Алгоритмы поиска неисправности локационной системы ГНБ в «полевых условиях»

Нестабильная работа локационной системы для ГНБ в полевых условиях является основной и постоянной причиной «головной боли» операторов в совокупности со значительными потерями рабочего времени. Кроме прямых отказов техники, существуют два основных источника нестабильной работы локационных систем: искажение линий магнитного поля от зонда и уровень электромагнитных помех от промышленного оборудования в зоне бурения. В статье приведены алгоритмы анализа нестабильной работы локационной системы с целью выявления истинной причины ошибок измерений или отказов техники. Результаты работы представлены в виде набора рекомендаций выявления причины нестабильности в показаниях локатора.

Принцип функционирования локационной системы

Рисунок 1. Принцип функционирования локационной системы

Вычисление расстояния происходит путем измерения напряжения на вторичной обмотке «пространственного трансформатора», первичной обмоткой возбуждения которого является ферритовая антенна, размещаемая в зонде.

Создаваемое зондом переменное магнитное поле по форме (в идеальных условиях — в свободном пространстве) представляет собой «бублик», вместо «дырки» у которого расположен зонд. Локационные системы первых поколений, такие как Spot-D-Tec, RD-385, измеряют только напряженность магнитного поля. По максимуму напряженности определялась точка стояния над зондом на поверхности земли, т.е. координаты буровой головки.

Следующее поколение локационных систем, например SubSite 750/752, определяет уже несколько параметров «бублика». То же позволяют локаторы серии MARK, но параметры контролируются дифференциальным способом (основной патент локаторов MARK), что дает возможность использовать метод расчета глубины положения зонда по расстоянию между передней и задней «точками локации». Но конструктивные ограничения позволяют проводить измерения координат только в одной из плоскостей «бублика». Для получения дополнительной информации о координатах зонда требуется или переключение плоскости измерения (SubSite), или поворот локатора (MARK).

К последнему поколению локационных систем относятся локаторы ECLIPSE, SE, F2, F5 фирмы DCI (Digital Control Inc., США). К этому же классу относятся появившиеся на рынке локаторы серии GL производства компании NGLEI (Ningbo Golden Land Electronics Inc., Китай). Отличие перечисленных систем от других заключается в более полном и глубоком анализе магнитного поля зонда в месте локации за счет использования дополнительной приемной магнитной антенны. Тем же свойством обладают локационные системы СНС-200 производства компании «СЕНСЕ», Ульяновск.

Анализ ситуации и алгоритмы поведения, если с локационной системой «что-то не так»

Метод разделения путей поиска неисправности

В первую очередь операторы локационных систем обращают особое внимание на ситуацию, если по непонятной причине показания глубины или данных на экране дисплея локатора вдруг начинают отличаться от ожидаемых. С чем это связано?

Следует четко представлять, что параметры глубины, положения точек и линии локации определяются исключительно локатором. За достоверность отображаемых данных наклона, часов «ответственен» зонд. Общим фактором, влияющим на точность работы локационной системы, является уровень промышленных помех в точке бурения. Это утверждение относится как ко всем системам компании DCI, так и к системам под торговыми марками RADIODETECTION, GL, SNS.

Частным исключением являются системы под торговой маркой SubSite. В них неустойчивые показания глубины могут являться следствием нестабильной работы зонда, связанным с механическим повреждением ферритовой антенны.

Отдельно необходимо выделить неисправности канала передачи данных от локатора к повторителю (удаленному дисплею) на буровой установке, проявляющиеся в отсутствии или нестабильном отображении данных на дисплее повторителя.

Проявление неисправности или неустойчивой работы системы «Зонд — Локатор»

Рисунок 2. Алгоритм поиска неисправности работы системы «Зонд — Локатор»

Уровень помех — оценка ожидаемой глубины устойчивой работы (I, II, III, IV)

В условиях города практически никогда не выполняется требование на допустимый уровень помех. Поэтому, какой бы вид нестабильности в связке «зонд-локатор» не проявлялся, необходимо проверять уровень помех. Для систем компании DCI (MARK, ECLIPSE, SE, F2, F5) рекомендованный уровень не более 150 условных единиц. При 300...350 единицах дистанция устойчивой работы не превышает 5...6 метров.

Включение зонда — проверка его работоспособности (I, III, IV)

Рабочий режим зонда (включение) проверяется изменением расстояния «зонд — локатор». Величина уровня сигнала на дисплее локатора должна прогнозируемо меняться: при приближении — увеличиваться, при удалении — уменьшаться.

Уровень сигнала, уровень сигнала плюс помеха — проверка, что зонд имеет заявленную мощность (I, II, IV)

На дистанции 3 метра показания уровня сигнала на дисплее локаторов MARK, ECLIPSE, SE, F2, F5 должны быть не меньше 530 единиц. Помеха может увеличивать уровень сигнала от зонда на несколько десятков единиц, но это при уровне помехи, значительно превышающем 150 единиц (проверяется при выключенном зонде).

Установка режима приема локатора — каждому типу зонда свои установки в меню локатора (I, II, III, IV)

Если величина сигнала при калибровке меньше, чем 530 единиц — например, 350...390 единиц, то проверяется соответствие установленной частоты приема сигнала на локаторе режиму работы зонда (например, для зонда FX12 в меню локатора F2 должна быть выбран маркер «F Series» для зондов и далее зонд «F12». Если установки в меню не помогают и нет однозначного изменения уровня сигнала при изменении расстояния «зонд — локатор», то велика вероятность, что зонд неисправен. Обратите внимание, что зонды FX12 и EC12 (кабельный) требуют установки разных пунктов меню для корректного отображения данных телеметрии.

Уровень сигнала на дисплее локатора «SubSite» контролируется по количеству горизонтальных и вертикальных черточек вверху экрана: при калибровке количество горизонтальных черточек (показатель коэффициента усиления) для зонда 86B должно быть не более трех, для зонда 86BH, 86BHL — не более двух.

Многоточечная калибровка — проверка искажения силовых линий поля (III)

Чем больше мест положения локатора над землей используется для анализа положения зонда под землей, тем лучше прогноз возможных ошибок навигации при нестабильной работе локатора. При наличии большого количества металла в районе трассы бурения форма магнитных силовых линий от зонда будет искажена, что повлечет неверное определение координат зонда. Для оценки степени искажения линий магнитного поля применим метод сравнения уровня сигнала в точках локации и точках, расположенных симметрично относительно направления бурения. Неравенство разности уровня сигналов характеризует наличие большого количества металла в зоне бурения.

Можно использовать вспомогательный метод анализа ошибки при измерении глубины залегания зонда, эквивалентный калибровке локатора по двум точкам. В расчетной точке над зондом, полученной путем стандартной процедуры определения координат зонда, поднимите локатор на один метр. На дисплее расстояние тоже должно измениться на один метр. Если изменения больше, то зонд реально находится ближе к поверхности, чем показывает прибор, и наоборот, если изменения расстояния меньше одного метра, то зонд находится глубже. Оба случая требуют дополнительного анализа искажения магнитного поля зонда для получения более достоверных значений глубины.

Выявление неисправности/неустойчивой работы системы «Зонд — Повторитель»

Рисунок 3. Алгоритм поиска неисправности работы системы «Локатор — Повторитель»

Не включается повторитель (I)

1. Заряд батареи — поменяйте батарею
Найдите возможность для проверки элементов питания или аккумуляторов (тестер или индикаторы на самом аккумуляторе — F2, F5), применяйте заряженные аккумуляторы или свежие элементы питания.

2. Установка батареи питания — не путайте полярность.
В большинстве типов локаторов и повторителей есть защита от переполюсовки батареи. Ошибка с полярностью в локаторе «SubSite» приведет к выходу его из строя. Питание повторителей «SubSite» и ECLIPSE от бортовой сети 24 В не допускается, предельно допустимое напряжение на этих повторителях не выше 16 В.

3. Чистота контактов — залог «здоровья» локаторов / повторителей.
Пыль от буровых смесей совместно с влагой, попадая на контактные площадки или пружины в батарейных отсеках приборов, вызывают быструю и разрушительную коррозию металлических поверхностей и, как следствие, отказ приборов.

Нет информации на дисплее повторителя (II)

1. Появление/отсутствие показаний на повторителе вблизи локатора — признак отсутствия сопряжения параметров приборов или проявление неисправности одного из них
Если информация появляется на повторителе вблизи локатора, то это признак или потери мощности передатчика в локаторе, или потери чувствительности в приемнике телеметрии в повторителе. Если вообще нет отображения на повторителе даже рядом с локатором, то причиной может быть или неисправность передатчика/приемника, или несовпадение режимов работы (частотный регион, частотный канал, тип системы локации).

2. Сопряжение локатор — повторитель
Несовпадение режимов работы (частотный регион, частотный канал, тип системы локации) устраняется настройкой параметров повторителя. Сопряжение передатчика локатора и приемника повторителя включает:

1. выбор системы локации (MARK, ECLIPSE, F2, F5 для мультифункционального повторителя);
2. выбор региона телеметрии (US, UK, AU, CH для мультифункционального повторителя);
3. частотный канал («1»-«4», но для SubSite 752 «1»-«9» и только с повторителем SubSite 752D);
4. вспомогательный параметр TELEMODE («А» или «В» для ECLIPSE).

Опыт показывает, что установки режимов многофункционального повторителя иногда по непонятной причине (помехи от ЛЭП?) «слетают» и требуется проводить повторное сопряжение приемника и передатчика по каналу телеметрии.

Информация на дисплее повторителя заведомо ложная или пропадает (III)

1. Проверьте, устойчивость показаний на дисплее повторителя на разных расстояниях от локатора
Если вблизи локатора информация на повторителе появляется, то это признак или потери мощности передатчика в локаторе, или потери чувствительности в приемнике телеметрии в повторителе. Следующим шагом является локализация неисправности.

2. Подключение/отключение антенны на повторителе в зоне неустойчивой работы канала телеметрии
При существенном приращении дальности устойчивой работы при подключении антенны к повторителю велика вероятность локализации неисправности в передатчике локатора. Если увеличения дальности нет или оно незначительно, то ожидаемая неисправность локализована в приемнике повторителя.

3. Сопряжение локатор — повторитель следует контролировать при любых странных показаниях канала телеметрии
Опыт показывает, что при работе в зонах с высоким уровнем электромагнитных помех (ЛЭП, электроподстанции) происходит самопроизвольный сброс установок режимов на многофункциональных удаленных дисплеях — повторителях. Несовпадение режимов работы (частотный регион, частотный канал, тип системы локации) устраняется настройкой параметров повторителя. Сопряжение передатчика локатора и приемника повторителя включает (последовательность важна):

1. выбор системы локации (MARK, ECLIPSE, F2, F5 для мультифункционального повторителя);
2. выбор региона телеметрии (US, UK, AU, CH для мультифункционального повторителя);
3. частотный канал («1»-«4», но для SubSite 752 «1»-«9» и только с повторителем SubSite 752D);
4. вспомогательный параметр TELEMODE («А» или «В» для ECLIPSE).

Для ECLIPSE в меню отображение режима «TeleMode A» обозначает готовность к переключению на Моду А, т.е. включен режим «TeleMode B».

4. Проверка с использованием другого (второго) повторителя — последняя «соломинка»
Если есть возможность временно, только для проверки, «занять» повторитель и/или локатор, той же, что и Ваша системы, это существенно сократит время на локализацию нестабильности или неисправности. Но не забывайте о необходимости проверки приборов на совместимость (сопряжение приборов).