• Контакты
  • История
  • Особенности
  • Возможности
  • Применение
  • Интересные факты
  • Состав комплекса
  • Вагон - дом
  • ЗИС
  • Устройства для мобильных
    буровых установок
  • Система видеонаблюдения
  • РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ СБОРА ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ДАННЫХ О ПРОЦЕССЕ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН ГЕОТЕК
           Аппаратно-программный комплекс сбора обработки и анализа данных о процессе строительства скважин ГЕОТЕК. Успешное строительство скважин в сложных горно-геологических условиях, поисковых и разведочных скважин, наклонно-направленных скважин с большими отходами и горизонтальных скважин невозможно без эффективного информационного обеспечения процесса бурения. Для получения информации о процессе бурения используются комплексы по сбору, обработке и анализу данных о процессе бурения скважин.

           Разработка первого в России (тогда СССР) варианта компьютеризированного комплекса по сбору и обработке данных о процессе бурения скважин на базе персональной электронно-вычислительной машины была начата в г. Саратове Воробьевым Владимиром Анатольевичем в 1990 г. Постановку задачи и разработку технического задания осуществляли Островский Юрий Иосифович и Кузьмин Владимир Васильевич. В 1991 г. были изготовлены 4 комплекса. В качестве базового компьютера комплекса использовалась единственная выпускаемая в то время отечественная персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ) "Электроника МС-0585". На начальной стадии работ выявились низкое качество изготовления входящих в ПЭВМ блоков и их плохая сборка. Поэтому после закупки компьютеров был произведен отбор наиболее работоспособных блоков и их повторная сборка. Благодаря этому ПЭВМ могли работать в круглосуточном режиме. Несомненным достоинством ПЭВМ "Электроника МС-0585" была применявшаяся на них операционная система реального времени RT-11.

    РИСУНОК        Комплекс включал в себя микропроцессорное устройство преобразования сигналов датчиков технологических параметров бурения в цифровой сигнал для ввода в ЭВМ, ПЭВМ "Электроника МС-0585" и программное обеспечение для сбора, обработки, хранения и вывода информации о процессе бурения скважин на дисплей и принтер в функции времени и глубины. Помимо автоматического сбора информации датчиков технологических параметров бурения программное обеспечение комплекса позволяло вводить с клавиатуры данные геологических исследований шлама и керна. Изготовление устройства преобразования сигналов на одном из оборонных предприятий г. Саратова с использованием передовых технологий позволило выполнить его в виде, обеспечивающем его работу непосредственно на буровой. Устройство преобразования сигналов производило преобразование сигналов 32 аналоговых и 8 частотных датчиков технологических параметров бурения и передачу полученной информации в компьютер по двухпроводной линии связи (до 200 м). В качестве датчиков технологических параметров бурения могли быть использованы любые аналоговые и частотные датчики. В основном использовались датчики системы СКУБ.


    РИСУНОК        В 1993 г. в инициативном порядке Воробьевым Владимиром Анатольевичем и Воробьевым Анатолием Ивановичем был разработан и изготовлен опытный образец хроматографа с микропроцессорным управлением. Применявшийся ранее при контроле процесса бурения хроматографа ХГ-1Г имел релейное управление, и в нем в качестве детектора использовался пламенно-ионизационный детектор (ПИД), для питания которого использовался водород, вырабатываемый генератором водорода. В отличие от него в новом хроматографе были применены самые современные адсорбционно-полупроводниковые детекторы. Это позволило значительно повысить надежность прибора и упростить процесс его эксплуатации. Данный хроматограф показал хорошую стабильность и имел достаточно высокие технические характеристики: предел обнаружения (по пропану) 0.0001абс. проц, продолжительность цикла анализа смеси Н2, С1, С2, - 1.5мин., Н2, С1,С2,С3, Сi4, Cn4, Ci5, Cn5 - 3мин., Н2, С1,С2,С3, Сi4, Cn4, Ci5, Cn5, Ci6, Cn6 - 5мин., время выхода на режим не более 45мин.

           В это же время было разработано и изготовлено устройство согласования сигналов, позволяющее подключать к ПЭВМ четыре микропроцессорных устройства. Оно было включено в комплекс и обеспечило одновременное подключение к ПЭВМ устройства преобразования сигналов датчиков технологических параметров бурения и хроматографа. Таким образом, информация, получаемая комплексом, была дополнена данными газового каротажа. Опытная эксплуатация комплексов осуществлялась в районах Саратовского Поволжья и Западной Сибири. В Западной Сибири комплексы использовались совместно с забойными инклинометрическими телесистемами, получая через устройство согласования сигналов в реальном времени информацию забойной инклинометри, обрабатывая и записывая ее в базу данных.



           Появление в России в достаточном количестве и по приемлемым ценам ПЭВМ IBM PC, более совершенных чем Электроника МС-0585, и русифицированной версии системного программного обеспечения Microsoft WINDOWS позволило разработать новый вариант комплекса на их основе. Работы велись под руководством Воробьева Владимира Анатольевича. Новый комплекс разрабатывался для использования в Западно-Сибирском регионе совместно с забойными инклинометрическими телестстемами ЗИС-4 при информационном обеспечении процесса бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Быстрому переходу на новую компьютерную базу способствовало то, что программное обеспечение комплекса было выполнено на языке программирования высокого уровня - "С++". Заново пришлось разрабатывать только устройство согласования сигналов. РИСУНОК

           Для обеспечения приемлемой скорости обработки, просмотра и печати данных на первых ПЭВМ IBM PC (модель 286), имеющих низкую производительность и малую емкость жестких дисков, при разработке ПО комплекса применялись специализированные подходы к предварительной обработке сигналов датчиков с целью сокращения физического объема данных без потери их информативности и была обеспечена рациональность построения базы данных. Благодаря такому подходу удалось добиться того, что информация о процессе бурения скважины за месячный период (включая повременную) занимала не более 150 – 200 МБ на жестком диске. РИСУНОК

           Работа комплекса непосредственно в операционной системе Microsoft WINDOWS (а не в симуляторе DOS, как это реализовывалось то время в аналогичных комплексах других отечественных производителей) обеспечивала одновременное выполнение нескольких прикладных программ и что позволяет, к примеру, производить просмотр и распечатку информации по любой из скважин, данные по которой имеются в базе данных, в процессе приема, отображения и обработки информации по текущей скважине в реальном масштабе времени.

           Основные трудности при внедрении новой техники обычно связаны с процессом ее освоения обслуживающим персоналом. В то время основная масса операторов вообще не имела опыта общения с ПЭВМ. Поэтому, при разработке программного обеспечения нового комплекса основное внимание было уделено обеспечению простоты и удобства работы с ним. Для этого были использованы все преимущества системного программного обеспечения Microsoft WINDOWS. В результате операторы, ранее работавшие на аналоговых комплексах контроля параметров бурения, осваивали комплекс ГЕОТЕК не более чем за месяц работы.

           Новый вариант комплекса впервые был запущен в эксплуатацию в июле 1995 года. Им были оснащены производственные подразделения отделения информационного обеспечения ОАО "СпецУБР" г. Нижневартовск.

           В середине 90-х годов в России отсутствовали серийно выпускаемые датчики технологических параметров бурения. Производство единственного в бывшем СССР серийно выпускаемого на Украине комплекта датчиков системы СКУБ было прекращено. Это вынуждало организации, эксплуатирующие комплексы контроля процесса бурения, приспосабливать для получения данных о технологических параметрах бурения самые различные первичные преобразователи. Использование подобных кустарно изготовленных датчиков снижало достоверность получаемых данных, информативность и эффективность исследований процесса бурения. Часть технологических параметров оставалась вне круга исследований из-за их специфичности и невозможности приспособления для получения информации о них первичных преобразователей из других областей техники.

    Такая ситуация вынудила разработчиков комплекса ГЕОТЕК заняться разработкой и налаживанием промышленного производства датчиков технологических параметров бурения. За четыре года были разработаны и запущены в мелкосерийное производство практически все датчики технологических параметров бурения:
           Для питания датчиков технологических параметров бурения был разработан блок питания, обеспечивающий нормальное питание датчиков при значительных колебаниях напряжения и частоты питания буровой установки. РИСУНОК

           Для монтажа на буровой, подключения к промышленной сети электропитания, защиты от внешних воздействий блока питания и устройства преобразования и обработки сигналов датчиков, а так же для их коммутации с датчиками технологических параметров и линией подключения к ПЭВМ разработан и включен в состав комплекса специальный распределительный щит.

           Для отображения информации комплекса на буровой было разработано цифровое табло отображения информации на рабочем месте бурильщика. РИСУНОК

           В 1996 году был разработан новый вариант хроматографа с микропроцессорным управлением, определяющий в газовых смесях компонентное содержание водорода и ряда углеводородных газов от метана до пентана за полторы минуты. Значительно была упрощена газовая схема прибора, что обеспечило повышение надежности и стабильности его работы.

           Для информационного сопровождения разведочного бурения в комплекс было включено оборудование для геологических исследований, включающее приспособления для отбора проб шлама и их подготовки к исследованиям, приборы и устройства, обеспечивающие проведение комплекса исследований проб шлама и образцов керна, средства обеспечения безопасных условий проведения работ. Ряд оригинальных устройств и приборов, ускоряющих выполнение отдельных операций отбора и анализа проб шлама, обеспечивает эффективное проведение исследований даже в условиях высоких скоростей бурения скважин в Западной Сибири.

           В процессе эксплуатации комплекса и работ по расширению его аппаратурного состава велось постоянное совершенствование программного обеспечения.

    В результате этих работ в 1997 году был сформирован полный вариант аппаратно-программного комплекса ГЕОТЕК, который обеспечивал:
           Технологическая, геологическая и инклинометрическая информация комплекса ГЕОТЕК отображается на дисплее ПЭВМ в виде графических и табличных форм в функции времени и глубины, суточных, рейсовых рапортов, таблиц технико-экономических показателей и выводится на печать на цветной принтер.

           Программа просмотра информации и ее вывода из базы данных на печать REPORT может выполняться как в составе программного обеспечения комплекса ГЕОТЕК, так и самостоятельно, что позволяет заказчику иметь и работать со всем объемом информации у себя в офисе.

           Масштабы графического отображения информации 1:200, 1:500 в функции глубины и 60, 120, 240, 480 мм/час в функции времени. Диапазон и ширина полей отображения параметров в графических формах выбираются оператором произвольно в процессе отображения. По желанию заказчика разработаны специальные формы представления информации. Обеспечено преобразование информации в LAS формат для ее использования совместно с данными каротажа в системах интерпретации ГИС.

           При разработке программного обеспечения комплекса были использованы новейшие инструментальные программные средства.

           Было разработано ПО, которое на основе данных измерений параметров бурения автоматически подразделяет процесс на отдельные операции и протоколирует его в виде электронного журнала бурения, формирует рейсовые и суточные отчеты о процессе бурения скважин, составляет баланс времени строительства скважины, объединенную сводку показателей и средних технологических параметров бурения. Благодаря наличию предварительной обработке сигналов датчиков и рациональному построению базы данных информация о процессе бурения за месячный период (включая повременную) занимает не более 150 – 200 МБ на жестком диске, что при архивировании составляет 13-16 МБ.

           Относительно небольшой объем информации а позволил передавать данные удаленным пользователям с помощью модема или других стандартных средств межкомпьютерной связи. С 1997 года вся информации комплекса передается удаленным пользователям. Для передачи данных первоначально использовались терминалы спутниковой связи INMARSAT, а позднее – GLOBALSTAR и средства мобильной связи.

           Комплексы ГЕОТЕК применялись при информационном сопровождении наклонно-направленного бурения совместно с забойными инклинометрическими телестстемами ЗИС-4, разведочного бурения и бурения вторых стволов малого диаметра в эксплуатационных скважинах старого фонда, когда в состав комплекса включается оборудование геологических исследований проб шлама и образцов керна горной породы.

    Использование комплекса обеспечивало:
           Материалы исследований процесса бурения, полученные при помощи комплекса ГЕОТЕК, по завершенным скважинам сдавались заказчику на магнитных носителях, что позволило отказаться от бумажных форм представления информации. Оперативная информация в виде суточных и рейсовых отчетов, формируемых программным обеспечением комплекса ГЕОТЕК на основе данных датчиков технологических параметров бурения, передавалась в офис заказчика по каналам спутниковой или мобильной связи.

           С целью повышения достоверности информационного обеспечения процесса бурения скважин разработчики комплекса ГЕОТЕК постоянно совершенствовали датчики технологических параметров бурения, повышая их надежность и точность. Наиболее рациональным и общепринятым путем повышения точности и надежности датчиков является включение в их конструкцию микропроцессорного преобразователя сигнала. Именно этим путем пошли разработчики комплекса. При этом значительно уменьшились размеры датчиков и их энергопотребление.

           Широкое применение в датчиках технологических параметров бурения микропроцессорной техники предопределило следующий этап развития комплекса ГЕОТЕК - объединение устройств комплекса в сеть, где управление и обмен информацией осуществляется по двухпроводной линии связи.

           С 1999 года выпускается сетевой вариант комплекса. Он так же разработан под руководством Воробьева Владимира Анатольевича. В настоящее время этот вариант комплекса ГЕОТЕК - единственная в России информационная система сбора данных о процессе строительства скважин, в которой все входящие в нее устройства, включая датчики технологических параметров бурения, выполнены в виде микропроцессорных устройств, объединенных в сеть стандарта EIA RS-485. Работой этих устройств управляет, установленное на них прикладное программное обеспечение. Устройства включаются в сеть последовательно с использованием специального кабеля, по которому осуществляется обмен данными между устройствами и их питание. Прикладное программное обеспечение и все настройки устройств записаны в их внутренней энергонезависимой памяти. В случае неудобства включения устройств комплекса ГЕОТЕК в сеть в виде одной линии последовательных соединений в нее после устройства согласования включается концентратор, обеспечивающий подключение к сети устройств комплекса четырех линий последовательных соединений. Работой сети управляет прикладное программное обеспечение, установленное на базовый компьютер.

           Датчики комплекса – интеллектуальные. Имя датчика, его заводской номер, прикладное программное обеспечение, результаты настройки и калибровки записаны в их внутренней энергонезависимой памяти. Выходным сигналом датчика является цифровое значение текущей физической величины измеряемого параметра. При подключении к комплексу они автоматически опознаются системой и не требуют настройки.

           Такая конфигурация комплекса соответствует современным представлениям о системах информационного обеспечения технологических промышленных процессов. Она позволяет значительно расширить возможности по управлению, настройке и диагностике состояния входящих в комплекс устройств.

           Зачастую комплекс совместно с забойными телеистемами используется при бурении отдельных интервалов стволов скважин - «наборов кривизны» и «исправлений профиля», что требует частого монтажа и демонтажа датчиков. Поэтому датчики комплекса выполнены сравнительно легкими, и при их разработке большое внимание уделено обеспечению удобства установки и демонтажа. Монтаж датчиков комплекса на буровой одним человеком занимает несколько часов.

           Ряд устройств, входящих в аппаратное обеспечение комплекса ГЕОТЕК, таких как хроматограф, анализатор суммарного содержания углеводородных газов в буровом растворе, датчик плотности бурового раствора, датчик удельного сопротивления бурового раствора, ультразвуковой датчик уровня бурового раствора в емкостях, датчик момента на роторе с механическим приводом не имеют аналогов в России по своим техническим и эксплуатационным характеристикам.

           С 2000 года выпускается новый вариант хроматографа, в котором применены разделительные колонки низкого давления. Это позволило отказаться от использования в качестве источника газа-носителя отдельного громоздкого блока подготовки воздуха, заменив его микрокомпрессором, включенным в конструкцию самого хроматографа.

           Комплекс осуществлял информационное обеспечения успешного решения всего объема геологических и технологических задач, возникающих в процессе строительства скважины. Но наибольшее широкое применение в начале 2000-х годов он нашел при информационном обеспечении процесса бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин с использованием забойных инклинометрических телестстем, благодаря тому, что помимо получения информации о технологических параметрах бурения, геологической информации, обработки и хранения этих данных, в комплексе предусмотрен прием, хранение, фильтрация данных телесистемы, построение по ним профиля скважины, определение текущего положения забоя скважины в пространстве, относительно проектной точки входа в пласт и близлежащих стволов пробуренных скважин.

           Помимо решения оперативных задач управления процессом строительства скважины на основе сбора и обработки геолого-технологической информации, комплекс ГЕОТЕК - единственная в России система, которая автоматически по данным датчиков технологических параметров бурения распознает и протоколирует производимые в процессе бурения операции, ведёт электронный журнал бурения, автоматически формирует рейсовые и суточные отчеты, составляет баланс времени строительства скважины, объединенную сводку показателей и средних технологических параметров бурения.

    Программное обеспечение комплекса состоит из системы сбора и обработки информации комплекса на буровой, системы передачи информации и банка данных. Система сбора и обработки информации комплекса на буровой включает всего четыре программы:        Все эти программы имеют возможностью работы с данными комплекса по сети.

           Настройки требует только программа приема данных. Она настраивается на объект исследований (скважину). Настройка упрощена на столько, что ее может осуществить оператор среднего уровня подготовки.

           При включении в комплекс аппаратуры геологического модуля его программное обеспечение добавляется в систему сбора и обработки информации.

    В комплексе ГЕОТЕК решен вопрос передачи любой выборки информации о процессе строительства скважины на удаленные компьютеры с использованием стандартных устройств межкомпьютерной связи. Наиболее широко используется оперативная передача всего объема технологической, газометрической, геологической информации (включая цифровые графические образы проб шлама и образцов керна), данных инклинометрии и технико-экономической информации (включая суточные и рейсовые рапорта):
           Прикладное программное обеспечение приема данных, установленное у удаленного пользователя, принимает переданную информацию и автоматически формирует на удаленном компьютере банк данных.

           Разработчики комплекса постоянно совершенствуют методы и приемы геологических исследований проб шлама горной породы и образцов керна. Ими разработана оригинальная методика люминесцентно битумного анализа вертикальных капиллярных вытяжек битумоидов из проб горной породы. Для реализации этой методики разработан цифровой сканер, с помощью которого картины капиллярных вытяжек, люминесцирующих в ультрафиолетовом освещении, преобразуются в цифровые образы. Эти образы анализируются и записываются в базу данных. В результате анализа образов капиллярных вытяжек определяется удельное количество битумоидов в горной породе и оценивается их качество (относительное содержание легких, масляных, смолистых и асфальтеновых битумоидов). Сканирование образов непосредственно на буровой сразу после их получения позволяет исключить основной недостаток метода люминесцентно битумного анализа вертикальных капиллярных вытяжек битумоидов из проб горной породы - быстрое "старение" вытяжек в результате испарения битумоидов. Данный метод позволяет определять характер насыщения пород, вскрываемых бурением даже в условиях добавок нефти в буровой раствор.

    В 2001 году завершены работы по созданию сетевого компьютеризированного рабочего места геолога, в состав которого вошел ряд микропроцессорных устройства:
           Разработчики комплекса постоянно работают на уменьшением значений массо - габаритных характеристик входящих в него устройств и снижением их энергопотребления. В результате все оборудование комплекса (включая геологическое оборудование и ЗИП) помещается в 8 - 9 ударопрочных пылевлагонепроницаемых ящиков (7-8 мест 860?550?435 и 1 место 2100?350?100 общей массой не более 350 кг при массе одного места не более 50 кг). Для его развертывания на скважине достаточно наличия любого помещения, обеспечивающего нормальные условия окружающей среды. Потребляемая комплексом мощность от сети питания переменным током напряжением 220В не превышает 300 Вт.

           В настоящее время основным направлением развития комплекса является совершенствование его программного обеспечения с целью расширения круга оперативных задач, решаемых автоматически без участия оператора, и улучшения возможностей по отображению получаемой информации.

           Для обеспечения более компактного хранения данных комплекса, быстрого и удобного доступа к ним, проведения сопоставлений и выявления функциональных взаимосвязей в 2002 году создан банк данных информации комплекса ГЕОТЕК. Инструментарий банка данных позволяет производить любые выборки данных, осуществлять их сравнительный анализ, выявлять статистические взаимосвязи с целью оптимизации процесса строительства скважин и определения критериев реализации различных методов литолого-стратиграфического расчленения разреза скважин и определения характера насыщения, вскрываемых бурением отложений, по комплексу технико – технологических параметров бурения. В банке данных реализован импорт-экспорт данных каротажа (ГИС) в LAS – формате. Структура банка данных легко модифицируется, дополняется и может служить основой для создания единого банка данных производства работ бурового предприятия или нефтедобывающей фирмы, куда помимо банка технико-технологических и геологических данных о бурении скважины могут быть включены банки данных о вышкостроении, обустройстве, креплении, освоении, материально-техническом снабжении, планово-экономических характеристиках и т. п.

           Комплекс постоянно совершенствуется в соответствии с развитием общих представлений о системах информационного обеспечения промышленных технологических процессов и изменением требований к комплексам контроля процесса бурения скважин. Он показал себя как надежная, простая в освоении и эксплуатации система информационного обеспечения процесса строительства скважин, которая позволяет эффективно управлять этим процессом и служит основой для создания единой информационно - аналитической системы производства работ по строительству скважин.