Разработка и внедрение интегрированной информационно-измерительной системы для геофизических исследований скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат технических наук Тарануха, Владимир Прокофьевич

• Тарануха, Владимир Прокофьевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тарануха, Владимир Прокофьевич

Содержание

Введение

1. Обзор технических средств для сбора, обработки и регистрации каротажных сигналов

1.1. Общие сведения о каротаже

1.2. Применяемая аппаратура и оборудование при ГИС

1.2.1. Каротажные шлейфовые осциллографы

1.2.2. Электронные самопишущие потенциометры

1.2.3. Преобразователи каротажных диаграмм

1.2.4. Аппаратура цифровой регистрации данных каротажа на скважине

1.2.5. Электронные запоминающие устройства

1.3. Комплекс аппаратуры для измерения и регистрации каротажных сигналов

1.3.1. Цифровые магнитные регистраторы

1.3.2. Устройства повышения точности измерения глубины

1.3.3. Графические регистраторы каротажных сигналов

1.3.4. Устройство ввода информации в ЭВМ

1.4. Постановка задач исследований

2. Математическая модель движения в скважине снаряда, подвешенного

на конце троса переменной длины

2.1. Требования к привязке геофизических измерений по глубине

2.2. Математическая модель движения снаряда в скважине при учете только упругих свойств троса

2.3. Математическая модель движения снаряда в скважине при учете упругих несовершенств троса

2.4. Оценка погрешностей решения

2.5. Выводы

3. Исследование принципов построения ИИИС ГИС на базе микропроцессорной техники

3.1. Структурная схема ИИИС ГИС

3.2. ИИИС ГИС

3.2.1. Назначение

3.2.2. Состав технических средств

3.3. Разработка структуры программного обеспечения, алгоритмов и программ для ввода аналоговой информации, определение глубины, скорости подъема геофизического прибора и корректировка глубины

3.4. Принципы построения программного, лингвистического и информационного обеспечения ИИИС ГИС

3.5. Система программного обеспечения "КАРОТАЖ"

3.5.1. Функции системы

3.5.2. Условия применения

3.5.3. Состав системы

3.5.3.1. Программное обеспечение включает:

3.5.3.2. Информационное обеспечение системы включает:

3.5.3.3. В процессе измерений создаются файлы с данными каротажа:

3.6. Оптимизация структуры входных нормирующих усилителей для обеспечения автоматизированной калибровки и ввода аналоговой информации в комплекс. Разработка узла преобразования аналоговых сигналов

3.7. Интерфейсный блок согласования

3.8. Выводы

i

4. Разработка новых технических решений аппаратурной обработки и регистрации каротажных сигналов

4.1. Введение

4.2. Устройство для цифровой регистрации каротажных сигналов

4.3. Устройство для считывания информации с последующим вводом

в ЭВМ

4.4. Устройство для селекции признаков при распознавании образов при диагностике случайных процессов

4.5.Устройство для автоматического измерения шумов усилителей панелей каротажной станции

• 4.6. Устройство для распознавания образов при контроле и диагностике механизмов развертки носителя информации

4.7. Устройство для измерения деформации ленточного носителя

4.8. Выводы

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и внедрение интегрированной информационно-измерительной системы для геофизических исследований скважин»

Введение

Актуальность темы. В последние несколько лет в России остро стоит проблема воспроизводства топливно-энергетических запасов, в первую очередь нефти. В условиях существенных недоплатежей за использование недр со стороны российских нефтяных компаний-арендаторов и разработчиков нефтяных месторождений, повлекших за собой стагнацию развития инфраструктуры геологоразведочных работ, а также жесткой конкуренции со стороны иностранных нефтеразведочных фирм, оснащенных современной техникой и аппаратурой и стремящихся завоевать российский рынок для оказания сервисных услуг, решение указанной проблемы силами отечественных геофизических экспедиций возможно только при оснащении их современным оборудованием и геофизической аппаратурой, мало в чем уступающим по тактико-техническим характеристикам зарубежным образцам, но имеющим примерно на порядок меньшую стоимость.

Огромное разнообразие литологических структур верхней мантии Земли в Российской Федерации требует избирательного подхода к выбору эталонов и инструментов геофизических информационно-измерительных систем. Именно это и определяет необходимость и целесообразность разработки и создания адаптированных к регионально локализованным геологическим горизонтам ИИИС для решения обратных задач скважинной геофизики.

Разработка и создание проблемно-ориентированных интеллектуальных ИИИС, функционирующих в интерактивном режиме "человек-машина" -актуальная проблема при внедрении новых информационных технологий в наукоемких производственных процессах. Геофизика - отрасль знаний о Земле, которая не может далее развиваться без применения быстродействующих микропроцессоров, систем искусственного интеллекта и экспертных систем, поскольку информативность результатов исследований напрямую зависит от информационной емкости программно-аппаратных средств, используемых при обработке больших массивов данных геофизических исследований.

Цель работы - разработка и создание ИИИС ГИС на базе персонального

компьютера IBM типа "Notebook".

Для достижения цели решались следующие задачи:

- разработка интегрированной программной среды, включающей информационную модель системы в виде базы знаний предметной области, представляющей измерительную информацию в виде базы данных, позволяющей визуализировать на мониторе текущие каротажные сигналы и обеспечивающей документирование на бумажном носителе каротажных диаграмм в требуемых масштабах; -

- построение математической модели подъема скважинного прибора при каротаже, позволяющей программными методами корректировать привязку глубины и информации;

- разработка и применение новых технических решений, направленных на повышение точности и надежности аппаратурной обработки, регистрации и ввода в компьютер геолого-геофизической информации;

- внедрение и промышленная эксплуатация созданного программно-аппаратного комплекса.

Объектом исследования является интегрированная информационно-измерительная система (ИИИС) для геофизических исследований скважин (ГИС), включающая устройства цифровой регистрации и обработки каротажных сигналов, технические средства для селекции признаков и распознавания образов, автоматизированного измерения шумов, а также оборудование для контроля и диагностики узлов транспортирования ленточных носителей информации.

Предметом исследования являются программно-аппаратные средства ИИИС ГИС, изучение зависимостей удлинения троса, на который нанесены магнитные метки глубины, обеспечивающие привязку геофизической информации к глубине скважины, с подвешенным на его конце скважинном прибором, формирующим геофизические сигналы, а также разработка технических средств ИИИС.

Методы исследования. Математическая модель движения геофизического снаряда в скважине построена на основе уравнений механики твердого дефор-

мируемого тела. Уравнения, описывающие состояние троса при подаче в исследуемую скважину, решены с помощью обобщения методов Бубнова-Галеркина для нестационарных задач.

Комплекс ИИИС ГИС построен на основе метода структурной декомпозиции блоков и узлов, позволяющего обеспечить удобство настройки блоков и их адаптации к геофизическим условиям исследуемой скважины.

Информационная модель комплекса ИИИС ГИС построена в виде базы знаний. При создании комплекса использованы сведения о методах каротажа.

Программное обеспечение комплекса реализовано на алгоритмических языках высокого уровня - Турбо-Паскале и Ассемблере.

При усовершенствовании узлов записи и обработки получаемой информации применены схемотехнические методы слаботочной и импульсной электроники.

Контрольно-диагностирующие устройства динамической точности отображения геолого-геофизической информации созданы на основе методов точной магнитной записи-воспроизведения информации.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена государственной патентной экспертизой технических решений, применением современных информационных технологий при создании программно-аппаратного комплекса, а также многолетним опытом производственной эксплуатации ИИИС ГИС.

Математические модели и аналитические исследования, представленные в работе, основаны на фундаментальных положениях дифференциальных уравнений математической физики.

На защиту выносятся результаты исследований по созданию ИИИС ГИС, включающие следующее:

- теоретическое и программное решение задачи коррекции привязки геофизической информации к глубине скважины на основе составления математической модели динамики троса с подвешенным на его конце скважинным прибором при учете того, что трос - тело переменной длины, изменяющейся в процессе каротажа, идентифицирующееся феноменологическими моделями Гука и

Кельвина-Фойгта, при отсутствии проскальзывания троса по ободу барабана каротажного подъемника;

- создание интегрированной программной среды ИИИС ГИС, обладающей гибкостью ввиду модульного принципа ее построения;

- разработку информационного обеспечения;

- создание оригинальных технических решений, направленных на повышение точности и надежности ввода в компьютер больших массивов информации и регистрации каротажных данных;

- разработку технических средств ИИИС ГИС;

- создание технических средств для контроля и диагностики функционирования инерционных звеньев ИИИС.

Научная новизна полученных результатов определяется созданием

ИИИС ГИС, способной конкурировать с аналогичными зарубежными образцами при геофизических скважинных исследованиях и обладающей хорошей совместимостью со всеми высокоинтеллектуальными программами обработки и интерпретации каротажных данных, при разработке которой:

- получено решение задачи определения удлинения троса в скважине при каротаже с помощью специальным образом подобранной замены переменных и применения обобщения метода Бубнова-Галеркина для нестационарных задач, эффективность которого заключается в возможности получения решения без неоправданно больших затрат машинного времени;

- дана априорная оценка погрешностей аппроксимации точной задачи о колебаниях троса переменной длины;

- предложен отличный от традиционного принцип информационного обеспечения, при котором ключевым понятием в базе данных ИИИС введен "фрагмент диалога" - текстовый файл, который определяет форму представления данных на экране в процессе диалога, описывает структуру участвующих в диалоге данных, является шаблоном выходного документа, в результате чего пользователь имеет возможность, используя язык описания фрагментов диалога, создать требуемые структуры данных в базе, удобную форму диалога и выходного документа без изменения программного обеспечения.

Практическая полезность. ИИИС ГИС построена на базе персональных компьютеров IBM PC/AT, конструкция которых позволяет использовать их в полевых каротажных станциях.

Система программного обеспечения ИИИС универсальна, легко модифицируется под конкретные требования, может быть расширена новым комплексом задач и процедур обработки. Программное обеспечение имеет высокую надежность, защищено от аппаратных сбоев и ошибок пользователя.

Информационная модель системы построена в виде базы знаний, содержащей сведения о понятиях, отношениях и ограничениях предметной области. В системе имеются сведения о методах каротажа, параметрах скважинных приборов. Универсальная система диалога позволяет вводить и контролировать данные, используя имеющиеся априорные сведения.

Сопроводительная информация представлена в виде заголовков с возможностью их модификации, ввода и просмотра, форма заголовка произвольная.

Измерительная информация представлена в виде базы данных, что позволяет обрабатывать данные по скважинам, методам и измерениям.

Данные в процессе измерений отображаются на экране монитора в удобном для восприятия виде; имеется возможность просмотра развернутого во времени графика сигнала э любом канале отдельно, либо уровней сигналов во всех каналах одновременно. Вывод на экран осуществляется в реальном масштабе времени. Возможен выбор любых масштабов глубины, амплитуды, смещения по амплитуде. На экране отображается текущее состояние системы: глубина, скорость, магнитная метка, направление движения, номер измерения.

В ИИИС ГИС использован ряд оригинальных устройств, обладающих технической новизной и практической полезностью, которые обеспечивают повышение точности и надежности аппаратурной обработки, регистрации и ввода в компьютер геолого-геофизической информации. i

Реализация работы в производственных условиях. Разработанный программно-аппаратный каротажный комплекс для ввода и обработки информации при ГИС начал внедряться в производство в ОАО "Удмуртгеология" в 1992 году. Внедрено 19 комплексов, которые используются в производственных геоло-

гических партиях и отрядах.

От внедрения достигнут экономический эффект, выражающийся в экономии материальных и трудовых ресурсов, повышении динамической точности регистрации информации, сокращении сроков получения заключения по результатам исследований, возможности получения результатов непосредственно на скважине.

Общий экономический эффект от внедрения, рассчитанный в ценах, отнесенных к 1984 году, составляет 1 200 ООО рублей. На долю автора данной диссертационной работы приходится 132 ООО рублей.

Апробация работы. Отдельные законченные этапы работы обсуждались на Российской научно-технической конференции "Актуальные вопросы радиоэлектроники и автоматики" (Свердловск, 1984), Научно-практической конференции Устиновского механического института (Устинов, 1986), Республиканской научно-практической конференции "Молодежь Удмуртии - ускорению научно-технического прогресса" (Ижевск, 1987), Всесоюзной научно-технической конференции "Конструкторско-технологическое обеспечение качества микро- и радиоэлектронной аппаратуры при проектировании и производстве" (Ижевск, 1988), Зональной научно-технической конференции "Методы оценки и повышения надежности РЭА" (Пенза, 1989.), 34 Международном технологическом коллоквиуме (Германия, Ильменау, 1990), III Российской университетско-академической научно-практической конференции (Ижевск, 1997).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 12 научных публикациях и защищены 6 авторскими свидетельствами СССР.

Благодарность. Выражаю особую благодарность коллективу отдела Автоматизации научного эксперимента кафедры Конструирования радиоаппаратуры Ижевского Государственного технического университета, а именно на-I

чальнику отдела, к.т.н. Владимиру Евгеньевичу Кузнецову и старшему научному сотруднику, к.т.н. Татьяне Юрьевне Оленчиковой за квалифицированные консультации и сотрудничество при создании ИИИС ГИС.

1. Обзор технических средств для сбора, обработки и регистрации каротажных сигналов

1.1. Общие сведения о каротаже

Определение запасов полезных ископаемых и их расположения в земной коре производится по результатам исследования скважин. В целях изучения геологического разреза скважин и выявления в них полезных ископаемых проводят геофизические исследования скважин.

Скважина представляет собой вертикальную или наклонную цилиндрическую горную выработку с длиной, значительно большей ее диаметра, и является сложным и дорогостоящим сооружением.

Поэтому важной задачей является получение полной и качественной информации, как о техническом состоянии скважины, так и о вскрытых ею горных породах. ГИС в этом случае играют большую роль, так как они дают наибольший объем непрерывной информации, позволяющей обнаруживать месторождение полезных ископаемых и обоснованно вести их разработку [53].

Вскрывая толщи пород, скважина нарушает их естественное залегание. В результате частично изменяются физико-химические условия окружающей среды и характеристики пород, прилегающих к стенке скважины. Для устранения влияния этих изменений на результаты геофизических работ используются различные методы ГИС и соответствующие устройства.

Прямым способом ГИС является отбор керна из скважины [61], по которому можно судить о свойствах исследуемых пород. Однако этот способ является ограниченным и приводит к замедлению бурения и, в конечном счете, к его удорожанию. Кроме того, точность взятия керна недостаточно высока, а при взятии и выносе его на поверхность возможно изменение свойств изучаемой породы. Поэтому данный метод не дает полного представления о разрезе скважины. При этом многие физико-химические свойства пород можно определять непосредственно в скважине, в условиях их ¡естественного залегания, путем

проведения каротажных исследований.

Исследования в скважине, заменяющие частично или полностью отбор керна, называются каротажем [46]. Результатом каротажных работ являются диаграммы изменения физических свойств пород или самой скважины.

К основным геофизическим методам исследования скважины относят следующие виды каротажа: электрический каротаж - для изучения электрических свойств горных пород; радиоактивный каротаж, основанный на исследованиях радиоактивных свойств элементов, слагающих горные породы; акустический каротаж - для изучения скорости распространения и затухания упругих колебаний в горных породах; исследование геометрических размеров скважины.

Пример измерительных схем электронного каротажа приведен на рис.1.1.

Существует более двух десятков методов каротажа, отличающихся как своим видом, так и используемыми приборами.

Результаты каротажа в виде диаграмм и графиков дают возможность, после ручной и машинной обработки, определять последовательность и глубину залегания пластов, выделение пород коллекторов, вскрываемых скважиной, и содержание в них полезных ископаемых. Полученные данные являются исходными для изучения геологического строения месторождения и для подсчета запаса полезных ископаемых промышленной значимости [48, 57].

Традиционные методы обработки каротажной информации [57] требуют больших трудовых ресурсов, и в реальных случаях при ручной обработке не всегда удается использовать всю зарегистрированную информацию для решения поставленных задач.

Необходимость (при оперативной интерпретации данных ГИС) выдачи в сжатые сроки заключения по скважине не позволяет обработать каротажные диаграммы по всему разрезу. Поэтому часто интерпретация поученных материалов проводится лишь в пределах наиболее перспективных горизонтов.

Результаты ручной интерпретации не свободны от случайных и субъективных ошибок и в существенной мере зависят от опыта и квалификации интерпретатора. Поэтому качество ручной интерпретации каротажных данных не

Измерительная схема электрического каротажа

ПС

КС

пс

а)

А

N

I I

66

М А

тА Г

М

N М

тА

Т 0

В

г)

РП

вп

К) о

N2 М2

А

М1 N1

Г

0

РП

д)

Л*

о

в

б

А

а- однополюсный зонд; б- двухполюсный зонд; в- четырехэлектродный зонд; г- известняковый градиент-зонд; д- одноэлектродный зонд; Г- источник переменного тока; КС, ПС- приборы для записи кривых КС и ПС; А, В, М, N и токовые и измерительные электроды; Ф1 и Ф2 - разделительные устройства (фильтры) в цепях КС и ПС; КП- компенсатор поляризации; П- преобразователь измеряемых сигналов; ВП- выпрямитель; Я- реостат; РП - регистрирующий прибор.

Рис. 1.1

(-к!

всегда достаточно высоко.

Сложность и трудоемкость обработки и интерпретации reo лого-геофизических материалов ограничивают возможность их обобщения, хотя, по мере накопления новых данных, это становится необходимым. Внедрение новых видов каротажа еще более затрудняет взаимную увязку и интерпретацию данных ГИС.

Таким образом, расширение круга рассматриваемых геофизических вопросов, повышение требований к объему, качеству и детальности обработки данных с учетом современных тенденций развития вычислительной техники вызвало необходимость разработки автоматизированной системы обработки информации геофизических исследований скважин (АСОИГИС) (рис. 1.2) [53].

Основными составляющими АСОИГИС являются: 1) средства вычислительной техники; 2) специализированные устройства сбора, подготовки, передачи, визуализации данных; 3) программное обеспечение [51].

Так как результаты ГИС представляют собой зависимость какого-либо геофизического параметра от глубины а = F (Z) и обычно регистрируются в виде кривых этих зависимостей по стволу скважины, то для обработки и интерпретации данных ГИС на ЭВМ необходимо представить информацию в цифровой форме - в виде последовательности чисел bi - значений геофизического параметра на различных глубинах Zi.

Каротажный сигнал, который необходимо зарегистрировать, имеет ряд особенностей, которые надо учитывать при разработке геофизической аппаратуры. В первую очередь, необходимо отметить его временную длительность, достигающую нескольких часов, и малые его абсолютные уровни при большом динамическом диапазоне изменения. Длительность получения сигнала определяется техническими требованиями к процессу, происходящему в скважине при движении в ней измерительного прибора. В большинстве случаев скорость движения прибора ограничена сверху, а иногда и снизу, и, поэтому, в зависимости от исследуемого интервала глубин, время получения, а, значит, и время

Технологическая схема обработки и интерпретации данных каротажа на основе ЭВМ

СО

ню

©

Пл.

1- автоматические операции; 2- форма выдачи результатов; 3- передача информации; 4- перфолента 5- перфокарта; 6- магнитная лента; 7- полуавтоматические или ручные операции.

регистрации, будет различным. Дополнительные трудности для регистрации каротажного сигнала обуславливает его низкочастотность, так как нижняя граница интервала регистрируемых частот равна нулю.

С целью ускорения геофизических работ в настоящее время широко применяются комплексные скважинные приборы, которые одновременно могут измерять несколько параметров. Например, одновременно измеряется диаметр скважины микрокаверномером и значение кажущегося сопротивления окружающей породы зондом бокового микрокаротажа [47].

К зарегистрированной геофизической информации предъявляются определенные требования по точности измерений - как по привязке глубин к информации, так и по абсолютным значениям амплитуд сигнала. Допустимые погрешности в записях каротажных диаграмм различными методами даны в таблице XVIII.I, приведенной в [47].

Полученные геофизические данные об исследуемой скважине составляют базу данных для АСОИГИС [53], которая предназначена для длительного хранения геофизической информации и возможности обращения к ним в необходимые моменты времени.

1.2. Применяемая аппаратура и оборудование при ГИС

Для проведения каротажных работ используется многочисленное оборудование, связанное с непосредственным проведением измерений в скважине.

Комплекс, включающий регистрирующую и обрабатывающую аппаратуру,

а также спуско-подъемный механизм с кабелем, обычно монтируется на авто-

I

мобиле и называется каротажной станцией. В том случае, когда аппаратурный комплекс смонтирован на отдельном автомобиле, он носит название каротажной лаборатории, а комплекс спуско-подъемных механизмов с лебедкой и каротажным кабелем - каротажного подъемника [47].

1.2.1. Каротажные шлейфовые осциллографы

Наиболее ответственной частью каротажной станции является регистратор каротажных сигналов. Не так давно широко использовались шлейфовые осциллографы типа НО 15 и НО 28 с зеркальными гальванометрами. При использовании шлейфовых осциллографов измеряемый сигнал определяют по силе тока, проходящего под действием этого сигнала через зеркальный гальванометр измерительного канала регистратора. Запись изменения измеряемого сигнала по стволу скважины производят, фиксируя фотографическим путем положение блика зеркального гальванометра на осциллографной бумаге, непрерывно протягиваемой в масштабе глубины скважины.

При проведении ГИС измерения проводят при частотах изменения регистрируемого параметра до 1 Гц. Для уменьшения влияния помех собственная частота гальванометра [47] не должна превышать 2 -3 Гц.

В зарубежных шлейфовых каротажных осциллографах применяют вибростойкие широкорамочные гальванометры с жидкостным заполнением для повышения вибропрочности. В отечественных регистраторах используются вибростойкие узкорамочные гальванометры. Конструкция зеркального гальванометра - вставки с общей магнитной системой приведена на рис.1.3.

Таким образом, основными узлами шлейфового каротажного осциллографа являются светонепроницаемый кожух, в котором смонтированы блоки гальванометров, измерительная схема, оптическая система с электрической схемой управления и ЛПМ с приводом. Последние включают в себя сельсин-приемник 2 (рис. 1.4), связанный с сельсином датчика 14 глубин на буровой, механический выпрямитель, обеспечивающий постоянное направление протяжки ленты 9 при любом направлении перемещения кабеля в скважине, коробку передач, с помощью которой устанавливается соответствующий масштаб глубин и устройства протяжки ленты 9 с магазинной и приемной кассетами, ведущим, прижимным и направляющими валиками и устройством подмотки ленты. Движение ленты 9 и фотодатчика 3 осуществляется за счет сельсина-приемника 2.

Кассета гальванометров-вставок (разрез по подвижной системе)

1,12- узлы крепления растяжек; 2- верхняя головка; 3, 4- стенки; 5, 11- растяжки;

6- сферическая линза;

7- зеркальце;

8,10- полюсные вставки; 9- рамка подвижной системы.

Рис. 1.3

Блок-схема каротажного шлейфового осциллографа Н028

4 - схема направления движения; 5,6 - счетчики; 7- схема деления; 8 - схема линий глубин; 9 - фотобумага; 10 - схема зажигания ламп; 11 - блок коррекции глубины; 12 - цифропередающий счетчик; 13 - схема записи; 14 - сельсин-датчик.

Сигналы меток с блока 1 поступают на блок коррекции глубин 11 и схему записи 13. Импульсы с фото датчика 3 поступают на счетчики 5,6 и схему направления движения 4. Счетчики 5,6 представляют собой две двоично-десятичные реверсивные декады, выдающие импульсы соответственно через 0,1 и 1 м. Сигналы со второй декады счетчика 6 поступают на схему деления 7, а с обеих декад 5 - на схему линий глубин 8. Импульсы со второй декады 6 поступают в схему зажигания ламп счетчиков 10. Вспышки ламп глубин, счетчиков и меток, а также сигналы со схемы записи экспонируются на фоточувствительную ленту 10, где одновременно вычеркиваются вертикальные линии и наносятся отметки времени.

1.2.2. Электронные самопишущие потенциометры

Для регистрации каротажных сигналов могут также применяться электронные самопишущие потенциометры (ЭСП). Несмотря на худшую, по сравнению со шлейфовыми каротажными осциллографами, частотную характеристику и большую механическую сложность, ЭСП, в основном типа ПАСК-8, получили некоторое распространение из-за ряда эксплуатационных преимуществ: видимой без проявления записи, меньшей чувствительностью к механическим воздействиям и компенсационного способа измерений. ЭСП, например, применяют в каротажных станциях, совмещенных с подъемником на шасси одного автомобиля, где велик уровень вибраций при измерениях [47].

Принцип действия ЭСП поясняется на рис. 1.5. При регистрации измеряемого напряжения VI на реохорд потенциометра подается напряжение У2. С ползунка реохорда снимается встречное компенсирующее напряжение Ук. Разность напряжений VI и Ук, называемая) напряжением небаланса АУ, через делитель напряжения подается на нуль-орган. В последнем это напряжение небаланса преобразуется в напряжение переменного тока, усиливается и подается на реверсивный электродвигатель, связанный с ползунком реохорда. Электродвигатель начинает вращаться и перемещать ползунок так, чтобы напряжение не-

Принципиальная схема электронного самопишущего потенциометра

У2

Я - реохорд; ППИ - переключатель пределов измерения; ДН - делитель напряжения; НО - нуль-орган; М - реверсивный электродвигатель.

Рис. 1.5

1- каротажная диаграмма; 2- ЛПМ; 3- указатель-визир; 4- электродвигатель; 5- тросо-блочное устройство; 6- трансформатор; 7, 8- схемы выделения нулей; 9, 10- триггеры; 11, 12- вентили; 13- двоичный счетчик; 14- генератор импульсов; 15- блок вывода-преобразования формата; 16- ленточный перфоратор.

баланса уменьшалось и восстанавливалось положение компенсации. В этом положении АУ=0 и VI = Ук, поэтому положение ползунка фиксирует напряжение VI.

С ползунком реохорда связано перо, фиксирующее на диаграммной ленте, протягиваемой в масштабе глубин скважины, величину VI и ее изменение по стволу скважины.

В положении компенсации VI

Ьк =------ЬО, где

N2

Ьк - положение ползунка реохорда от его начала ;

ЬО - полная длина реохорда.

С помощью переключателя пределов измерения можно изменять падение напряжения на реохорде и, тем самым, пределы измерений потенциометра.

Режим движения пишущего устройства ЭСП в большой степени зависит от коэффициента усиления нуль-органа: чем он больше, тем быстрее перемещается пишущее устройство и тем скорее устанавливается положение компенсации; одновременно возрастает чувствительность ЭСП. При слишком большом усилении появляются самопроизвольные колебания; при уменьшении усиления они прекращаются и система переходит на работу в апериодическом режиме, однако при этом увеличивается время установления положения компенсации и снижается чувствительность потенциометра.

1.2.3. Преобразователи каротажных диаграмм

Рассмотренные аналоговые регистраторы не являются перспективными с точки зрения применения АСОИГИС, для которой требуются цифровые данные. Поэтому чаще используют цифровые каротажные регистраторы.

Получение информации в цифровой форме может быть обеспечено непосредственной регистрацией результатов ГИС в процессе измерения в цифровой форме, как и преобразование данных, зарегистрированных в аналоговой форме,

- в цифровую форму после окончания измерений.

Преобразователи каротажных диаграмм более просты и необходимы для обработки диаграмм старого фонда [47]. Они состоят из считывающего устройства (сканера), преобразователя аналог-код и регистрирующего устройства (перфоратор, цифровой магнитофон). По действию считывающего устройства они делятся на полуавтоматические (считывание ординат кривых производится с участием оператора) и автоматические.

По способу слежения за кривой полуавтоматические преобразователи диаграмм и графиков разделяются на два типа: планшетные и с протяжкой графика.

В преобразователях планшетного типа график во время обработки неподвижно закреплен на планшете, а позиционный указатель-визир следящего устройства перемещается оператором по преобразующей кривой. Изменения координат визира X и Y преобразуются соответственно в напряжения Ux и Uy. Данная система удобна для обработки коротких каротажных диаграмм. Преобразователями такого вида являются PF - 1000 (Англия) и "GTS Corporation" (США). Отечественные преобразователи в основном используют метод с протяжкой графиков (Ф001 и Ф018) [8]. Блок - схема полуавтоматического преобразователя Ф001 показана на рис. 1.6. В этих устройствах каротажные диаграммы 1 равномерно перемещаются лентопротяжным механизмом, а указатель-визир 3 перемещается оператором в перпендикулярном к движению диаграммы 1 направлении путем совмещения его с преобразуемой кривой. Перемещение диаграмм осуществляется с помощью ЛПМ 2- приводимым в движение электродвигателем 4. При слежении кривой тросо-блочное устройство поворачивает ротор трансформатора 6 на угол, пропорциональный смещению указателя-визира 3. Поворот ротора вызывает сдвиг фазы напряжения U на статорной обмотке трансформатора относительно опорного напряжения U0, питающего ротор. При нулевых фазах напряжений U0 и U схемы выделения нулей 7, 8 совместно с триггерами 9 и 10 и вентилем 11 образуют соответственно нуль- и старт-импульсы. Старт-импульс открывает вентиль 12, пропуская с эталонного гене-

ратора 14 импульсы на двоичный счетчик 13, а стоп-импульс закрывает вентиль 12. Показания счетчика 13 преобразуются блоком 15 вывода преобразования формата в двоичный код, который перфорируется ленточным перфоратором 16.

Синхронизация преобразований, согласно заданному шагу квантования А, производится фотоэлектрической схемой устройства управления.

Наравне с полуавтоматическими преобразователями, существуют автоматические [47], работающие следующим образом: носитель 1 (рис. 1.7) с преобразуемой кривой 2 перемещается валиками 3 ЛПМ. Через заданный шаг квантования А кривая пересекается перпендикулярно сканирующим лучом электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 4, управляемой генератором развертки 5. Преобразователь временного интервала в код (ПВИК) 6 измеряет время от момента начала развертки луча до пересечения ее кривой на носителе 1. Момент пересечения определяется фотоприемником 8. Цифровой код с выхода ПВИК 7 записывается внешним регистратором.

1.2.4. Аппаратура цифровой регистрации данных каротажа на скважине

Перечень применяемых в настоящее время цифровых регистраторов каротажных сигналов с основными техническими характеристиками приведен в таблице 1.1.

Принцип действия всех упомянутых регистраторов близок и описывается с помощью обобщенной блок-схемы, представленной на рис.1.8 [47].

Сигналы с выходов измерительных каналов каротажной станции параллельно измерительным каналам шлейфового каротажного осциллографа подаются на блок входных согласующих усилителей 1, где усиливаются до необходимого уровня. Усиленные сигналы поочередно передаются коммутатором сигналов 2 на вход АЦП 3. С помощью блока 4 преобразования форматов двоичный код с выхода АЦП 3 преобразуется в восьмеричный для записи на перфоленту перфоратором 5 или разбивается на байты для записи на магнитную

Принцип действия автоматических преобразователей диаграмм

1- носитель; 2- преобразуемая кривая; 3- валик ЛПМ; 4- ЭЛТ; 5- генератор развертки; 6- ПВИК; 7- фотоприемник.

Блок-схема аппаратуры цифровой регистрации данных каротажа

1- входные согласующие усилители; 2- коммутатор каналов; 3- АЦП; 4- блок преобразования форматов; 5- выходное устройство; 6- блок согласования по глубине; 7- блок управления; 8- ЦАП; 9- каротажный осциллограф; 10- регистр.

а)- передача импульсов управления;

б)- передача информации в процессе регистрации;

в)- то же при считывании с магнитной ленты.

ленту ЦМР 5. В случае необходимости цифровые данные подаются в блок 6 согласования по глубине и затем в блок 4.

Блок управления 7 через заданный шаг квантования по глубине выдает сигналы, обеспечивающие запуск коммутатора канала 2, АЦП 3 и ЛПМ ЦМР 5.

Воспроизведение цифровых данных в виде аналоговых кривых в принятой в ГИС форме производится в автономном режиме путем считывания кодов с магнитной ленты, преобразования их в аналог ЦАП 8 и регистрацией их шлей-фовым осциллографом 9. Выдача цифровой информации для обработки данных в вычислителе каротажной станции осуществляется в процессе регистрации через блок 6 и выходной регистр 10.

Таблица 1.1

Аппаратура цифровой регистрации данных ГИС на скважине

Наимено- Назначение Носитель Плот- Режим Совме-

вание и его ши- ность протяжки сти-

рина бит/мм носителя мость

с ЭВМ

1 2 3 4 5 6

1. Преобра- Преобразование Магнитная 4 Непрерыв- Минск

зователь данных каротажа в лента 25,4 но синхр. с -22

пмз-з цифровую форму и мм движ. кабе-

их регистрация ля

2. ПЛК - 6 То же, а также со- Перфолен- — Старт- Минск

гласование по глу- та стопный -22

бине в процессе ка-

ротажа

Таблица 1.1 (продолжение)

1 2 3 4 5 6

3. Регистратор цифровой ТРИАСС То же Магнитная лента 12,7 мм 32 Старт-стопный ЕС

4. Аппаратура цифровой регистрации М055 То же, а также вписывание информации следующих циклов измерения Магнитная лента 12,7 мм 8 Старт-стопный ЕС

5. АЦРК-2 «Тюмень» То же, что и ПМЗ-З Магнитная лента 12,7 мм 6 Старт-стопный ЕС

6. Цифровой регистратор станции КД-10М (ВНР) То же, что и ПЛК-6 Магнитная лента 6,3 мм, касс, магнитофон Старт-стопный

7. Цифровой регистратор ПО-186 (США) То же, что и ПМЗ-З Магнитная лента 12,7 мм 32 Старт-стопный

8. Аппаратура цифровой регистрации Д APT-11 (Франция) То же Магнитная лента 12,7 мм 32 Старт-стопный

Таблица 1.1 (продолжение)

1 2 3 4 5 6

9. Цифро- То же, что и ПЛК-б Магнитная 32 Старт- ЕС,

вой регист- лента 12,7 стопный СМ-4

ратор НО мм

78

Наиболее широко применяемым являлся цифровой регистратор ТРИАСС, параметры которого наиболее оптимальны из имеющихся в широком использовании регистраторов. Рассмотрим его блок-схему, представленную на рис. 1.9. Регистратор содержит: 15-ти канальный АЦП 3 с аналоговым входом 2, корректируемый счетчик глубины 4, контроллер 5, 15-ти канальный ЦАП 6, устройство индикации 7, блоки связи с аппаратурой передачи данных 1, 8 и 9 и НМЛ 10 для связи с ЭВМ 11с аналоговым 12 и цифровым 13 выходами.

В регистраторе предусмотрены восемь основных и два дополнительных режима работы: контроль, контроль с записью, запись поверок, запись метки начала цикла, запись данных , запись метки конца цикла, поиск, воспроизведение, передача данных и прием данных.

С каротажной станцией регистратор соединяется по аналоговым входам АЦП, входам счетчика глубины и выходам ЦАП или через канал интерфейса при наличии в станции цифровых устройств. Регистратор ТРИАСС состоит из блока преобразователя и накопителя на магнитной ленте, установленных в стойке шириной 480 мм. В регистраторе используются интегральные компоненты и электродвигатели с печатными обмотками.

Следует отметить, что регистратор ТРИАСС и аппаратура НО 78 имеют практически одинаковые форматы записи, совместимые с ЭВМ ЕС.

1.2.5. Электронные запоминающие устройства

Для записи параметров каротажа в полевых условиях перспективным явля-

Блок-схема регистратора ТРИАСС

1,8,9- аппаратура передачи данных; 2- аналоговый вход; 3- АЦП; 4- счетчик глубины; 5- контроллер; 6- ЦАП; 7- устройство индикации; 10- НМЛ; 11- ЭВМ; 12- аналоговый выход; 13- цифровой выход

Рис. 1.9

Блок-схема регистратора "Блокнот- 1"

1- модуль памяти; 2- контроллер ЗУ; 3- контроллер регистратора; 4- адаптер магистрали; 5- преобразователь питания; 6-пульт управления; 7- блок питания.

ется применение электронных запоминающих устройств с энергонезависимыми элементами памяти (РПЗУ) [68]. Одной из первых разработок с использованием последних является полевой электронный регистратор "Блокнот - 1" [68]. Он предназначен для ручной и автоматической регистрации результатов измерений при ГИС совместно с существующими средствами электроразведочной техники. Применение РПЗУ позволило обеспечить высокую надежность и экономичность регистратора при работе в полевых условиях. Наличие стандартного интерфейса и памяти с произвольным доступом позволяют использовать регистратор в качестве устройства подготовки, а совместно с аппаратурой, имеющей в своем составе микропроцессор, - и в качестве устройства экспресс-обработки информации.

Основу регистратора "Блокнот - 1" (рис. 1.10) составляет модуль памяти 1, построенный на микросхемах РПЗУ с электрической сменой информации и служащий в качестве накопителя информации. Последняя подается через адаптер магистрали 4 на унифицированную магистраль регистратора. Остальные блоки служат для организации адресации и контроля. Время хранения записанной информации в выключенном состоянии не менее 3000 часов.

Следует отметить, что объем памяти сменного модуля равен 2 Кбайт. Это явно недостаточно для записи полного комплекса ГИС.

1.3. Комплекс аппаратуры для измерения и регистрации каротажных

сигналов

Комплекс аппаратуры для измерения и регистрации каротажных сигналов (КАИРКС) предназначен для решения многих геофизических задач, связанных

I

с применением цифровой и вычислительной техники, и включает цифровой магнитный регистратор (ЦМР), записывающий геофизическую информацию в цифровом виде на магнитную ленту, устройства определения глубин при получении информации из скважины; графические регистраторы каротажных сиг-

налов на электрохимической бумаге; устройства ввода информации большого объема в ЕС ЭВМ [39]. Для некоторых частей комплекса проанализированы варианты с указанием их преимуществ и недостатков.

Непосредственно КАИРКС (рис. 1.11) включает в себя аппаратуру цифровой записи сигналов каротажа, графические регистраторы геофизической информации на электрохимической бумаге и устройства сопряжения магнитных накопителей информации через интерфейс со стойкой перфоленточного ввода ЕС ЭВМ.

Аппаратура цифровой записи сигналов каротажа устанавливается в серийной каротажной станции АКСЛ-7 [42] и обеспечивает преобразование аналогового сигнала в цифровой и запись его в ЦМР. В последнем в течение 60 часов происходит запись на магнитную ленту больших массивов информации модифицированным способом "без возвращения к нулю". Диапазон частот записываемого сигнала 0-12Гц, амплитуда до 6В, полный динамический диапазон -88дБ, объем записываемой информации - 5Мбайт. ЦМР является наиболее ответственной и важной частью рассматриваемого комплекса. Он состоит из блока записи-воспроизведения и прецизионного узла развертки носителя. От свойств последнего практически зависят все характеристики КАИРКС. Блоки записи-воспроизведения и ЛПМ герметизированы, что позволяет использовать записывающую часть комплекса в жестких полевых условиях.

Кроме этих блоков, в первую часть КАИРКС входят усилители постоянного тока, выполненные по схеме модуляция-усиление-демодуляция, и блок формирования служебной информации. Под служебной информацией понимаются глубина регистрируемой информации и сигналы калибровочных уровней, предназначенные для амплитудной коррекции основного сигнала. Для повышения качества считанного сигнала из ЦМР возможно использование динамического шумоподавителя [26].

Графические регистраторы геофизической информации предназначены для отображения на электрохимической бумаге (ЭХБИ) каротажных диаграмм с нанесением оси глубин. Рассматриваются отдельные узлы, служащие для по-

Блок-схема комплекса аппаратуры для измерения и регистрации каротажных сигналов

Рис. 1.11

1- блок памяти; 2- узел головок записи считывания; 3- синхронизатор; 4- ключ; 5- элементы И; 6- счетчик; 7- элемент задержки; 8- АЦП; 9- регистр; 10- усилитель-формирователь; 11-коммутатор; 12- блок сопряжения; 13- ЦАП; 14- индикатор.

вышения точности отображения информации.

Разработанный ЦМР при записи и воспроизведении информации работает в непрерывном режиме транспортирования магнитной ленты. Такой режим работы наряду с преимуществами, такими, как: ускорение передачи данных по каналу, увеличение объема записываемой информации на одной ленте, упрощение конструкции ЛПМ, высокая надежность регистрации информации и ее считывание в полевых условиях, имеет и недостатки, связанные с отсутствием старт-стопного режима при вводе информации в ЭВМ. Поэтому ввод геофизической информации в ЭВМ осуществляется через устройство сопряжения с ЭВМ по следующему алгоритму. Организованы два оперативных блока памяти с цепями управления, в которых происходит рециркуляция информации без увеличения объема оперативной памяти ЭВМ. При этом, в связи с большим различием скоростей записи и воспроизведения информации из блока памяти, имеется возможность старт-стопного обращения процессора ЭВМ к устройству сопряжения и работы последнего без прерываний вводимой информации.

1.3Л. Цифровые магнитные регистраторы

Основой всего комплекса является ЦМР, представляющий собой многоканальный цифровой магнитофон с прецизионным лентопротяжным механизмом и блоками преобразования аналоговых величин в цифровые и наоборот [2]. Блок - схема его представлена на рис. 1.12.

Синхронизирующие импульсы, сопровождающие каждую запись, из синхронизатора 3 поступают на элемент 7 задержки и счетчик 6. Последний позволяет подавать с входных клемм через ключи 4 только один входной аналоговый сигнал, определяемый состоянием счетчика 6. Сброс счетчика 6 для последующей записи каналов при их полном опросе осуществляется кадровыми импульсами, поступающими также из синхронизатора 3. Кроме того, они подаются на регистр 9 для последующей записи в узле 2 головок записи-считывания на магнитную ленту. Элементы 5И открываются на время действия синхронизирую-

щего импульса элемента 7 задержки для переписывания результата аналого-цифрового преобразования в регистр 9. Время задержки элемента 8 выбирается исходя из времени работы АЦП 8.

Узел 2 головок записи-считывания записывает цифровую информацию с выхода регистра 1 вместе с синхронизирующим импульсом на магнитную ленту. В режиме воспроизведения информация из узла 2 через формирователи 10 подается на блок 12 сопряжения и коммутатор 11. Последний производит подключение считанного цифрового кода к ЦАП 13. Амплитудно-импульсно модулированные сигналы с ЦАП 13 отображаются на индикаторе 14, посредством которого геофизик-исследователь может оценить вид и качество записанной информации. Кроме того, геофизические сигналы такого вида удобно передавать по каналам радиосвязи непосредственно после записи на исследуемой скважине в кустовой вычислительный центр для последующей обработки. Учитывая, что при записи каротажных сигналов постоянно записываются контрольные калибровочные уровни [6], некоторая амплитудная ошибка в величине принятого сигнала не играет существенной роли и легко компенсируется при цифровой обработке на ЭВМ.

Описанный ЦМР является одной из главных частей КАИРКС [6, 7]. Работа [6] явилась основой для создания последующих регистраторов и содержит блоки подготовки аналоговой и цифровой информации. В частности, они позволяют записывать каротажную геофизическую информацию с возможностью корректировки амплитудной характеристики тракта записи, благодаря наличию калибровочных сигналов. Это способствует повышению точности обработки регистрируемой информации.

Другое устройство, предназначенное для решения той же задачи и обладающее большей надежностью регистрации, описано в работе [7] и представлено на рис. 1.13.

В режиме регистрации цифровой код, подлежащий записи, с АЦП 2 поступает на блок 23 записи-считывания, содержащий ЦМР. Синхронизирующий импульс, проходя через элемент 3 задержки на мультиплексор 1, переключает

Устройство для регистрации геофизических сигналов

1- мультиплексор; 2- АЦП; 3, 4, 5- элементы задержки; 6, 7, 8, 9- счетчики; 10, 11-триггеры; 12-элемент сравнения; 13-элемент памяти; 14, 15, 16- блоки элементов И; 17-дешифратор; 18, 19, 20-ключи; 21, 22- источники опорного напряжения; 23- блок записи - считывания; 24- делитель частоты; 25, 26- элементы ИЛИ; 27- генератор импульсов; 28, 29- элементы И; 30, 31- инверторы; 39- каротажная станция; 40- ЭВМ.

последний на следующий канал каротажной станции 39. Надежность устройства при записи больших массивов информации достигается за счет фиксации размеров и начала зоны расположения массива информации. Для этого введен четвертый счетчик 9, служащий для подсчета количества регистраций в одном блоке. Подсчет количества записанных блоков производится на счетчике 8. Состояние последнего постоянно записывается в устройство регистрации. Потерю одного блока и его расположение среди других можно легко установить, зная количество воспроизведенной информации и код, соответствующий состоянию счетчика 8.

1.3.2. Устройства повышения точности измерения глубины

При проведении геофизических исследований в скважине с каротажными приборами необходимо поддерживать скорость движения зонда в некоторых пределах. Системы автоматического регулирования в этом случае малоэффективны из-за своей сложности и трудности настройки, так как изменение скорости движения скважинного прибора определяется в основном нестабильностью частоты вращения лебедки, приводимой в движение двигателем внутреннего сгорания, количеством намотанного троса на приемной бабине, проскальзыванием троса на измерительном валу и несоответствием расчетного диаметра измерительного ролика фактическому диаметру кабеля.

Для качественной оценки скорости движения скважинного прибора предложено устройство [5], позволяющее фиксировать моменты времени, при которых скорость движения скважинного прибора становится меньше или больше пороговых значений, определяемых техническими характеристиками скважинного прибора. При выходе за пределы пороговых значений скорости движения зонда происходит ухудшение качества регистрации геофизической информации. Работа этого устройства, представленного на рис.1.14, основана на сравнении длительности двух соседних интервалов времени на ждущих мультивибраторах 11 и 12 между синхронизирующими импульсами глубины, поступающи-

Устройство контроля частоты следования синхроимпульсов

1- 6- элементы И; 7, 8- элементы ИЛИ; 9, 10-триггеры; 11, 12-ждущие мультивибраторы; 13- формирователь импульсов.

Устройство для селекции импульсов глубины от импульсов помех

1-8- элементы И; 9, 10- усилители; 11-13- элементы ИЛИ; 14-15-триггеры; 16-17-дешифраторы; 18- счетчик; 19-делитель частоты; 20- выход датчика угловой скорости; 21, 22- выходы датчика перемещения; 23- вход; 24- выход устройства.

ми на счетный вход триггера 10. При превышении абсолютного значения разности этих длительностей вырабатывается сигнал рассогласования, поступающий на внешний индикатор с выхода элемента И 2.

При восстановлении номинального значения скорости движения зонда импульсы с выхода элемента И 1 включают соответствующий внешний индикатор.

Практическое применение этого устройства в полевых условиях позволило существенно повысить оперативность работы геофизиков и устранить ошибки, появляющиеся при определении скорости движения зонда путем измерения времени прохождения мерного отрезка. Дополнив соответствующими блоками индикации, его можно применить для измерения скорости движения любого ленточного или проволочного носителя, например, магнитной ленты.

Другим устройством для повышения точности измерения глубины получения регистрируемых каротажных данных служит устройство для селекции импульсов глубины от импульсов помех [9, 32]. Его блок-схема приведена на рис.1.15.

Сигналы импульсов глубины с импульсами помех поступают от датчика меток глубины на вход 23 устройства. Датчик меток глубины представляет собой магнитомодуляционный датчик с цепями усиления и формирования, вблизи которого проходит стальной трос с ранее нанесенными на него через строго определенное расстояние, например, десять метров, магнитными метками. Сигнал такого датчика от магнитной метки не зависит от скорости перемещения кабеля. При цифровой регистрации необходимо отфильтровывать импульсы, вызванные магнитными метками, от импульсов помех. Последние вызываются неидеальностью движения стального троса вблизи магнитной головки. Например, при колебании троса вследствие его постоянно меняющегося натяжения возможно ложное срабатывание формирователя в датчике меток глубины. Имеются и другие причины, приводящие к появлению лишних импульсов на входе 23 устройства. Для их фильтрации используется датчик угловой скорости подъема, частота сигналов которого пропорциональна скорости подъема и яв-

ляется достаточно высокой.

После поступления очередного импульса глубины начинается грубый отсчет на счетчике 18 ожидаемого времени до поступления следующего импульса глубины. Дешифраторы 16 и 17 открывают соответствующие элементы И 3 - 6 только в предполагаемое время прихода импульса глубины. В остальное время эти элементы И закрыты и, соответственно, нет импульсов на выходе устройства. Появляющийся истинный импульс глубины переключает триггер 15, который закрывает элементы И 5 - 6, устраняя тем самым прохождение импульсов помех до появления следующего основного импульса глубины. При кратковременном пропадании сигнала на входе устройства формируются подставные импульсы в моменты ожидаемого прихода импульсов глубины.

1.3.3. Графические регистраторы каротажных сигналов

Описанные устройства и функциональные узлы явились основой для создания практической конструкции аппаратуры цифровой записи сигналов каротажа [11] и устройства для непосредственного отображения геофизической информации с возможностью многократного копирования [13], используемых ныне в полевом геофизическом отряде.

Аппаратура цифровой записи сигналов каротажа, представленная на рис. 1.16, работает следующим образом.

Аналоговая информация с группы 5 датчиков поступает на информационные входы ЦМР 1, где происходит его запись на магнитный носитель [2]. Кроме информационных входов, ЦМР 1 имеет дополнительный служебный вход, выполненный идентично с остальными. Запись в этот канал сопровождается кадровым импульсом с выхода ЦМР 1. В нем записывается служебная информация, соответствующая глубине поступившей информации. Для этих целей синхроимпульсы глубины, частота которых пропорциональна скорости подъема скважинного прибора, с датчика 4 поступает на делитель 7 частоты. Последний уменьшает частоту следования импульсов глубины до величины, требуе-

Блок-схема аппаратуры цифровой записи параметров каротажа

1- блок записи; 2, 3- формирователи; 4,5- датчики; 6- усилители; 7- делитель частоты; 8, 9, 10- счетчики; 11, 12- дешифраторы; 13, 12- регистры; 14, 15- элементы И; 16 - 20- ключи; 21- источник опорного напряжения; 23- элементы И.

мой разрешающей способности записи сигналов по глубине. Например, один импульс - на 10 сантиметров глубины скважины. Эти импульсы поступают на счетчик 9. Установка его в ноль происходит в начале регистрации, когда сква-жинный прибор находится у устья скважины. В качестве датчика 4 и делителя 7 частоты в данном случае может служить ранее описанное устройство для селекции признаков [32].

Таким образом, в счетчике 9 находится цифровая информация в двоично-десятичном коде, соответствующая глубине нахождения скважинного прибора. Принципы регистрации цифровой информации в ЦМР описаны в [12]. Результатом работы устройства является многоканальный кадр, где последовательно записаны цифровые коды об аналоговой информации от отдельных источников, а последний записанный код - служебный. В нем последовательно, за несколько кадров, записывается соответствующий моменту записи маркерного сигнала код глубины.

Записанная информация воспроизводится в обратном направлении и регистрируется в устройстве для отображения геофизической информации на бумаге типа ЭХБИ (рис.1.17) [13].

Блок 17 считывания с магнитного носителя считывает Ы-разрядный двоичный код, сопровождаемый импульсом с первого управляющего выхода блока 17 считывания. Код служебной информации сопровождается импульсами с первого и второго управляющих выходов блока 17. Цифровые коды соответствующие аналоговой записи принимаются на регистратор 1 по синхронизирующему импульсу с первого выхода блока 17. Цифровой код с регистра 1 поступает на дешифратор 8. Импульс с одного из его выходов подается на формирователь 23. Кроме того, импульсы с первого управляющего выхода блока 17 подсчитываются счетчиком 5 с последующей дешифрацией. Сигнал будет только на том порядковом выходе дешифратора 9, в момент включения которого происходит считывание блоком 17 соответствующего порядкового кода из кадра, в котором имеется информация о зарегистрированном аналоговом сигнале. Коммутатор 13 выполнен многоканальным, а его управляющие входы че-

Графический регистратор каротажных диаграмм

а 32 33 р

16

1-4- регистры!; 5, 6, 7- счетчики; 8-12- дешифраторы; 13- коммутатор; 14- ключи; 15- элемент ИЛИ; 16- блок записи; 17- блок считывания; 18- знакогенератор; 19-22- элементы И; 23- формирователи; 24- блок памяти; 25, 26- блоки ключей; 27- элемент задержки; 28, 29, 30- триггеры; 31- генератор; 32- ЛПМ; 33- носитель.

рез элементы 14 коммутации заведены на шину нулевого потенциала. Если ключ разомкнут, то сигнал с соответствующего входа проходит на соответствующий выход, в противном случае - нет. Импульсы с выхода коммутатора 13 объединяются на элементе 15 ИЛИ и подаются на управляющий вход формирователя 23. Если все элементы 14 коммутации разомкнуты, то каждый синхронизирующий импульс с первого входа блока 17 путем упомянутых преобразований поступит на управляющий вход формирователя 23, который формирует импульсы записи, поступающие на блок 16 записи. В последнем происходит регистрация информации на электрохимическом носителе 33 путем его постоянной транспортировки ЛПМ 32. Если один из ключей 14 будет замкнут, то соответствующий ему порядковый импульс не пройдет на его выход и, следовательно, не будет сформирован импульс записи формирователем 23. Таким образом, для устранения избыточности, путем замыкания ключей элементов 14 коммутации можно выбрать только те каналы информации, которые необходимо зарегистрировать.

Для оцифровки полученной информации коды из служебного канала, соответствующие записи одной цифровой метки, запоминаются в блоке 24 памяти. После заполнения последнего, импульсы с блока 16 записи, вырабатываемые через каждые 0,6 - 0,7 мм движения электрохимической бумаги 33, через соответствующие блоки последовательно опрашивают блок 24 памяти. Сигналы с выхода последнего поступают на вторые входы знакогенератора 18, на первые входы которого поступает номер регистрируемой строки цифры. Знакогенератор 18 формирует на своих пяти выходах импульсы, требуемые для написания каждой цифры по отдельным строкам согласно сигналам на первых и вторых входах. Входные сигналы для отдельных строк каждой цифры определяются графическим представлением этой цифры на рис. 1.18. При завершении записи цифровой информации происходит очищение блока 24 памяти. Для записи буквенной информации, аналогично описанной цифровой, возможно использование дополнительного устройства, которое представлено в [31].

Графическое представление регистрируемых цифр

1 11 , 1 11111

1 1 т Т Т 1 Т I 11 т Т X и!

1 f Т1 Л! !

]

Заключение диссертации по теме «Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)», Тарануха, Владимир Прокофьевич

Основные результаты работы:

1. Проанализированы особенности построения и разработана структура программно-аппаратного комплекса, разработаны алгоритмы ввода информации, расчета и коррекции глубины и скорости геофизического прибора, а также программы выдачи из компьютера управляющей информации и ввода аналоговой информации в комплекс через интерфейсный блок согласования.

2. Создана универсальная система программного обеспечения, легко модифицируемая под конкретные требования и имеющая возможность расширения новым комплексом задач и процедур обработки; построена информационная модель системы в виде базы знаний, содержащей сведения о понятиях, отношениях и ограничениях предметной области; представлена сопроводительная информация в виде заголовков с возможностью их модификации, ввода и просмотра и измерительная информация в виде базы данных, позволяющей обрабатывать данные по скважинам, методам и измерениям.

3. Получено решение задачи определения удлинения троса в скважине при каротаже с помощью специальным образом подобранной замены переменных и применения обобщения метода Бубнова-Галеркина для нестационарных задач, эффективность которого заключается в возможности получения решения без неоправданно больших затрат; дана априорная оценка погрешностей аппроксимации точной задачи о колебаниях троса переменной длины.

4. Разработан ряд оригинальных устройств, которые обеспечивают повышение точности и надежности аппаратурной обработки информации, регистрации и ввода в компьютер геолого-геофизической информации, а также расширяют интеллектуальные возможности системы.

Заключение

В работе научно обоснованы разработки технологических и программных средств ИИИС ГИС для разведки нефтяных месторождений, осуществляющих преобразование аналоговых каротажных сигналов в цифровой код, запись его на машинные носители информации, фильтрацию, распознавание и редактирование полученной информации и регистрацию каротажных диаграмм, а также машинную обработку, геофизическую и геологическую интерпретацию данных.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тарануха, Владимир Прокофьевич, 1999 год

Список литературы

1. A.c. 838748, СССР, МКИ G 11 В 27/10. Способ измерения поперечной деформации движущегося ленточного носителя / В.Е. Лялин, А.И. Нистюк, K.M. Рагульскис (СССР). - № 2812553/18-10; Заявлено 03.09.79; Опубл. 1981; Бюл. № 22.

2. A.c. 1037300, СССР, МКИ G 06 К 15/14. Устройство для регистрации информации / В.Е. Лялин, И.Я. Липин, P.M. Гараев, А.И. Нистюк и В.А. Ци-ренщиков (СССР). - № 3438600/18-24; Заявлено 17.05.82; Опубл. 1983; Бюл. № 31.

3. A.c. 1080165, СССР, МКИ, G06 К 11/00. Устройство для считывания информации / В.П. Волокитин, P.M. Гараев, Г.В. Ирисов, В.Е. Лялин (СССР). - № 3536559/18-24; Заявлено 26.11.82; Опубл. 1984; Бюл. № 10.

4. A.c. 1080165 СССР, МКИ G 06 К 11/00. Устройство для считывания информации / P.M. Гараев, В.Е. Лялин, Г.В. Ирисов, В.П. Волокитин (СССР). - № 3536559/18-24; Заявлено 26.11.82; Опубл. 1984; Бюл. № 10.

5. A.c. 1084833 СССР, МКИ G 06 К 9/36. Устройство для селекции признаков при распознавании образов / В.Б. Гитлин, P.M. Гараев, В.Е. Лялин, П.Г. Кузнецов (СССР). - № 3517467/18-24; Заявлено 06.12.82; Опубл. 1984; Бюл. № 13.

6. A.c. 1092538 СССР, МКИ G 06 К 15/22. Устройство для вывода информации / В.Е. Лялин, Л.Е. Филиппова, P.M. Гараев, П.А. Кучин, А.И. Нистюк, Г.В. Васильев, Н.П. Боровиков (СССР). - № 474917/18-21; Заявлено 22.07.82; Опубл. 1984; Бюл. № 18.

7. A.c. 1118851 СССР, МКИ G06 К 15/12. Устройство для регистрации информации / В.Е. Лялин, П.Г. Кузнецов, P.M. Гараев, А.И. Нистюк, П.К. Бондарчук, Л.Е. Филиппова, В.А. Циренщиков, П.А. Кучин, И.Я. Липин (СССР). -№3517535/24-24; Заявлено 03.12.82; Опубл. 1985; Бюл. № 3.

8. A.c. 1136194 СССР, МКИ G 06 К 15/12. Устройство для регистрации информации / П.К. Бондарчук, P.M. Гараев, И.Я. Липин, В.Е. Лялин, В.А. Ци-

ренщиков (СССР). - № 3517535/24-24; Заявлено 03.12.82; Опубл. 1985; Бюл. № 3.

9. A.c. 1156104 СССР, МКИ G 06 К 9/36. Устройство для селекции признаков / P.M. Гараев, В.Е. Лялин, Н.П. Боровиков, А.И. Нистюк (СССР). - № 3570734/24-24; Заявлено 01.04.83; Опубл. 1985; Бюл. № 18.

10. A.c. 1164750 СССР, МКИ G 06 К 9/00. Устройство для выделения признаков при распознавании образов / B.C. Поздеев, П.Г. Кузнецов (СССР). - № •3678817/24-24; Заявлено 27.12.83; Опубл. 1985; Бюл.№ 24.

11. A.c. 1167644 СССР, МКИ G 11 В 5/02. Устройство для цифровой магнитной записи / В.Е. Лялин, P.M. Гараев, Н.П. Боровиков, A.B. Тарасов (СССР).

- № 3713984/24-10; Заявлено 21.03.84; Опубл. 1985; Бюл. № 26.

12. A.c. 1167644 СССР, МКИ G 11 В 5/02. Устройство для цифровой магнитной записи / P.M. Гараев, В.Е. Лялин, Н.П. Боровиков, A.B. Тарасов (СССР).

- № 3713984/24-10; Заявлено 21.03.84; Опубл. 1985; Бюл. № 26.

13. A.c. 1183998 СССР, МКИ G 06 К 15/14. Устройство для регистрации информации / P.M. Гараев, В.Е. Лялин, Н.П. Боровиков, A.B. Тарасов, И.Я. Ли-пин (СССР). - № 3743072/24-24; Заявлено 04.05.84; Опубл. 1985; Бюл. № 37.

14. A.c. 1257675 СССР, МКИ G 06 К 9/36. Устройство для селекции признаков при распознавании образов / B.C. Поздеев, П.Г. Кузнецов (СССР). - № 3839185/24-24; Заявлено 04.01.85; Опубл. 1986; Бюл. № 34.

15. A.c. 1275330 СССР, МКИ G 01 R 29/26. Устройство для автоматического измерения шумов / B.C. Поздеев, С.Л. Холзакова, П.Г. Кузнецов (СССР). -№ 3923268/24-21; Заявлено 08.07.85; Опубл. 1986; Бюл. № 45.

16. A.c. 1277204 СССР, МКИ G 11 В 27/10. Устройство для измерения деформации движущегося ленточного носителя записи / P.M. Гараев, В.Е. Лялин, А.Б. Соловьев, A.B. Тарасов (СССР). - № 3925440 /24-10; Заявлено 08.07.85; Опубл. 1986; Бюл. № 46.

17. A.c. 1361589 СССР, МКИ G 06 К 9/00. Устройство для распознавания образов / P.M. Гараев, В.Е. Лялин, П.Г. Кузнецов, B.C. Поздеев (СССР). - № 4101045/24-24; Заявлено 13.05.86; Опубл. 1987; Бюл. № 47.

18. A.c. 1441425 СССР, МКИ G 06 К 9/00. Устройство для селекции признаков при распознавании образов / P.M. Гараев, B.C. Поздеев, В.П. Тарануха (СССР). - № 4261160/24-24; Заявлено 15.06.87; Опубл. 1988; Бюл № 44.

19. A.c. 1465826 СССР, МКИ G 01 К 29/26. Устройство для автоматического измерения шумов / B.C. Поздеев, В.П. Тарануха (СССР). - № 4269739/2421; Заявлено 15.05.87; Опубл. 1989; Бюл. № 10.

20. A.c. 1536412 СССР, МКИ G 06 К 9/00. Устройство для распознавания образов / P.M. Гараев, В.Е. Лялин, B.C. Поздеев, В.П. Тарануха (СССР). - № 4298712/24-24; Заявлено 27.08.87; Опубл. 1990; Бюл. № 2.

21. A.c. 1064235 СССР, МКИ G 01 R 29/16. Устройство для автоматического измерения шумов / B.C. Поздеев, П.Г. Кузнецов (СССР). - № 2824661/24-21; Заявлено 18.05.82; Опубл. 1983; Бюл. № 44.

22. A.c. 1691887 СССР, МКИ G И В 27/10, 15/43. Устройство для измерения деформации ленточного носителя / В.Е. Лялин, А.Б. Соловьев, В.П. Тарануха (СССР). - № 4752949/10; Заявлено 25.10.89; Опубл. 1991; Бюл. № 42.

23. A.c. 622165 СССР, МКИ G И В 27/10. Способ измерения деформации движущегося ленточного носителя / Р.-Ю.Ю. Гульбинас, А.-А.П. Лаурутис, В.Е. Лялин, K.M. Рагульскис (СССР). - № 2457625/18- 10; Заявлено 04.03.77; Опубл. 1978; Бюл. № 32.

24. A.c. 718866 СССР, МКИ G И В 27/10. Способ измерения деформации движущегося ленточного носителя информации / A.B. Бачинскас, А.-А.П. Лаурутис, В.Е. Лялин, K.M. Рагульскис (СССР). - № 2653570/18-10; Заявлено 07.08.78; Опубл. 1980; Бюл. № 9.

25. A.c. 720500 СССР, МКИ G 06 В 27/10. Способ измерения продольной деформации движущегося ленточного носителя информации / A.B. Бачинскас, А.-А.П. Лаурутис, В.Е. Лядин, K.M. Рагульскис (СССР). - № 2653570/18-10; Заявлено 31.07.78; Опубл. 1980; Бюл. № 9.

26. A.c. 1258293 СССР, МКИ И 04 В 15/00. Шумоподавитель / A.B. Тарасов, P.M. Гараев, Ю.И. Бяков, В.Е. Лялин, А.И. Нистюк, A.B. Пьянков (СССР). -№ 3738766/24-09; Заявлено 04.05.84; Опубл. 1985; Бюл. № 37.

27. A.c. 1275531 СССР, МКИ G 11 В 5/09. Устройство для цифровой магнитной записи / P.M. Гараев, A.B. Тарасов, В.Е. Лялин, Н.П. Боровиков (СССР).

- № 3884082/24-10; Заявлено 15.04.85; Опубл. 1986; Бюл. № 45.

28. A.c. 1275490 СССР, МКИ G 06 К 9/00. Устройство для измерения параметров движения магнитной ленты / B.C. Поздеев, P.M. Гараев, В.Е. Лялин, А.Т. Круконис (СССР). - № 3924311/24-24; Заявлено 21.05.85; Опубл. 1986; Бюл. № 45.

29. A.c. 1295426 СССР , МКИ G 06 К 9/36. Устройство для классификации сигналов объектов / P.M. Гараев, B.C. Поздеев, В.Е. Лялин, И.А. Вахрушев (СССР). - № 3924781/24-24; Заявлено 08.07.85; Опубл. 1987; Бюл. № 9.

30. A.c. 1275495 СССР, МКИ G 06 К 15/14. Устройство для регистрации информации / P.M. Гараев, В.Е. Лялин, A.B. Тарасов, В.А. Циренщиков (СССР).

- № 3933963/24-24; Заявлено 22.06.85; Опубл. 1986; Бюл. № 45.

31. A.c. 1280603 СССР, МКИ G 06 F 3/02. Устройство для ввода информации / Г.П. Машковцев, A.B. Тарасов, P.M. Гараев, В.Е. Лялин (СССР). - № 3954264/24; Заявлено 17.09.85; Опубл. 1986; Бюл. № 48.

32. A.c. СССР, МКИ G 06 К 9/36. Устройство для селекции признаков при распознавании образов / B.C. Поздеев, P.M. Гараев, В.Е. Лялин (СССР). - № 3989146/24-24; Заявлено 10.12.85; Опубл. 1987; Бюл. № 17.

33. Александров В.В., Булкин Г.А., Поляков А.О. Автоматизированная обработка информации на языке предикатов. - М.: Наука, 1982.-101 с.

34. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное пособие / C.B. Якубовский, H.A. Барканов, Л.И. Ниссельсон и др.; Под ред. C.B. Якубовского,- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1984.-432 с.

35. Аппаратура и оборудование для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин: Справочник / A.A. Молчанов, В.В. Лаптев, В.Н. Моисеев, P.C. Челокьян. - М.: Недра, 1987.-263 с.

36. Боголюбов H.H., Митропольский Ю.А. Метод ускоренной сходимости в нелинейной механике. - Киев: Наукова думка, 1969.

37. Вайникно Г.М. Анализ дискретизационных методов. - Тарту, 1976.

38. Гавурин M.K. Лекции по методам вычислений. - М., 1971.

39. Гараев P.M. Регистрация геофизических сигналов многодорожечными цифровыми магнитными регистраторами. Аппаратура и технические средства. Удмуртский государственный университет им. 50-летия СССР. - Устинов, 1985.-39 е.- Деп. в ВИНИТИ 29.12.85, № 9015.

40. Гараев P.M., Ирисов Г.В., Лялин В.Е. Ввод непрерывно поступающей информации большого объема в ЕС ЭВМ. // Тезисы докладов Республиканской научно - практической конференции "Молодежь Удмуртии - ускорению научно - технического прогресса". - Устинов, 1985.-Ч.1. - С. 24-26.

41. Гараев P.M., Ирисов Г.В., Тарасов A.B. Автоматизация ввода данных геофизических исследований скважин в ЭВМ серии ЕС // Автоматизация и механизация трудоемких процессов. III Республиканской научной конференции молодых ученых "Молодые ученые Удмуртии - народному хозяйству": Тез. докл. - Устинов, 1984. - С. 58-59.

42. Геофизические методы исследования скважин. Справочник геофизика / Под ред. В.М. Запорожца. - М.: Недра, 1983.-591 с.

43. Горошко O.A., Савин Г.Н. Введение в механику деформируемых однородных тел переменной длины. - Киев: Наукова думка, 1971,- 224 с.

44. Джермейн К. Программирование для ЕВМ/360,- М.: Мир, 1978.

45. Журавлев П.А. К сравнительной оценке теоретических методов определения динамических усилий в шахтных подъемных канатах // Стальные канаты, 2. - Киев: Технпса, 1965.

46. Загребин Л.Д., Лялин В.Е., Гараев P.M. Импульсный метод диагностики теплофизических свойств материалов микроэлектроники // Электрофлуктуа-ционная диагностика материалов и изделий микроэлектроники // Материалы второго научн.-техн. семинара - Казань, 1983. - С./68-70.

47. Зумерис И.М. Разработка и исследование методов и средств оценки качества функционирования аппаратов точной магнитной записи: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - Каунас, 1982. - 19 с.

48. Изделия электронной техники и электротехники. Механические и кли-

матические воздействия. Требования и методы испытаний. ГОСТ 16962-71,-М.: Издательство стандартов, 1978.

49. Кириличев A.M. Основы вычислительной техники: Учебник для техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1988.-350 с.

50. Красносельский М.А., Вайникно В.Я., Забрейко П.П., Рубицкий Я.Б., Стеценко В.Я. Приближенное решение оперативных уравнений. - М., 1969.

51. Лебедис Р.П. Разработка и исследование методов и приборов технического диагностирования лентопротяжных механизмов аппаратов магнитной записи: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - Каунас, 1981.-20 с.

52. Лялин В.Е., Сметанина Л.П., Тарануха В.П. О продольных колебаниях троса с подвешенным на конце измерительным прибором // Вестник Удмуртского гос. Университета. - 1994. - № 8,- С. 54-59.

53. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. Пер. с франц. - М.: Мир, т.1. Основные принципы и классические методы, 1983. - 312с.; т.2. Техника обработки сигналов. Применение. Новые методы, 1983.- 256 с.

54. Митропольский Ю.А. Лекции по методу усреднения в нелинейной механике. - Киев: Наукова думка, 1966.

55. Михлин С.Г. Некоторые вопросы теории погрешностей // Ленинградский университет. - 1988.-333 с.

56. Неронов Н.П. О напряжениях в подъемном канате. - ПММ, 1936, 1,1.

57. Нистюк А.И. Синтез лентопротяжных механизмов по частотным спектрам как диссипативных колебательных систем: Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Каунас, 1983.-22 с.

58. Нистюк Т.Ю., Наймушина А.Г. Математическое обеспечение ввода и обработки данных геофизических исследований для последующей обработки и интерпретации в системе АСОИГИС // В кн.: Республиканская научно-практическая конференция "Молодежь Удмуртии - ускорению научно - технического прогресса": Тез. докл. - Устинов, 1985, ч. 1. - С. 4-6.

59. Обработка и интерпретация данных промысловых геофизических ис-

следований на ЭВМ: Справочник / H.H. Сохранов, С.М. Аксельрод, С.М. Зун-делевич, И.М. Чуринова; Под ред. Н.Н.Сохранова. - М.: Недра, 1989.-240 с.

60. Опытно-методические работы по совершенствованию методов и средств записи, документирования, передачи и обработки каротажных данных с помощью ЭВМ: Отчет о НИР /Удмуртское производственное геологическое объединение, Ижевский механический институт; Рук. В.Е. Лялин; Исп. В.Е. Лялин, П.К. Бондарчук, В.П. Тарануха и др. - № ГР 32-86-19/43; Инв. № 2030. -Ижевск, 1988.-108 с.

61. Рейнберг М.Г. Электростатическая запись. - М.: Энергия, 1974. -208с.

62. Словарь терминов разведочной геофизики / В.Н.Боганик и др.; Под ред. А.И. Богданова. - М.: Недра, 1989:-183 с.

63. Сметанина Л.П., Тарануха В.П. К задаче динамики объекта переменной длины // Тез. докл. III Российской университетско-академическая научно-практической конференции (Ижевск, 1997). 4.5. - Ижевск: Удмурткий гос. университет, 1997. -С.151-152.

64. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. - М.: Мир, 1982.-512 с.

65. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. -М.: Энергоатомиздат, 1990.-320с.

66. Хусаинов Б.С. Программирование ввода-вывода в ЕС ЭВМ на языке Ассемблера. - М.: Статистика, 1980.-264 с.

67. Шехтер Р. Вариационный метод в инженерных расчетах. - М.: Мир, 1975.-293 с.

68. Scott Ed. Goetschel Dan. One check bet per word can correct multibit errors. Electronics, 1981, v.54, № 9, -P. 130-134.