Выносной пункт сбора и предварительной обработки информации
1. Назначение
1.1 Выносной пункт сбора (рис. 9.91) предназначен для работы в составе компьютеризированной станции геолого-технологических исследований и выполняет следующие функции:
— прием и обработку информации от аналоговых и цифровых датчиков;
— обеспечение электропитанием датчиков и других составных
частей системы; /
— обеспечение связи с главным компьютером системы по радиоканалу и/или кабельной связи;
— обеспечение связи по кабельной линии с другими контроллерами системы.
Изделие также обеспечивает связь по технологическому (RS-232) каналу с компьютером IBM PC для проведения анализа программ с помощью эмулятора PREM 51.
2. Технические характеристики
2.1. Количество датчиков, подключаемых к ВПС:
— пять групп гальванически развязанных входов по три канала в каждой группе;
— два канала для подключения цифровых датчиков с интерфейсом типа общая шина 118-435 (позволяющие подключать практически неограниченное количество датчиков);
2.2. Характеристика аналоговых каналов:
— токовый выход датчика — 4—20 мА;
— точность аналого-цифрового преобразования — не хуже 0,05%;
— разрешающая способность — 12 двоичных разрядов;
2.3. Канал связи с компьютеризированной станцией:
— цифровой радиоканал с амплитудной манипуляцией на частоте 145,2 МГц;
— мощность передающего тракта не более 100 мВт;
— цифровой кабельный канал;
— дальность связи до 300 м;
2.4. Напряжение питания от источника
переменного напряжения………………………………………………………. 220 В;
2.5. Потребляемая мощность, не более 70 Вт;
2.6. Масса 7,5 кг;
2.7. Диапазон рабочих температур -40 + +50°С;
2.8. Габаритные размеры 150x450x350 мм
3. Комплектность
3.1. Выносной пункт сбора 1 шт.
3.2. Комплект документации 1 шт.
3.3. Модем связи с компьютеризированной станцией… 1 шт.
3.4. Антенна с кабелем 2 шт.
4. Устройство и принцип работы
4.1. Структурная схема ВПС приведена на рис. 9.92. Выносной блок системы сбора и обработки устанавливается непосредственно на буровой установке и включает в себя:
— процессорный модуль;
— адаптер трансформаторных линий связи; радиомодем (встраиваемый вариант);
— аналого-цифровой преобразователь;
— порт приема информации от цифровых датчиков (цифровой порт);
Термостет Рис. 9.92. Выносной пункт сбора информации. Структурная схема |
— порт приема информации от аналоговых датчиков (аналоговый порт);
— источник вторичного электропитания (ИВЭП);
— — система терморегулирования (ТР).
Процессорный модуль реализован на базе микроконтроллера 80С32 фирмы ШТЕЬ (тактовая частота 11,059 МГц), ОЗУ объемом 8К и ППЗУ объемом 2К (в панельке). Работа с четырьмя различными каналами связи (см. выше) достигается путем переключения сигналов последовательного порта м/к 80С32 внешним мультиплексором (разделение каналов по времени).
4.2. Адаптер трансформаторных линий (ТЛ) обеспечивает возможность подключения к внешнему блоку двух ТЛ. Каждый ТЛ представляет собой витую пару проводе^ длиной до 300 м; к каждой ТЛ возможно подключение до шести абонентов. Штатная скорость обмена по ТЛ — 9600 Бод. Адаптер обеспечивает работу на любой меньшей скорости, а также при некоторых ограничениях на длину линии связи и на скорости 19200 Бод.
4.3. Встраиваемый вариант радиомодема обеспечивает возможность подключения выносного блока к локальной радиосети типа «звезда», образованной главным компьютером (центральный элемент сети) и выносными блоками (подчиненный элемент сети). При использовании штатной антенны типа диполь с вертикальной поляризацией модем обеспечивает дальность связи с главным компьютером до 300 м. Штатная скорость обмена информацией в радиосети — 9600 Бод. Модем обеспечивает работу на любой меньшей скорости, а также при снижении требований к вероятности появления ложных бит и на скорости 19200 Бод. Подводимая к антенне мощность ВЧ-сигнала— около 100 мВт; рабочая частота — 145,2 МГц.
4.4. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) блока обеспечивает преобразование аналоговых сигналов в 12-ти разрядный цифровой код. Время преобразования — не более 200 мкс.
4.5. Цифровой порт обеспечивает возможность подключения к блоку восьми цифровых датчиков. Порт опрашивается программно. Кроме того, сигналы от двух датчиков могут вызывать прерывания работы м/к. Порт обеспечивает гальваническую изоляцию датчиков от блока.
4.6. Аналоговый порт обеспечивает возможность подключения к блоку 15 аналоговых датчиков с токовыми выходными сигналами 4…20 мА. Датчики подключаются по двухпроводной схеме (питание датчиков по петле связи). Порт обеспечивает падение напряжения на датчиках не менее 16 В и не более 27 В. Порт обеспечивает гальваническую изоляцию всех датчиков от блока, а также взаимную изоляцию между группами датчиков (по три датчика в группе). Основными элементами порта являются изолирующие усилители (ИУ). Время установления напряжения на выходе ИУ — не более 2 мс.
4.7. ИВЭП обеспечивает электропитанием составные части блока, а также имеет 2 гальванических раздвижных канала внешнего электропитания:
— +5 В для питания цифровых датчиков (ток нагрузки до 100 мА);
— +16 В нестабилизированное для питания внешних устройств — абонентов ЦКС (ток нагрузки до 2,5 А).
5. Состав и функциональные возможности модема
Модем (настольный вариант) объединяет в себе функциональные возможности радиомодема и адаптера ТЛ (см. выше). Подключение модема к главному компьютеру производится через порт 115-232. Модем обеспечивает визуальную индикацию сигналов; его питание от сети 220 В.
6. Указания мер безопасности
6.1. ВПС удовлетворяет требованиям по технике безопасности в соответствии с ГОСТ 26116—84 при условии соблюдения «Правил безопасности при геологоразведочных работах», утвержденных Горгостехнадзором.
6.2. При эксплуатации ВПС должны обеспечиваться требования по электробезопасности по ГОСТ 12.107—79.
6.3. Замену, присоединение и отсоединение ВПС необходимо производить при отключенном электропитании.
7. Подготовка изделия к работе
Блок рассчитан на эксплуатацию с полным комплектом аналоговых датчиков (15 штук). Допускается эксплуатация блока с меньшим количеством датчиков при условии, что недостающие датчики будут заменены резисторами 1,2 кОм ±20%, мощностью не менее 0,5 Вт.
Выносные блоки изделия следует устанавливать в местах, где обеспечивается их защита от прямого воздействия солнечных лучей и атмосферных осадков (под навесами). Эксплуатационное положение блоков — вертикальное. Предпочтительный способ крепления — подвеска на амортизаторах. При включении блока в нормальных условиях его функционирование начинается не лозже, чем через 10 с. При включении блока после его выдержки в выключенном состоянии на морозе его функционирование не начнется до тех пор, пока система термостабилизации не прогреет электронику блока до температуры —10 °С (не более 1 ч). Все это время блок должен быть включен.
8. Порядок работы
8.1. Подключить датчики согласно электромонтажной схеме на систему сбора информации ГТИ. Включить напряжение питания.
8.2. Ежесменно следует проводить осмотр датчиков, входящих в состав системы сбора, на предмет надежности крепления механических узлов, отсутствия повреждения кабелей.
9.21. Информационная основа и комплекс параметров ГТИ
Информационная основа ГТИ
На рис. 9.93 показана структура информационной модели процесса бурения. Как следует из информационной модели процесса бурения, информационной основой ГТИ является сам процесс углубления скважины, изучаемый с помощью наборов (комплексов) первичных преобразователей (датчиков), связанных с источниками информации, непрерывно циркулирующей в элементах буровой установки при реализации процесса строительства скважины.
В этой связи важное значение приобретает вопрос о местах установки первичных преобразователей информации, т. е. о точках съема информации.
Рассматриваются как источники информации, непосредственно связанные с элементами буровой установки или углубленные на первые десятки метров в ствол скважины, с помощью которых реализуются собственно геолого-технологические исследования, так и вопросы включения в комплекс ГТИ телеметрических забойных систем. Отдельно рассмотрены вопросы получения геологической информации по шламу и пробам промывочной жидкости.
Комплекс параметров ГТИ
Многолетний отечественный и зарубежный опыт создания и эксплуатации ИИС ГТИ, современные требования к обработке информации с помощью средств микропроцессорной техники и задача оптимального группирования преобразователей информации с целью получения на их основе максимума комплексной производной информации позволяют разбить своевременный арсенал первичных преобразователей ГТИ на обязательный и дополнительный комплексы. В свою очередь параметры обязательного и дополнительного комплексов разделяются на:
— основной измеряемый параметр;
— производные параметры I и II уровней.
Основным измеряемым параметром называется параметр, получаемый прямым измерением с того или иного датчика.
Производный параметр I уровня — это параметр, получаемый из какого-либо основного параметра без привлечения до-
МОДЕЛИ УСЛОВИЙ РАЗРУ- ШЕНИЯ И ЗАДАННЫХ СВОЙСТВ ПЖ |
|
ОБОБЩЕННАЯ |
VOOBtlOd U |
I2 ^ о jz Ъ X 1 го m > ъ 5 s. J= 5 -0 35 О — ц гп ° гг а м Г) ‘ |
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА, ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПОСТРОЕННОЙ» СКВАЖИНЫ |
|
О “О =г о |
МОДЕЛИ IV ‘ТЕХНИК0-ЗК0Н0МИЧЕС — в. з КИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И П0К. КАЧ — А4 |
|
Рис. 9.93. Информационная структура модели процесса бурения |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Комплекс |
№ дат чи ков |
Тип датчика |
Основной измеряемый параметр |
Ко пара метра |
Обо зна чение пара метра |
Производные параметры |
|||||
I уровня |
II уровня |
||||||||||
измеряемый параметр |
№ пара метра |
обо зна чение |
измеряемый параметр |
№ пара метра |
обо зна чение |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
5 |
1 |
ДОЛ (до |
Перемещение |
1 |
Глубина |
Мгновен |
|||||
о |
пускаются |
(положение) |
скважины |
1,1 |
Н С |
ная ско |
|||||
с, >» |
другие им |
талевого блока |
рость |
1,5 |
V мгн |
||||||
ю |
пульсные |
Положение |
|||||||||
о и |
датчики, |
долота над |
Механичес |
||||||||
о |
связанные |
забоем |
1,2 |
н н. 1 |
кая ско |
||||||
5 |
с валом ле |
рость за |
|||||||||
ю о. |
бедки или |
Проходка |
шаг кван |
||||||||
роликом |
на долото |
1,3 |
Я |
тования |
1,6 |
к |
|||||
кронблока |
|||||||||||
§ |
с точнос |
Величина |
Скорость |
||||||||
35 |
тью ±1 см) |
подачи ин |
подачи |
1,7 |
к |
||||||
д |
струмента |
1,4 |
1п |
||||||||
л С? |
Скорость |
||||||||||
н |
СПО |
-1,8 |
Кпо |
||||||||
сп |
Время |
||||||||||
ю о |
бурения |
||||||||||
интервала |
1,9 |
т„ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
, 11 |
12 |
| Обязательный для турбинного бурения |
2 |
Тензомет — рический измеритель нагрузки на «мертвый конец» талевой системы |
Вес инструмента на крюке |
2 |
С кр |
Нагрузка на долото Удельная нагрузка на забой |
2,1 2,2 |
Механическая мощность, подводимая к забою Работа талевой системы |
2.3 2.4 |
N А, . |
|
3 |
Тензомет- рический измеритель давления |
Давление промывочной жидкости: — на манифольде (вход в скважину) — на штуцере превентора (выход) |
3-1 3-2 |
р их р вых |
Дифферен циальное давление Приращение давления над уровнем холостого хода |
3.1 3.2 |
Р „ диф Д Р |
Гидравлическая мощность, подводимая к забою Удельная энергоем кость Нормали зованная скорость |
3.3 3.4 3.5 |
N ч. г А V V н |
Продолжение табл. 9.26
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
6 |
Гидростатический плотномер на тензо- метричес- |
Плотность промывочной жидкости: — на входе в сква |
Дифферен циальная плотность |
6,1 |
Др |
Коэффициент газосодер- жания ПЖ |
6,2 |
Г ПЖ |
|||
5 |
ком изме |
жину |
6-1 |
Рвк |
Г идроста- |
||||||
и |
рителе диф |
тическое |
|||||||||
а. >, |
ференци |
— на выходе из |
давление |
||||||||
ю |
ального |
скважины |
6-2 |
Рвы* |
на забой |
6,3 |
Ргс |
||||
о и |
давления |
||||||||||
О X |
— в рабочих ем |
6-3 |
Гидродина |
||||||||
ё |
костях |
Рр. е |
мическое |
||||||||
ю а |
давление |
||||||||||
>. н |
— в доливной |
на забой |
6,4 |
рт |
|||||||
о? § э5 |
емкости |
6-4 |
Рд. е |
||||||||
7 |
Дегазатор |
Г азосодержан ие |
Прираще |
Приведен |
|||||||
с дробле |
промывочной |
ние объем |
ные газо- |
||||||||
3 |
нием пото |
жидкости: |
ного газо- |
показания |
7,5 |
Гп р |
|||||
о н |
ка, газоана |
содержа- |
|||||||||
СС (Г) |
лизаторы |
— суммарное со |
ния ПЖ |
7,1 |
Остаточное |
||||||
Ю |
различных |
держание горю |
газосодер- |
||||||||
О |
типов, аку |
чих газов в ГВС |
Обобщен |
жание флю |
|||||||
стический |
из дегазатора |
7-1 |
Г, |
ный пока |
ида пласта |
7,6 |
бф. о |
||||
измеритель |
затель угле |
||||||||||
объемного |
— содержание ме |
водород |
Остаточный |
||||||||
газосо- |
тана и ТУ в ГВС |
ного соста |
газовый |
||||||||
держания |
из дегазатора |
7-2 |
Ґ _ ту. |
ва (ОПУС) |
7,2 |
ОПУС |
фактор |
7,7 |
Продолжение табл. 9.26
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Обязательный для турбинного бурения |
8 |
Пленочный резистивный термометр |
Температура промывочной жидкости: — на входе в скважину — на выходе из скважины — в рабочих емкостях — в доливной емкости |
8-1 8-2 8-3 8-4 |
^ Е1ЫХ ‘°,е С |
Дифферен циальная температура Градиент- термограмма |
8,1 8,2 |
^ лиф г |
Градиент- фактор Градиент- отношение Вторая производная градиента ПЖ на выходе из скважины |
8.3 8.4 8.5 |
ГФ Г0 д” Г |
еч * £ О Ею |
9 |
Импульсный или тахометри — ческий измеритель |
Скорость вращения ротора |
9 |
ПР |
Суммарное число оборотов ротора |
9,1 |
пт |
Работа долота Износ долота |
9.2 9.3 |
А ид |
и о |
10 |
Преобра |
Момент |
Момент |
Момент |
||||||
ч Ы о — |
зователь |
на роторе |
10 |
ч |
холостого |
на буриль |
|||||
йё- |
тока (мощ |
хода |
10,1 |
Мт, |
ных трубах |
10,3 |
М, т |
||||
ности) на |
|||||||||||
с. |
датчике |
Момент |
|||||||||
Холла |
на долоте |
10,2 |
мд |
Пр одолжение табл. 9.26
|
Примечания: 1. Датчик давления на штуцере превентора устанавливается по указанию Заказчика.
2. Газосодержание ПЖ определяется через дегазатор обязательно, при этом достаточным является определение Гт и Г, при условии непрерывного определения Го вх и Го вых, при невыполнении этого условия обязательно определение. Гс1„с6 через хроматограф.
3. Количество производных параметров определяется полнотой и степенью освоения программного обеспечения, Заказчик стимулирует их определение дополнительной оплатой.
№ датчика |
Тип датчика |
Основной измеряемый параметр |
№ пара метра |
Обо зна чение пара метра |
Производные параметры |
|||||
1 уровня |
№ па- ра- мет- ра |
обо- зна- че- ние |
II уровня |
№ па- ра- мет- ра |
обо- зна- че- ние |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
1 |
Пьезоакселе |
Параметры виброа- |
1-1 |
4,р |
Частота |
Коэффици |
||||
рометры с |
кустического |
1-2 |
Л™ |
взаимодей |
ент литоло |
|||||
передачей |
каротажа (ВАК): |
1-3 |
/ * Г1р |
ствия доло |
гического |
|||||
сигнала по |
частота и амплиту |
та с горной |
расчленения |
1,4 |
Кл. Р |
|||||
радиоканалу |
да продольных и |
породой |
||||||||
поперечных коле |
(обороты |
Коэффици |
||||||||
баний и их отно |
долота) |
1,1 |
п/ |
ент дина |
Ап/ |
|||||
шения: |
мичности |
1,5 |
Апоп |
|||||||
Коэффици |
||||||||||
— с двумя датчика |
ент песча |
Износ доло |
||||||||
ми (продольный — |
нистости |
1,2 |
К, |
та (коэффи |
||||||
поперечный) |
1-4 |
/ •* ПОП |
циент |
|||||||
Нормали |
износа) |
1,6 |
к из |
|||||||
— с тремя датчика |
зованная |
|||||||||
ми (1 продольный |
амплитуда |
|||||||||
— 2 поперечных) |
вибрации |
|||||||||
(по скорости |
||||||||||
бурения) |
1,3 |
Л |
Продолжение табл. 9.27
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
5 |
Преобразователи мощности (тока) на датчиках Холла |
Мощность привода: — насосов — лебедки |
5-1 5-2 |
N н /V л |
Накопленная работа насосов Накопленная работа лебедки |
5.1 5.2 |
А н А Л |
Энерго каротаж |
5,3 |
Аы уд |
6 |
Тензометриче — ский датчик усилий |
Нагрузка на ротор |
6 |
О Р |
Нагрузка на долото |
6,1 |
Я |
|||
7 |
Электрохимический измеритель потенциала |
Потенциал инструмента (трибока — ротаж) |
7 |
Е ин |
Коэффициент состояния ствола скважины |
7,1 |
||||
8 |
Акселерометр |
Амплитуда вибраций сетки вибросита |
8 |
к |
Коэффициент степени очистки ПЖ |
8,1 |
||||
9 |
Тензометриче — ский датчик давления |
Давление на входе в гидроциклон |
9 |
рт |
Продолжение табл. 9.27
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
14 |
Микроволновый датчик |
Минерализация промывочной жидкости: — на входе — на выходе |
14-1 14-2 |
М вх М ЙЫЧ |
Дифферен циальная минерали зация |
14,1 |
Д М |
|||
15 |
Микроволновый датчик |
Диэлектрическая проницаемость промывочной жидкости: — на входе — на выходе |
15-1 15-2 |
Е»х £пых |
Дифференциальная диэлектрическая проницаемость |
15,1 |
Де |
|||
16 |
pH-метр |
pH промывочной жидкости: — на входе — на выходе |
16-1 16-2 |
pH г вх pH * ВЫ) |
Дифференциальное значение pH |
16,1 |
ДрН |
…. . |
Продолжение табл. 9.27
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
20 |
Акустический микроволновый датчик |
Процент песка в ПЖ: — на входе — на выходе |
20-1 20-2 |
/7 /Г пых |
Дифферен циальное значение процента песка |
20,1 |
А П |
|||
21 |
Датчик проводимости раствора |
Количество твердой фазы в ПЖ |
21 |
тф |
||||||
22 |
Ротационный прибор |
Статическое напряжение сдвига (СНС) |
22 |
СНС |
||||||
23 |
Напринципе перепада давления |
Водоотдача промывочной жидкости |
23 |
в д |
||||||
24 |
ИК-метод |
Количество нефти в ПЖ |
24 |
н,% |
||||||
25 |
Электромаг нитная катушка |
Интегральные значения параметров вибрации: — амплитуда — частота |
25-1 25-2 |
А / |
Обороты долота Т вердость (жесткость породы) |
25.1 25.2 |
п Д / п |
|||
26 |
Сейсмо приемники (обращенное ВСП) |
Виброакустические исследования (обращенное ВСП) |
Физические свойства пород около- скважинногс и межсква — жинного пространств; |
. |
Таблица 9.28 Параметры забойных телеметрических систем (ЗТС)
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
8 |
9 |
10 |
И |
12 |
Дополнительный II (на переводнике) |
17 |
Датчик объемного газосодер- жания (акусти ческий) |
Объемное газо — содержание ПЖ в затрубье |
18 |
Л ПЖ |
Дифферен циальное газосодер- жание |
18,1 |
Г3 диф |
|||
18 |
Резисти — в и метр |
Сопротивление ПЖв затрубье |
19 |
^пж |
Дифференциальное сопротивление ПЖ |
19,1 |
диф |
||||
19 |
Каверно- метр |
Профиль ствола скважины |
20 |
||||||||
Дополнительный III (на отдельной трубе) |
20 |
Комплекс геофизических параметров: — двойной боковой; — акустический (прием сигналов от работающего долота многозондовой аппаратурой); — потенциал породы; — гамма-плотностной; — компенсированный нейтронный и др. — по мере совершенствования дополнительного комплекса III. |
полнительных основных параметров (как правило, с помощью логических операций), а производный параметр II уровня — это параметр, получаемый с использованием 2-х и более основных параметров.
В табл. 9.26 показаны параметры обязательного комплекса ГТИ с указанием типа датчика, выделением основных и производных измеряемых параметров, их номера и обозначения.
Табл. 9.27 содержит параметры дополнительного комплекса ГТИ с такой же разбивкой параметров на основные и производные.
Забойные телеметрические системы (ЗТС) органически вписываются в комплекс ГТИ, так как информация от ЗТС получается непосредственно в процессе бурения, целый ряд наземных датчиков (глубиномер, измеритель нагрузки на крюк и т. д.) являются общими как для ГТИ, так и для ЗТС, а их комплексиро — вания существенно увеличивают возможности обоих методов исследования.
В табл. 9.28 показаны параметры забойных телеметрических систем, причем комплексы исследований разбиты на основные и дополнительные, а параметры — на основные и производные
I и II уровней.