Контроль качества геофизического исследования скважин
а этой основе разработан имитатор УЭС горных пород ИМ. Устройство имитатора показано на рис. 3.3.Рис. 3.3. Устройство имитатора.Собственно имитатор образован кольцом 7, выполненным из манганинового провода и закреплённым на электроизоляционном диске 4. Кольцо имеет два разрыва. В одном вставлен конденсатор 8, в другом - коаксиальный измерительный разъём 6. В рабочем состоянии этот разъём закорочен дисковым замыкателем с пренебрежимо малой остаточной индуктивностью (менее 10-10 Гн). При помощи болтов 5 диск с кольцом может быть соединён с фланцем 3, который укреплён на втулке 2 подвижным резьбовым соединением. Втулка 2 крепится на корпусе прибора 1 болтами 5. Для точной установки имитатора вдоль оси зонда вращают диск 4. При этом вращении фланец 3 и диск 4 с закреплённым на нём кольцом 7 будут перемещаться по резьбе вдоль закреплённой на корпусе втулки 2. Для уменьшения искажения электромагнитного поля все детали имитатора, за исключением провода кольца и измерительного разъёма, выполнены из электроизоляционных материалов. Для расчёта ЭДС в измерительных катушках зонда в присутствии имитатора необходимо достаточно точно знать его параметры и местоположение. Конструкция имитатора обеспечивает его относительное перемещение с погрешностью не более 0,05 мм. Начальное положение z0, в котором Дц=0, также определяется с погрешностью не более 0,05 мм. Погрешность определения радиуса кольца обусловлена технологией изготовления имитатора и не превышает 0,1 мм. Значения сопротивлений R и X определяют на эталонной установке MCR-1372 (СНИИМ, Новосибирск). IV. Технология проведения исследования скважиныАппаратура ВИКИЗ состоит из скважинного прибора и наземной панели. Скважинный прибор содержит зондовый комплекс и электронно-измерительную систему. В состав комплекса входят пять электромагнитных зондов различной глубинности исследования и электрод ПС. Каждый зонд содержит одну генераторную и две измерительные катушки. Измеряемым параметром является разность фаз между ЭДС, наведенными в измерительных катушках. Эта разность фаз однозначно связана с УЭС горных пород, окружающих скважину. Электрод ПС предназначен для записи потенциалов самопроизвольной поляризации скважины.Электронно-измерительная система обеспечивает: возбуждение электромагнитных полей в околоскважинном пространстве; преобразование сигналов от измерительных катушек; изменение разности фаз и потенциала ПС; передачу информации по каротажному кабелю в наземную панель.Обработка и интерпретация результатов ВИКИЗ осуществляется с помощью программного комплекса, например, “Викиз-плюс”. Программы комплекса обеспечивают по данным пяти зондов восстановление радиального распределения УЭС в рамках многослойной модели среды с цилиндрическими границами раздела (скважина - зона проникновения - окаймляющая зона - пласт).В "Викиз-плюс" предусмотрены следующие функции: просмотр и редактирование кривых каротажа; фильтрация импульсных помех; отбивка границ пластов; количественная интерпретация на автоматически выбранных и заданных интервалах. V. Структура системы контроля качества результатов ГИСИнформационно-измерительная система ГИС выполняет своё назначение только при наличии методов и технических средств контроля параметров геофизической аппаратуры и оценки качества результатов измерений. Система контроля и оценки качества должна учитывать технологический процесс подготовки и проведения геофизических измерений. На основе получаемой при этом информации должны вырабатываться решения, позволяющие управлять всем процессом ГИС с целью обеспечения получения требуемых результатов с гарантированной точностью и достоверностью при минимальных затратах времени и средств. Представляется, что система контроля и оценки качества результатов ГИС должна содержать этапы, соответствующие системе организации и проведения геофизических исследований.Условно выделено десять этапов системы контроля и оценки качества результатов ГИС (рис. 5.1). Для каждого этапа определены его целевая функция, программа исследований, техническое обеспечение и содержание управляющего решении по завершении этапа.Рис. 5.1. Поэтапная схема контроля результатов ГИС. Этап 1 - первичная поверка аппаратуры.Осуществляется при спуске аппаратуры на заводе-изготовителе и входном контроле её в условиях геофизического предприятия. В метрологическом отношении целью этапа является стандартизация рабочих средств измерения, в том числе и после их ремонта, затронувшего метрологические параметры аппаратуры.Содержание работ.1. Установление работоспособности аппаратуры по полной программе, в соответствии с техническими условиями на аппаратуру.2. Проверка эксплуатационных характеристик: баростойкости, теплостойкости, вибростойкости.3. Проверка стандартности по всей совокупности метрологических параметров, как основных, так и дополнительных (устанавливается соответствие поверяемой аппаратуры её эталонному образцу).4. Установление уровня статистических и динамических составляющих погрешностей измерений.Техническое оснащение.Универсальный стенд для определения работоспособности и эксплуатационных характеристик аппаратуры. Многозначные образцовые меры измерений (стандартные образцы состава и свойств горных пород, поверочные установки, имитаторы), воспроизводящие несколько значений измеряемых физических величин в рабочем диапазоне их измерения. Контрольно-поверочная скважина, максимально удовлетворяющая требованиям оценки сходимости и воспроизводимости результатов измерений для всей измерительной системы (скважинный прибор, кабель, наземная измерительная панель, устройство для регистрации результатов измерений).Управленческие решения.1. Аппаратура удовлетворяет по всей совокупности эксплуатационных и метрологических параметров нормативно-технической документации (НТД) и условиям её применения и передаётся для производственного использования.2. Аппаратура не удовлетворяет требованиям НТД по отдельным частным параметрам. Она передаётся в ремонт в условиях геофизического предприятия, эксплуатирующего аппаратуру.3. По большинству параметров, как эксплуатационных, так и метрологических, аппаратура не удовлетворяет требованиям НТД и возвращается на завод-изготовитель.Этап 2 - периодическая поверка.Осуществляется в стационарных условиях геофизического предприятия, эксплуатирующего аппаратуру с периодичностью, регламентированной НТД на методы и средства поверки. Цель этапа - установление соответствия метрологических параметров аппаратуры их номинальным значениям.Содержание работ.1. Проверка эксплуатационных характеристик аппаратуры по ограниченной программе.2. Проверка стабильности и соответствия номиналу основных нормируемых метрологических параметров.3. Установление уровня статистических и динамических составляющих погрешности измерений.Техническое оснащение.Испытательный стенд с менее широким, чем на этапе 1, набором воспроизводимых условий для оценки работоспособности аппаратуры. Целесообразно предусмотреть испытания на термостабильность и вибростойкость. Образцовые средства измерений (поверочные установки, имитаторы), воспроизводящие как минимум крайние значения измеряемых параметров. Контрольно-поверочная скважина, удовлетворяющая требованиям, приведённым в этапе 1.Управленческие решения.1. Аппаратура имеет номинальные метрологические параметры и пригодна к эксплуатации.2. Поверяемые параметры аппаратуры отличаются от номинальных значений. Рекомендуется ремонт в условиях геофизического предприятия.3. Степень нестандартности аппаратуры значительная. Необходима поверка аппаратуры по полной программе в соответствии с содержанием работ этапа 1.Этап 3 - поверка на базе перед выездом на скважину.Цель этого этапа - оперативный контроль работоспособности и устойчивости основных метрологических параметров аппаратуры.Содержание работ.1. Поверка по одному значению измеряемого параметра или его аналогу одной из метрологических характеристик аппаратуры, например, коэффициента преобразования.2. Проверка линейности измерительной системы.3. Проверка работы встроенных (или автономных) калибраторов-имитаторов.4. Получение исходных данных для масштабирования диаграмм.Техническое оснащение.Образцовые средства измерений (однозначные поверочные установки, меры, калибраторы-имитаторы). Измерения выполняются в целом для всей измерительной системы, включающей скважинный прибор, кабель, наземную измерительную панель, устройства для регистрации и визуализации данных каротажа.Управленческие решения.1. Результаты поверки положительные, разрешается выезд на скважину.2. Аппаратура нуждается в незначительном ремонте.3. Поверяемых комплекс аппаратуры неработоспособен либо имеет искажённые метрологические параметры. Неисправная аппаратура заменяется на экземпляр, прошедший периодическую поверку и удовлетворяющий требованиям этапа 3. Неисправная аппаратура возвращается на базу для проведения периодической поверки.Этап 4 - первичная калибровка на скважине.Цель этапа - оперативный контроль пригодности аппаратуры для проведения исследования в скважине.Содержание работ.1. Проверка работоспособности всей измерительной системы, в том числе и встроенных калибраторов (стандарт-сигнала).2. Поверка чувствительности (коэффициента преобразования) системы от внешнего источника информационного сигнала; проверка цены условной единицы.3. Масштабирование диаграмм.Техническое оснащение.Полевые калибраторы (имитаторы), встроенные источники стандарт-сигнала.Управленческие решения.1. Аппаратура исправна, стандартна и стабильна. Можно проводить каротаж.2. Изменился один из параметров аппаратуры. Неисправность не устраняется настройкой. Производится замена аппаратуры на дубликат.3. Измерительная система неисправна. Необходимо возвращение на базу.Этап 5 - контроль параметров аппаратуры при спуске.Цель этапа - контроль параметров измерительной системы, в том числе элементов управления и диагностики в динамическом режиме работы аппаратуры.Содержание работ.1. Проверка работы встроенных калибраторов-имитаторов и источников стандарт-сигнала.2. Контроль параметров (режимов) измерений.3. Контроль устойчивости работы измерительной системы (отсутствие искрений, выбросов, перерывов в записи).Техническое оснащение.Встроенные калибраторы-имитаторы, источники стандарт-сигнала, устройства диагностики и управления.Управленческие решения.1. Режимы измерений соответствуют допускам, можно проводить рабочие измерения.2. Необходима повторная настройка аппаратуры.3. Необходима замена аппаратуры на дубликат.Этап 6 - контроль и оценка качества в процессе каротажа.Цель этапа - текущий контроль параметров аппаратуры и оценка результатов измерений.Содержание работ.1. Периодическое или непрерывное измерение уровня стандарт-сигнала.2. Наблюдение за показателем, характеризующим работу аппаратуры, и использованием бортовой ЭВМ, вычислителя или визуализирующего устройства.3. Контрольные измерения: дискретные измерения в фиксированных точках разреза, повторные записи в пределах фиксированных интервалов.4. Запись диаграммы качества: визуализация, индикация функционалов оценки качества.Техническое оснащение.Встроенные калибраторы, генераторы стандарт-сигнала, электронный осциллограф, дисплей.Управленческие решения.1. Результаты измерений соответствуют требованиям, предъявляемым к режимам измерений.2. Измерения необходимо повторить.Этап 7 - повторная калибровка на скважине.Цель этапа - контроль стабильности параметров аппаратуры в процессе каротажа.Содержание работ.1. Проверка масштаба записи.2. Проверка чувствительности измерительной системы.3. Оперативная оценка качества измерений с выявлением, оцениванием аппаратурных погрешностей.Управленческие решения.1. Результаты измерений отвечают требованиям качества, измерения на скважине завершены.2. Необходимо проведение повторного каротажа.Этап 8 - входной контроль на базе.Выполняются работы по программе этапа 7 специалистами ОТК или интерпретационной службы, оценивается техническое качество результатов измерений и устанавливается пригодность их для последующей интерпретации.Этап 9 - полный контроль качества измерений.Контроль качества результатов измерений, выполняемых интерпретационной службой, с элементами обработки, сравнительных сопоставлений с данными других измерений и оценкой пригодности для комплексной интерпретации. VI. Дестабилизирующие факторы и методы стабилизацииОдна из важнейших функций зонда - приём и обработка сигнала. Главная идея приёма и обработки сигнала: сигнал, независимо от его частоты, сначала преобразовывается в сигнал с другой частотой, постоянной для данного типа приёмника, а затем уже на этой, как её называют, промежуточной частоте производится усиление.Рис. 6.1. Схема приёма сигнала.На антенну поступает сигнал UС, источник второго напряжения UГ - маломощный генератор, так называемый гетеродин, его частота ѓГ (рис. 6.1). Оба сигнала поступают на вход нелинейного элемента (смесителя) - на выходе получаем сигнал на промежуточной частоте. Эта промежуточная частота численно равна ѓПР = ѓГ - ѓС, если частота гетеродина выше частоты принимаемого сигнала, или будет равна ѓПР = ѓС - ѓГ, если частота гетеродина ниже частоты принимаемого сигнала. На выходе смесителя включён колебательный контур LПРCПР, настроенный на промежуточную частоту ѓПР. Далее, при прохождении сигнала через детектор, получаем искомую низкочастотную составляющую (рис. 6.2).Рис. 6.2. Схема преобразования сигнала. Схемы автогенераторов зависят от их назначения и особенностей частотного диапазона. К характеристикам генераторов относятся: частота генерации, максимально допустимая временная нестабильность основных параметров генератора, пределы регулировки. Технологический процесс регулировки автогенератора состоит из проверки монтажа, режимов питания, работоспособности схемы, наличия генерации по всему диапазону и отсутствия паразитной модуляции, а также проверки градуировки шкалы. Для настройки и подбора режима автогенератора измеряют его параметры. Для измерения высокочастотных напряжений автогенератора пользуются электронными вольтметрами, для измерения колебательного тока в цепи колебательного контура - высокочастотными миллиамперметрами, а для измерения частоты колебаний - гетеродинным волномером.При настройке и регулировке автогенератора изменяют коэффициент обратной связи K, эквивалентное сопротивление нагрузки и элементы автоматического смещения. Положительная обратная связь между выходной и входной цепями усилительного прибора автогенератора должна обеспечивать надёжное самовозбуждение автогенератора и устанавливать необходимые амплитуды генерируемых колебаний (рис. 6.3).Рис. 6.3. Схема автогенератора с трансформаторной обратной связью. Критический коэффициент обратной связи - при котором возможна генерация колебаний, KО. КР = Ri + RЭ /(мRЭ) = 1/(SRЭ + D), где RЭ - резонансное сопротивление контура, S и D - крутизна и проницаемость усилительного контура. Увеличение или уменьшение обратной связи по сравнению с критической приводит к исчезновению автоколебаний (скачкообразному - при жёстком режиме генерации и плавному - при мягком режиме). По отклонению стрелки прибора, включённого в цепь сетки лампового генератора (или базы транзисторного), можно судить о наличии в схеме автоколебаний, а по постоянным слагающим анодного (коллекторного) и остаточного (базового) токов, колебательным напряжением на аноде и сетке и мощности генерируемых колебаний - режиме автогенератора. Плавную перестройку частоты автогенератора в заданном диапазоне осуществляют конденсатором переменной ёмкости.Шкалу частотного диапазона градуируют частотометром на крайних частотах и в середине диапазона в режиме непрерывной генерации. Частоту автоколебаний измеряют дважды: непосредственно после прогрева и через промежуток времени, указанный в техническом описании на автогенератор. Относительная нестабильность частоты дt (%) определяется по формуле дt = [(ѓ01- ѓ0t)/ ѓ01]•100%, где ѓ01 и ѓ0t - частота колебания генератора после прогрева и в период времени, указанный в описании автогенератора.Всё, что происходит внутри генератора и вокруг него, в той или иной степени влияет на его частоту. Для обеспечения высокой стабильности частоты гетеродина необходимо, чтобы его колебательная система обладала максимальной фиксирующей способностью и высокой эталонностью. Под фиксирующей способностью будем понимать свойство колебательной системы гетеродина препятствовать уходам частоты при нарушении условия баланса фаз. Чем выше добротность колебательной системы, тем кручё её фазочастотная характеристика и тем выше фиксирующая способность. Отсюда вытекает необходимость применения в контурах гетеродина деталей с высокой добротностью. Требования к фиксирующей способности относятся не только к колебательной системе, но и к другим цепям, влияющим на условия баланса фаз, например к цепи обратной связи. Способность колебательной системы сохранять неизменной собственную частоту называется эталонностью. Очевидно, эталонность тем выше, чем стабильнее параметры контуров. Однако на эти параметры действуют различные дестабилизирующие факторы.1. Температурные влиянияИзменение температуры приводят к значительному изменению частоты генератора. Основной показатель устойчивости частоты гетеродина - температурный коэффициент частоты (ТКЧ):Для передатчиков связных радиостанций температурный коэффициент частоты колеблется в пределах от 5•10-6 до 5•10-5. Частота с изменением температуры вследствие тепловой инерции изменяется более медленно, чем при механических упругих деформациях. Изменение температуры приводит к изменению геометрических размеров отдельных деталей генератора, вследствие чего изменяются индуктивность и ёмкость колебательного контура, и, кроме того, изменяется диэлектрическая постоянная изоляторов, применение которых в генераторе неизбежно. Изменение диэлектрической постоянной изоляторов приводит к изменению ёмкости отдельных деталей, ёмкости монтажа и, следовательно, опять-таки к изменению ёмкости контура. При увеличении температуры размеры деталей и диэлектрическая проницаемость увеличиваются - что приводит к уменьшению собственной частоты контура.Следует различать две причины, вызывающие изменение температуры деталей генератора: изменение температуры внешней среды и изменение температуры за счёт токов, которые обтекаются детали. Температура контурных деталей в основном определяется внешней температурой.Прямые методы стабилизации главным образом сводятся к применению термостатов. Генератор помещается в термостат, и следовательно, его детали находятся под постоянной температурой. Более широкое применение находят косвенные методы, которые сводятся к компенсации температурных влияний. С этой целью применяют специальные компенсированные детали. Конденсаторы, или катушки индуктивности проектируются таким образом, что изменение температуры не оказывает влияния на их параметры. Например, конденсатор можно спроектировать так, что с изменением температуры будут одновременно изменяться размеры его пластин или расстояние между ними. Увеличение пластин конденсатора приводит к увеличению его ёмкости, а увеличение расстояния - к её уменьшению:
