Регистратор пенетрационного каротажа


Главная » Статьи » Регистратор пенетрационного каротажа

ПРИБОРЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

РЕГИСТРАТОР ПЕНЕТРАЦИОННОГО КАРОТАЖА
(Для инженерных изыскательных работ в полевых условиях)

Александр Дзюба, канд. техн. наук, Ирина Лисенкова, Александр Петрович, канд. техн. наук

В статье рассмотрен безбумажный цифровой регистратор, построенный на базе встроенного промышленного компьютера и измерительных модулей в стандарте РС/104. Регистратор в составе пенетрационной станции непрерывно по глубине производит по пяти каналам раздельное и одновременное измерение, визуализацию и сбор данных квазистатического зондирования и радиометрического каротажа.

Одним из направлений деятельности ОАО «МНИПИ» (ранее – Минский научно-исследовательский приборостроительный институт) является создание безбумажных измерительных регистраторов для сбора, обработки и визуализации параметров различных технологических процессов.
В ОАО «МНИПИ» для УП «Геосервис» разработан и изготовлен регистратор пенетрационного каротажа РПК-2 для инженерных изыскательных работ в полевых условиях.
Для получения исходной информации в цифровом виде о строении и свойствах пород в условиях их природного залегания регистратор в составе пенетрационной станции производит раздельное и одновременное измерение, визуализацию и сбор данных квазистатического зондирования и радиометрического каротажа.
При квазистатическом зондировании путем вдавливания зонда в грунт (пенетрации) обеспечивается непрерывное с заданной дискретностью по глубине измерение лобового и бокового сопротивления зонда об грунт.
При радиометрическом каротаже реализованы методы, основанные на измерении естественных и искусственных радиоактивных излучений с целью изучения ядерных свойств грунтов.
В регистраторе независимо реализовано три метода радиоактивного каротажа:
?    гамма-каротаж (ГК) – метод измерения и регистрации естественной гамма-активности рыхлых пород, численные значения которой используются для литологического расчленения песчано-глинистых пород при их интерпретации на персональном компьютере (ПК);
?    гамма-гамма-каротаж (ГГК) – метод измерения и регистрации интенсивности рассеянного гамма-излучения, полученного с помощью дополнительного источника гамма-излучения и служит для определения плотности пород – объемной массы;
?    нейтрон-нейтронный-каротаж (ННК) – реализован по методу измерения и регистрации плотности тепловых нейтронов и служит для литологического расчления рыхлых пород по водосодержанию.
На рисунке 1 приведен внешний вид регистратора РПК-2. В зависимости от используемого зонда прибор поставляется с блоком коммутации, в частности для зонда, изготавливаемого УП «ГЕОСЕРВИС» с БК-1. 

Рисунок 1. Внешний вид регистратора РПК-2 с блоком коммутации БК-1

Прибор предназначен для работы в составе пенетрационной станции при температуре воздуха от минус 10 до 40?С при относительной влажности не более 80% при 35 ?С.
Электрическое питание прибора осуществляется от внешней 12 В аккумуляторной батареи напряжения постоянного тока. Мощность, потребляемая прибором вместе с зондом, не более 20 Вт. Степень защиты оболочки прибора от попадания пыли и воды IP 54 ГОСТ 14254-96.
Конструктивно регистратор РПК-2 выполнен из двух разборных частей: дисплея, гермоблока СТ 5  5-ти дюймого РС/104 конструктива с доработанной панелью СТ-Е001 фирмы TRi-М.
В СТ 5 установлены промышленный компьютер РСМ-3375F фирмы Advantech и измерительные модули. Дисплей выполнен на базе 10,4 дюймого цветного TFT-модуля с разрешающей способностью 640х480 пикселей.

Основные технические характеристики регистратора РПК-2

•    Измерение сигналов от тензометрических датчиков:
- канал R – сопротивление грунта под наконечником зонда – шкала в милливольтах или в МПа;
- канал Т – сопротивления грунта по боковой поверхности зонда – шкала в милливольтах или в кПа.
•    Измерение частоты следования импульсов по трём радиометрическим каналам:
    - канал «гамма-каротаж» (ГК) – измерение естественной радиоактивности грунта – шкала импульсов в секунду;
    - канал «гамма-гамма-каротаж» (ГГК) - измерение искусственных гамма-полей – шкала импульсов в секунду;
    - канал «нейтрон-нейтронный-каротаж» (ННК) - измерение плотности тепловых потоков нейтронов – шкала импульса в секунду.
•    Измерение глубины погружения зонта с программируемым интервалом дискретизации –
0,05, хххх,хх – шкала в м.
•    Относительная погрешность измерения частоты не более 10-4 при времени счёта 1 с.
•    Запись, измеряемых величин на внутреннюю флэш-карту, с привязкой к глубине по сигналам датчика глубины погружения по заданному интервалу дискретизации.
•    Прибор обеспечивает тарировку каналов R и Т в шкалах МПа и кПа соответственно и сохранение тарировочных коэффициентов для последующего использования на ПК.

    Основные технические характеристики блока коммутации БК-1

•    Выдача напряжения питания зонда 24/1А.
•    Визуальный контроль наличия питания зонда и нагрузки.
•    Формирование сигналов глубины погружения «вверх» - «вниз» в автоматическом и ручном режимах работы.

•    Формирование частотных сигналов ГК, ГГК и ННК, поступающих из зонда
Габаритные размеры дисплея – 280х208х40 мм
Габаритные размеры гермоблока СТ5 – 240х130х120
Общая масса – 2,0 кг
Габаритные размеры блока коммутации БК-1 – 220х145х60 мм
Масса – 0,5 кг
    Основные функции прибора описаны с помощью рисунков 2-10 

Рисунок 2. Окно, появляющееся после запуска управляющей программы

        Управление и настройки прибора можно производить с помощью виртуальной клавиатуры или клавиатуры и манипулятора типа «мышь», которые могут быть подключены через порт «РS/2». 

Рисунок 3. Управление с помощью виртуальной клавиатуры

        После проведения установок по идентификации объекта исследований производят «старт» (рисунок 4). 

Рисунок 4. Регистратор готов к измерениям

        Для визуализации измерительной информации используется графический или цифровой экраны (рисунок 5 и 6). Графическое представление может быть изображено диаграммами: все в одной зоне или каждая в одной зоне.  
        
Рисунок 5. Графическое отображения каналов каждый в одной зоне в зависимости от глубины 

Рисунок 6. Цифровое представление результатов измерений в зависимости от глубины

        После окончания измерений производят сохранение их результатов нажатием на кнопку «Запись в файл» - рисунок 5 и 6.
        Для работы с файлами последнего объекта можно воспользоваться кнопкой «Просмотр файлов» - рисунок 4. Выбранный файл можно просматривать в табличном и графическом виде и скопировать на USB-флэш-карту в «горячем режиме», а также удалить по паролю.
        Пользовательское «меню» приведено на рисунке 7.

Рисунок 7. Меню
        
        Для работы с архивами после выбора строки «Просмотр архива» открывается таблица со всеми исследованными объектами, хранящимися на внутренней флэш-карте – рисунок 7. 

Рисунок 7. Работа с данными архива

        Выбранный файл можно просмотреть в табличном и графическом виде. 

Рисунок 8. Табличный и графический просмотр результатов измерений

        В таблице рисунка 8 приведены шкалы по каналам R и Т в милливольтах, по каналам ГК, ГГК и ННК – импульсов в секунду, глубина в метрах. 

Рисунок 9. Настройки пользовательские

    Пользователь имеет возможность произвести настройку цвета канала и экрана дисплея, установить границы шкалы измерения – рисунок 9.
    В режиме «калибровка» производится калибровка тензометрических каналов R и Т по напряжению.
    В режиме «тарировка» производится тарировка каналов R и Т совместно с зондом с помощью динамометра домкрата. 

Рисунок 10. Тарировка

    Тарировка каналов ГК, ГГК и ННК прибора как таковая не проводится и ограничивается поверкой (калибровкой) перечисленных частотных каналов, относительная погрешность частоты измерения которых не более 10-4 при времени счета 1 сек.
    Однозначно проводится тарировка радиометрических каналов зонда в лабораторных условиях на специальных стендах с применением различных эмпирических методов. Полученные эмпирически тарировочные коэффициенты используют для формирования шкал физических величин: мкР/ч – уровень естественной радиации, г/м3 – плотность грунта, % - содержание влаги. Результаты измерений из регистратора переносят на ПК через USB флэш-карту для их дальнейшей обработки на ПК с учетом шкал физических величин.

    ВЫВОДЫ
    Регистратор пенетрационного каротажа РПК-2 может быть адаптирован для автоматизации различных прикладных задач геофизики, в частности, для изучения геофизических разрезов скважин, связанных с поисками, разведкой и разработкой месторождения полезных ископаемых.
    При геофизических исследованиях на каналы пенетрационного зондирования могут быть подключены канала для измерения других физических величин: кажущегося электрического сопротивления, сопротивления заземления, потенциала собственной и вызванной поляризации. Характер изменяющихся параметров может регистрироваться по глубине с минимальной дискретизацией 5 см раздельно и одновременно  и записываться во внутреннюю флэш-карту, а затем выборочно считываться на внешнюю USB-флэш-карту для последующей обработки на ПК.



Версия для печатиВерсия для печати