Метрологическое обеспечение бескабельных телеизмерительных систем

Решетников П.М.

Задачи метрологического обеспечения

Телеметрические системы и технические средства метрологического обеспечения ГИС (МОГИС) являются обязательными для обеспечения достоверности результатов измерений в вертикальных и наклонно-направленных скважинах, выполненных различными экземплярами и конструкциями приборов.

Контроль за единством измерений на предприятиях и в организациях службы ГИС обеспечиваются головными и базовыми организациями по метрологии в области ГИС, а также территориальными центрами или лабораториями государственного надзора за стандартами и измерительной техникой.

Измерения в процессе бурения технологических параметров с целью оптимизации процесса бурения должны проводиться датчиками, аттестованными как средства измерений. Это естественно предполагает то, что первичные преобразователи измерения осевой нагрузки на долото, крутящего момента на долоте, продольных и поперечных вибраций бурового инструмента, температуры, расхода промывочной жидкости также как и датчики угловых перемещений, должны быть метрологически обеспечены.

Установки для поверки и их калибровки названных преобразователей должны регулярно аттестовываться региональными службами Госстандарта РФ.

Метрологическое обеспечение инклинометрии

Инклинометрия занимает одно из самых существенных положений в проводке и документировании траектории наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Повышение требований к точности проводки таких скважин потребовали разработки более точных систем инклинометрии (телесистем, встраиваемых в буровой инструмент и автономных приборов, спускаемых на бурильных трубах). Требуемая точность современных систем: ±0.1° по зенитному углу в диапазоне 0 - 180° и ± 0,25-0,5° по азимутальному углу в диапазоне 0 - 360°.

Причём в связи с тем, что инклинометрические высокоточные датчики, встраиваемые в буровой инструмент, и датчики, работающие в непрерывном режиме в автономных приборах работают в условиях повышенных вибраций и ударов, чувствительные элементы инклинометрических систем строятся на совершенно других принципах измерений гравитационного, магнитного поля Земли с неподвижными акселерометрами и магнитомодуляционными датчиками скорости вращения Земли (гироскопические на датчиках угловой скорости).

Разработанная методика калибровки (поверки) инклинометров различного типа и программное обеспечение позволяют за 40 - 50 мин. провести поверку комплекта инклинометра во всём диапазоне рабочих углов и выдать результаты поверки в виде таблиц и графиков погрешностей.

Установка для тарировки (рис.4.1.) модуля инклинометричских преобразований-УНИИП-2М

Рис. 4.1. Установка для тарировки модуля инклинометрических преобразований-УНИИП-2М

Метрологическое обеспечение измерений осевой нагрузки и вибраций

В качестве стенда для калибровки датчиков осевой нагрузки телесистем или автономных приборов используется жесткая металлическая рама для установки датчика в виде калиброванной титановой или алюминиевой (сплавной) бурильной трубы с размещенными в качестве чувствительных элементов тензорезисторов, включенных по мостовой схеме. Под действием нагрузки, создаваемой аттестованными перегрузами или подачей давления в гидроцилиндр с известными параметрами по показаниям аттестованного манометра можно рассчитать силу, действующую на датчик осевой нагрузки. Измеряя напряжение разбаланса моста тензорезисторов при приложении силы, через определенные промежутки шкалы нагрузки составляется калибровочная кривая, которая закладывается в память ПЭВМ для оперативного вычисления значений нагрузки.

Более простым способом калибровки датчика осевой нагрузки является использование индикатора веса, который устанавливается между плоскостью (торцом) отрезка трубы и верхней частью рамы. В качестве такого калибратора могут служить аттестованные динамометрические датчики.

Шкала поверяемого датчика осевой нагрузки строится в виде графика зависимости Uвых=f(P), используемая в дальнейшем для измерения осевой нагрузки в скважине.

Калибровка датчиков измерения вибраций производится на вибростенде (рис.4.2) типа АЭДС-200, на котором задаются частота и уровень вибраций. Частота вибраций измеряется аттестованным частотомером Ч-3-33, амплитуда—аттестованным датчиком типа АП-1, устанавливаемого и жестко закрепленного на рабочей диафрагме, рядом с испытываемым акселерометром.

Метрологическое обеспечение естественной гамма активности

Метрологическое обеспечение измерительных каналов аппаратуры радиоактивного каротажа ввиду его малой глубинности может быть полностью использовано при поверке аппаратуры РК горизонтальных скважин независимо от вида регистрации естественного или искусственно созданного поля ионизирующих излучений.

В зависимости от вида измеряемого параметра возможно выделение трёх вариантов систем метрологического обеспечения аппаратуры РК в ГС:

1) МО измерений характеристики полей ионизирующих излучений (потоки нейтронов или гамма-квантов, пространственное, временное и энергетическое распределение);

2) МО измерений свойств среды (горных пород) (электронная плотность, эффективный атомный номер, параметры замедления и поглощения нейтронов и т.д.);

3) МО измерений содержаний элементов.

Градуировку и поверку аппаратуры ГК осуществляют с использованием образцовых точечных гамма-источников и поверочных дозиметрических установок типа УПГД-2, УПЛ-1 или ПУ-ГК. На рис.4.3 показано аттестованное и сертифицированное устройство калибровки интегрального канала ГК.

Комплект ГСО-ЕРЭ для калибровки СГК включает пять моделей пластов, пересечённых скважиной: три монолитные модели с разными значениями содержаний, фоновую модель (СО-ЕРЭ-Ф) с содержанием ЕРЭ на уровне нижних границ и одну смешанную модель ЕРЭ (СО-ЕРЭ-Ф) со значениями ЕРЭ внутри рабочего диапазона.

В разрезе эталонных скважин для поверки аппаратуры СГК должно быть не менее 10 опорных пластов мощностью не менее 1 м.

Канал ГК должен калиброваться на специализированном стенде с помощью образцового источника гамма-излучения радий-226 по типовой методике градуирования.

Измерительный канал наддолотного модуля обеспечиваются индивидуальными характеристиками, получаемыми на соответствующих калибровочных стендах. Калибровка производится не реже 1 раза в год. Для повышения достоверности измерений определение метрологических характеристик модуля рекомендуется осуществлять перед выездом на скважину и по завершению проводки скважины.

Метрологическое обеспечение измерительных каналов аппаратуры электрического каротажа

Система МО скважинных измерений удельного электрического сопротивления горных пород rп аппаратурой на бурильных трубах в процессе бурения аппаратурой электрического каротажа наряду с оценкой электрического канала по напряжению на входе измерительных датчиков, задаваемых имитатором сигналов, включают два уровня: первый - контроль нормированной метрологической характеристики (НМХ) скважинной аппаратуры; второй - контроль (аттестация) МВИ параметра rп. В первом случае оцениваются характеристики инструментальной составляющей погрешности измерений, во втором - характеристики методической составляющей погрешности измерений.

При выполнении скважинных измерений rп сначала методом прямых измерений измеряют кажущееся удельное электрическое сопротивление rк.

Инструментальные составляющие погрешности обусловлены несовершенством не только средств измерений СИ параметра, но и скважинных резистивиметров (СИrс), включая разброс геометрических характеристик зондов, влияние давления и температуры и др.

Динамические погрешности в аппаратуре электрического каротажа сводятся до уровня несущественных путем правильного выбора частоты квантования по времени измеряемого сигнала rк.

Исходное образцовое средство, используемое для градуировки и поверки образцовой аппаратуры ЭК для ГС, представляет собой ёмкость, заполненную однородным по составу раствором хлористого натрия с такими минимальными размерами, что при их увеличении не наблюдается изменений показаний поверяемой аппаратуры.

В качестве образцовых СИ предусмотрены стандартные образцы (СО) с диапазоном r от 0,1 до 100 Омм. Измерение электрического сопротивления раствора осуществляется образцовым лабораторным кондуктометром КЛ-1-2, КЭЛ-3 или КЛБ.

Разработанные имитаторы реализованы в поверочных установках УПЭК-1 (НПФ «Геофизика», г. Уфа) и УП-ПЭК (ВНИГИК, г. Тверь).

Аттестацию микрозондов (градиент-микрозонд А0,25M0,025N; потенциал-микрозонд A0,05N; двухэлектродный зонд бокового каротажа) проводят на установках УПЭК-1 и УП-ПЭК в диапазоне r от 0,1 до 50 Омм.

Установка предназначена для поверки приборов ЭК (КСП, АБКТ, ТБК, МДО, АИК, ПИК-1М, БИК, приборы серии Э) и обеспечивает поверку полного измерительного канала или скважинного прибора отдельно с наземной панелью, встроенной в пульт.

Техническая характеристика

Диапазон имитации значений сопротивлений для средств измерений, Омм:

контрольных............................................................…………. 0,1-1000

индукционных...............................................................……... 0,2-200

Предел основной погрешности средств измерении, %:

контактных.......................................................……………… ±0,5

индукционных...................................................……………... ±1,2

Нескомпенсированность реактивной составляющей комплексного сопротивления внешнего эквивалента образцовой меры, %............................................……………. £0,5

Коэффициент гармоник, %...................................…………... £5

Частота тока питания, Гц.......................................………….. 50±1

Напряжение питания, В........................................... …………. 380/220±5%

Потребляемая мощность тока, Вт.............................……….. 3,5

Рабочие СИ индукционного каротажа поверяются методом прямых измерений с помощью имитаторов r (тест - колец), входящих в состав поверочной установки УПЭК-1 или поверочной скважины.

Следует заметить, что центрирование зонда электрического каротажа телесистем и автономных приборов прибора по оси скважины — происходит автоматически, что повышает точность отсчётов.

Поверка аппаратуры электромагнитного каротажа производится при перемещении генератора высокой частоты (ГВЧ) и не вызывает каких-либо трудностей.

Список литературы

1. А.А. Молчанов, Г.С. Абрамов. Бескабельные системы для исследований нефтегазовых скважин (теория и практика). /Под общей редакцией А.А. Молчанова– Москва: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2003.—450 с.

2.Молчанов А. А., Абрамов Г. С., Терехов Г. В. Электромагнитный канал связи «забой-устье», Наука в СПГГИ (ТУ), № 2, 1999, Санкт-Петербург.

3.Молчанов А. А., Абрамов Г. С., Сараев А. А. Телеизмерительные системы с электромагнитным каналом связи для проводки и геофизических исследований наклонно-направленных и горизонтальных скважин Западной Сибири (опыт применения и перспективы). НТВ АИС «Каротажник», №59,1999.—С.85-91.

4.Абрамов Г. С., Барычев А. В., Камнев Ю. М., Молчанов А. А., Сараев А. А., Сараев А.Н.Опыт эксплуатации и перспективы развития забойных инклинометрических систем с электромагнитным каналом связи. НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности», №1-2, 2001г., с.23-26.

5.Харкевич А. А. Борьба с помехами.—М.: Наука, 1965.—212 с. с ил.

6.Чупров В. П., Епишев О. Е., Якимов В. А., Камоцкий В. А., Григорьев В. М. Телесистема ЗИС-4 с беспроводным электромагнитным каналом связи. Десять лет эксплуатации.— В кн.: Состояние и перспективы использования геофизических методов для решения актуальных задач поисков, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых».—Октябрьский, 1999.—С. 362-