10. Градуировка, калибровка и поверка аппаратуры плотностного гамма-гамма-каротажа

При выполнении измерений аппаратурой плотностного гамма-гамма-каротажа (далее также ГГК-П) в качестве измеряемого параметра принята объемная плотность (или просто – плотность) горных пород в диапазоне от 2000 до 3000 кг/м³ с пределами допускаемой основной абсолютной погрешности 50 кг/м³. При взаимодействии с веществом гамма-кванты рассеиваются на электронных оболочках атомов химических элементов. Поэтому по принципу действия количество зарегистрированных аппаратурой ГГК-П гамма-квантов обратно-пропорционально так называемой «электронной плотности» вещества, то есть зависит от количества электронов на электронных оболочках атомов химических элементов. По отношению атомной массы к атомному номеру водород резко отличается от других элементов. Поэтому целесообразно устанавливать связь выходного сигналы аппаратуры ГГК-П с плотностью пористого пласта, насыщенного водой, нефтью или газом, что позволяет сразу учесть аномальные свойства водородосодержащего вещества в общем объёме горной породы.

Аппаратура плотностного ГГК также как и аппаратура НК относится к группе СИ, для которых при градуировке и калибровке (или поверке) используются разные эталоны объёмной плотности.

В Центре метрологических исследований «Урал-Гео» для основной градуировки аппаратуры ГГК-П методом прямых измерений применяют комплект СО пористости и плотности горных пород, пересечённых скважиной диаметром 216 мм. Фотографии внешнего вида этих СО показаны на рис. 13 и 14.

Для построения дополнительных градуировочных характеристик одной и той же аппаратуры ГГК-П используются СО плотности пласта, пересечённого скважиной другого диаметра.

Основные технические характеристики СО пористости и плотности кальцитовых пород, пересеченных скважиной, приведены в табл. 18.

Для калибровки аппаратуры ГГК-П методом прямых измерений используются имитаторы объемной плотности, общий вид которых показан на рис. 25.

Т а б л и ц а 18

Название, тип, структура и размеры эталонной модели пласта	Воспроизводимое значение плотности, кг/м3	Диаметр скважины, мм
1 Стандартный образец пористости и плотности пород ГСО-КВ-35,4%-2102-124-156-216 (модель кальцитового водонасыщенного пласта насыпного типа; три имитатора скважины (дюралюминиевая труба толщиной 2 мм) диаметром 124, 156 и 216 мм; диаметр корпуса 2,0 м, высота 2,0 м)	2102 ± 5	216 ± 1 156 ± 1 124 ± 1
2 Стандартный образец пористости и плотности пород ГСО-КВ-16,6%-2437-124-156-216 (модель кальцитового водонасыщенного пласта насыпного типа; три имитатора скважины (дюралюминиевая труба толщиной 2 мм) диаметром 124, 156 и 216 мм; диаметр корпуса 2,0 м, высота 2,0 м)	2437 ± 5	216 ± 1 156 ± 1 124 ± 1
3 Стандартный образец пористости и плотности кальцитовых пород ГСО-КВ-0,8%-2696-124 (монолитный мраморный блок диаметром 1,2 м и высотой 1,5 м)	2696±2	124 ± 1
4 Стандартный образец пористости и плотности кальцитовых пород ГСО-КВ-0,8%-2696-156 (монолитный мраморный блок диаметром 1,2 м и высотой 1,5 м)	2696±2	156 ± 1
5 Стандартный образец пористости и плотности кальцитовых пород ГСО-КВ-0,8%-2696-216 (три монолитных мраморный блок диаметром 1,2 м и высотой 1,5 м)	2696±2	216 ± 1

Комплект имитаторов КИП-ГГК представляет собой набор блоков (полупластов) 0,4х0,4х0,85 м, изготовленных из мрамора, алюминиевых сплавов и чередующихся дюралюминиевых и гетинаксовых пластин.

Рис. 25. Фото комплекта имитаторов объемной плотности

КИП-ГГК для калибровки аппаратуры плотностного ГГК

Вдоль длинной стороны блоков-полупластов выполнена проточка диаметром 200 мм, в которую укладывают зонд ГГК таким образом, чтобы коллимационные отверстия зонда были направлены в центр полупласта-имитатора.

Параметры комплекта имитаторов КИП-ГГК представлены в табл. 19.

Т а б л и ц а 19

Номер имитатора	Материал-носитель свойств	Имитируемое значение объемной плотности	Пределы абсолютной погрешности
ИП-1	Чередующиеся пластины алюминия и гетинакса	2070	±20
ИП-2	Сплав АДО	2590	±15
ИП-3	Сплав В95	2650	±15
ИП-4	Мрамор	2740	±20

Градуировочная характеристика в общем случае представляет собой зависимость относительной частоты следования импульсов на выходе аппаратуры ГГК-П от объемной плотности. Она может быть представлена в виде таблицы, графика или формулы.

Градуировочная характеристика для аппаратуры ГГК-П представляет собой функцию, выраженную полиномом второй степени

, (72)

где – отношение выходного сигнала по малому и большому зондам, приведенному к отношению показаний по этим же зондам в воде; А – смещение градуировочной характеристики относительно начала координат; В и С – коэффициенты, отражающие наклон и кривизну линии;. - плотность пласта.

Градуировка

Измерения при градуировке аппаратуры типа СГП-2, МАРК-1 и др. по каналу плотности с использованием эталонных моделей пластов выполняют в следующей последовательности:

1) погружают зонд в емкость с питьевой водой, выполняют пять раз измерения частоты следования импульсов (скоростей счета в Имп/мин) по малому и большому зондам и определяют средние значения и ;

2) для оперативного контроля стабильности аппаратуры НК определяют отношение сигналов по большому и малому зондам в воде по формуле

; (73)

3) погружают поочередно зонд в модели пласта, эталонные значения плотности которых указаны в сертификате об их калибровке; выполняют измерения частоты следования импульсов по малому и большому зондам и определяют средние значения и ;

4) определяют отношение сигналов по большому и малому зондам в моделях пластов по формуле

; (74)

6) эталонные значения плотности и относительные выходные сигналы аппаратуры. ГГК-П попарно заносят в табл. 20.

Т а б л и ц а 20

Относительный выходной сигнал
Объемная плотность

Обычно ГХ аппаратуры ГГК имеет ярко выраженную нелинейность и описывается параболической функцией, коэффициенты которой определяют по следующим формулам:

; (75)

; (76)

. (77)

Если ГХ близка к линейной, то её коэффициенты А и В определяют методом наименьших квадратов по формулам

. (78)

(79)

Построение градуировочной характеристики аппаратуры ГГК-П аналогично построению ГХ для аппаратуры НК. Поэтому рассматривать числовой пример детально не будем, а покажем некоторые фрагменты типовой обрабатывающей программы для метрологического контроля аппаратуры ГГК-П.

На рис. 26 показан вид рабочего окна обрабатывающей программы в режиме градуировки аппаратуры ГГК-П.

Поскольку программа универсальная и для построения ГХ и для контроля её стабильности во времени, то в программе предусмотрены две группы переключателей – одна для выбора вида метрологических работ (градуировка или калибровка), а другая для выбора вида ГХ (линейная или параболическая).

Рис. 26. Вид рабочего окна обрабатывающей программы

в режиме градуировки аппаратуры ГГК-П.

В левой части окна автоматически вводятся необходимые исходные данные «по умолчанию», выбранные в настройках. Сведения о типах и заводских номерах приборов выбираются калибровщиком из базы данных. При необходимости введённые данные можно корректировать с клавиатуры.

После того как переключатели установлены и введены все данные нажимается кнопка «Обработать данные». Автоматически заполняются таблица «Результаты обработки» с полями «выходной сигнал», «измеренное значение», «эталонное значение», «оценка погрешности», «пределы погрешности». Заполняется также и таблица «Коэффициенты» ГХ. Столбец «Степень годности» в режиме градуировки не заполняется. В текстовом поле «Рекомендации» высвечиваются подсказки калибровщику для принятия решения относительно метрологической исправности аппаратуры ГГК.

Отметим, что в памяти данной метрологической программы автоматически запомнятся эталонные значения плотности, имитируемые для конкретного экземпляра аппаратуры. Эти значения будут используемы в дальнейшем в процессе периодической калибровки аппаратуры ГГК-П с построенной ГХ.

Калибровка

Калибровку аппаратуры ГГК выполняют с использованием имитаторов плотности и действующей ГХ в следующей последовательности:

1) погружают зонд в емкость с питьевой водой, выполняют измерения частоты следования импульсов (скоростей счета) по малому и большому зондам не менее пяти раз и определяют средние значения и ;

2) определяют отношение сигналов по малому и большому зондам в воде по формуле

(80)

и убеждаются в стабильности аппаратуры путем сравнения полученного значения с значением , полученным при градуировке, которые не должны отличаться более, чем на 1,5%;

3) укладывают поочередно зонд в канавки имитаторов плотности, эталонные значения плотности которых указаны в сертификате об их калибровке; выполняют измерения частоты следования импульсов по малому и большому зондам не менее пяти раз и определяют средние значения и ;

4) вычисляют относительный выходной сигнал аппаратуры (отношение сигналов по большому и малому зондам) по формулам

; ; ; (81)

5) используя прежнюю градуировочную характеристику калибруемой аппаратуры ГГК-П, представляющую зависимость плотности от параметра , определим измеренные значения плотности , , ;

6) оценку абсолютной погрешности _оi измерений в каждой точке контроля определяют по формуле:

; ; . (82)

На рис. 27 показан вид рабочего окна обрабатывающей программы в режиме калибровки аппаратуры ГГК-П

Рис. 27. Вид рабочего окна обрабатывающей программы

в режиме калибровки аппаратуры ГГК-П.

Поверка

Поверочная схема для скважинных СИ объемной плотности горных пород приведена в приложении 6.

Она содержит 4 поля и три ступени. На верхнем поле расположены средства измерений, заимствованные из государственных поверочных схем. Весы, гири и мерники необходимы для определения методом прямых измерений плотности комплекта СО объемной плотности горных пород, пересечённых скважиной номинального диаметра (обычно 196 мм или 216 мм), выполненных в виде монолитных или насыпных моделей пластов. Эти СО расположены на поле «Исходных эталонов». Исходные СО (исходные эталонные модели пластов) служат для поверки рабочих СО плотности пород, пластов в контрольной скважине и имитаторов плотности, расположенных на поле «Рабочих эталонов», методом сличения при помощи компаратора. Они могут использоваться также для поверки аппаратуры ГГК-П повышенной точности.

Рабочая аппаратура ГГК-П поверяется либо с использованием рабочих СО плотности, либо с использованием имитаторов плотности.

Аппаратура признается годной к применению, если выполняется неравенство .

Краткие выводы:

1. Градуировку аппаратуры ГГК-П выполняют с помощью СО плотности, а калибровку и поверку – с помощью имитаторов плотности. Градуировать аппаратуру ГГК-П диаметром менее 100 мм с помощью имитаторов плотности не рекомендуется вследствие вероятности возникновения грубых погрешностей.

2. За оценку погрешности градуировки аппаратуры ГГК-П принимаются пределы погрешности применяемых СО пористости и плотности пород.

3. Качество поверки аппаратуры ГГК-П низкое, ее показатель (отношение пределов погрешностей аппаратуры и эталона) не превышает 2, так как имитаторы плотности сначала калибруются поверяемой аппаратурой, а затем используются для её собственной периодической поверки.

4. Достоверность поверки аппаратуры ГГК-П с использованием имитаторов плотности в каждой точке её контроля можно считать высокой, если этот показатель более 85%.

5. Отбраковку аппаратуры в процессе поверки и отправку её в ремонт выполняю при условии, если при поверке полученные оценки погрешности превысили нормированный предел более чем в 2,5 раза.