Калибровка и поверка аппаратуры акустического каротажа

4. Калибровка  и поверка аппаратуры

акустического каротажа 

     Акустические  параметры пластов горных пород измеряют аппаратурой акустического каротажа (АК) с целью их использования в косвенных измерениях коэффициента пористости пластов. Такая аппаратура используется также и при контроле качества цементирования колонн в скважинах.

     При калибровке и поверке аппаратуры акустического каротажа в качестве измеряемых параметров приняты следующие: интервальное время распространения ультразвука в диапазоне от 140 до 600 мкс/м с пределами допускаемой основной относительной погрешности ±3%; коэффициент затухания ультразвука в диапазоне от 2 до 30 дБ/м с пределами допускаемой основной относительной погрешности ±15%.

    Для калибровки аппаратуры акустического  каротажа методом прямых измерений применяют стандартные образцы скорости распространения и коэффициента затухания ультразвука. Они выполнены в виде трубных волноводов, конструктивно представляющие собой стальные, стеклопластиковые, асбоцементные и полиэтиленовые трубы длиной 4 или 6 м, заполненные водой.

    Все волноводы  устанавливаются в  шахту или трубный контейнер  диаметром (0,6¸0,8) м, рис. 6. 

 

Рис. 6. Схема и фото комплекта трубных волноводов

для аппаратуры АК 

    Технические характеристики трубных волноводов приведены в табл. 5.

Т а б л и ц а 5 

 

    Значения  воспроизводимых интервального  времени, коэффициента затухания и доверительных границ погрешности определяются в процессе их метрологической аттестации после монтажа волноводов на объекте. 

     Калибровка 

     Методика  калибровки измерительных каналов  аппаратуры АК с использованием эталонных  волноводов основана на прямых измерениях калибруемой аппаратурой интервального времени распространения и коэффициент затухания ультразвука, воспроизводимых стандартными образцами акустических параметров (волноводами). Зонд аппаратуры АК коаксиально помещают в центральную часть волновода, заполненного водой. Выполняют однократные измерения интервального времени распространения и коэффициент затухания ультразвука.

     Оценку  абсолютной погрешности D_оi измерений в каждой i-той точке контроля (в каждом волноводе) определяют по формулам: 

                               (38)

                         ,     (39) 

где Dt_i и a_i – показания аппаратуры (измеренные значения интервального времени распространения и коэффициента затухания ультразвука) в i-той точке контроля; Dt_эi и a_эi – эталонные значения интервального времени распространения и коэффициента затухания ультразвука в i-той точке контроля. 

      Поверка 

    Поверочная  схема для аппаратуры АК приведена в приложении 4.

    Она содержит 4 поля и 3 ступени. На верхнем  поле расположены средства измерений, заимствованные из государственных поверочных схем. Они необходимы для определения методом прямых измерений параметров комплекта СО в виде трубных волноводов на поле исходных эталонов. Волноводы служат для поверки установок и имитаторов, расположенных на поле эталонов. Исходные эталоны могут использоваться для поверки аппаратуры АК повышенной точности. Рабочая аппаратура АК поверяется либо с использованием установок, либо имитаторов, либо в контрольной скважине, аттестованной эталонными зондами АК, поверенными с использованием исходных эталонов.

      Аппаратура  признается годной к применению по калибруемым каналам, если в каждой точке контроля выполняются следующие неравенства:

                       ;    (40)

                       .    (41)

     Если указанные неравенства не выполняются и оценки погрешности незначительно превышают нормированные значения, то следует выполнить настройку на идентичность одноименных акустических преобразователей (излучателей или приемников) с помощью созданной в НПФ «Геофизика» установки УПАК-2м, рис. 7.

     Установка воспроизводит (и измеряет) акустическое давление с наружной стороны стальной трубы с помощью внешнего магнитострикционного преобразователя. При этом акустический зонд располагают внутри этой стальной трубы длиной 4 м (или 6 м) под давлением 5 МПа.

     Установка УПАК-2м конструктивно выполнена  в виде стального цилиндрического корпуса диаметром 520 мм и высотой 6 (или 4) м, внутри которого коаксиально установлена стальная труба (акустический волновод) с наружным диаметром 168 мм. 

 

    Рис. 7. Установка УПАК-2м со стальным волноводом. 

     Пространство  внутри корпуса заполнено трансформаторным маслом, а внутри волновода - водой. Вдоль наружной поверхности волновода перемещается цилиндрический магнитострикционный преобразователь, приводимый в движение реверсивным двигателем с винтовой парой.

     При настройке двух и более излучателей  скважинного акустического зонда на идентичность (равенство создаваемого акустического давления на поверхности каждого излучателя) перемещаемый преобразователь работает в режиме приемника акустических волн и каждый раз устанавливается строго напротив настраиваемого излучателя зонда по максимуму его показаний.

     При настройке двух и более приемников скважинного акустического зонда на идентичность (равенство параметров функций преобразования акустического давления на поверхности каждого приемника в электрический сигнал) перемещаемый преобразователь работает в режиме излучателя акустических волн и каждый раз устанавливается строго напротив настраиваемого приемника акустического зонда по максимуму амплитуды его выходного сигнала. При этом не идентичность измерительных каналов устраняют путем изменения коэффициента усиления в одном из этих каналов.

     В современной микропроцессорной  аппаратуре АК не идентичность акустических преобразователей, определяемую с помощью установки УПАК-2м, учитывают программным путем.

     Гидростатическое  давление 5 МПа, создаваемое внутри волновода, позволяет существенно уменьшить влияние воздуха, возникающего на поверхности акустических преобразователей зонда аппаратуры при его размещении в волноводе установки, на погрешности измерений акустических параметров. В случае использования в акустическом зонде аппаратуры магнитострикционных преобразователей, создаваемое в установке давление позволяет стабилизировать выходные сигналы этих преобразователе при наличии в них дефектов (плохого склеивания пластин и других).

      Вид окна обрабатывающей программы для калибровки и поверки аппаратуры АК представлен на рис. 8. 

 

         Рис. 8. Вид окна обрабатывающей программы

                 для аппаратуры АК. 

      Обычно  протокол калибровки и поверки содержит те же сведения, что отображаются в главном окне обрабатывающей программы. Для удобства документирования результатов метрологических работ протоколы и сертификаты хранятся в формате EXCEL. 

 

Приложение 4

Поверочная  схема для аппаратуры АК по каналам  интервального времени распространения и коэффициента затухания акустических волн