Микро-ЭВМ регистратора становится центральным управляющим звеном системы, а скважинные приборы и все подсистемы каротажной лаборатории - внешними устройствами по отношению к этой управляющей ЭВМ. Поэтому в системах такого типа необходимо говорить не о регистраторе или о скважинных приборах, а о программо-управляемой информационно-измерительной системе в целом. Структурная схема такой системы приведена на рис. 3 . В ней отсутствует подсистема сбора геофизической информации. Управляющая ЭВМ непосредственно по кабельному интерфейсу обращается к регистрам зондов скважинных приборов. Ко всем подсистемам лаборатории предъявляются специальные требования. Для осуществления контроля и управления системой необходимо, чтобы все элементы этой системы имели регистры управления и состояния, т.е. все подсистемы должны быть программно-управляемыми или, по крайней мере, программно-контролируемыми.

Оператор осуществляет связь со скважинными приборами и подсистемами каротажной лаборатории посредством управляющей ЭВМ.

Представителем такой системы является программно-управляемая цифровая система КАРАТ-П, в состав которой входят сборка приборов радиоактивного каротажа РКП (ГК+2ГГКП+2ННК), сборка АК-П + ИК-П + К-П и сборка электрического каротажа ЭК-П, которые работают под управлением наземного измерительно-управляющего комплекса КАРАТ.

Такие же принципы заложены в станцию СКС-5Ц с системой скважинных приборов для обсаженной скважины ВАРТА.

Применение программно-управляемой каротажной информационно-измерительной системы позволяет перейти на качественно новый уровень компьютерной технологии и существенно поднять как производительность системы, так и ее геологическую эффективность.

На рис. 4 представлена схема прохождения каротажных данных в полной компьютерной технологии геофизического предприятия. Этот рисунок иллюстрирует, как соотносятся различные регистрирующие системы и информационно-обрабатывающая система предприятия.

Каротажные информационно-измерительные системы разделены на два подкласса:

• цифровые программно-управляемые информационно-измерительные системы;
• аналоговые информационно-измерительные системы с регистрацией различного типа (аналоговой, цифровой или компьютеризованной).

Проведенный структурный и типовой анализ каротажных информационно-измерительных систем позволяет сделать важные практические выводы:

• на данном этапе развития геофизической техники нецелесообразно развивать любые из подсистем в аналоговой информационно-измерительной системе, так как имеется достаточно много паллиативных решений, которые позволяют проводить практическую работу;
• необходимо обеспечить развитие цифровых программно-управляемых систем в направлении совершенствования связок цифровых скважинных приборов и всех подсистем каротажной лаборатории, а также программно-методического обеспечения, направленного не только на регистрацию данных, но и на управление процессом измерений и предварительной обработки. Только с помощью этих систем возможно перейти на качественно новый этап компьютерной технологии геофизического предприятия.

Таблица 1

ПЕРЕЧЕНЬ КАРОТАЖНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ И СТАНЦИЙ

РЕГИСТРАТОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И МОДЕРНИЗАЦИИ КАРОТАЖНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ И СТАНЦИЙ

Рис. 1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АНАЛОГОВОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.

Рис. 2. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ КАРОТАЖНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.

1 - АЦРК, 2 - НО-78, 3 - ТРИАС, 4 - СКР-1МС, 5 - МКС-САМОТЛОР, 6 - ГЕОФИТ, 7 - ПЛАСТ-5, 8 - ПВК, 9 - КИУ-3М, 10 - НЕОГЕН, 11 - КИУ-4, 12- CKC-5Ц, 13 - КАРАТ-2, 14 - КАРАТ-П, 15 - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ОБРАЗЕЦ. I, II, III, IV, V - этапы развития каротажных информационно-измерительных систем.

Рис. 3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОЙ ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМОЙ КАРОТАЖНОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ,

Рис. 4. СХЕМА ПРОХОЖДЕНИЯ КАРОТАЖНЫХ ДАННЫХ