Метрологическое обеспечение в нефтегазовой отрасли. Цель раскрыть тему метрологического обеспечения в нефтегазовой отрасли рассказать об организации деятельности, приборах и основах метрологических измерений
 Скачать 0.59 Mb.
|
СодержаниеВВЕДЕНИЕ Цель: раскрыть тему метрологического обеспечения в нефтегазовой отрасли – рассказать об организации деятельности, приборах и основах метрологических измерений. Задачи: Выяснить основы метрологической деятельности (организация работ, компетентность метрологической службы). Дать общие сведения об эталонах. Изучить способ передачи информации приборам, а также узнать принцип их калибровки. Определение качества и достоверности поверки. Сделать выводы. ГЛАВА 1. Метрологическая деятельность Организация работ Для организации работ по калибровке и поверке измерительной аппаратуры на геофизическом предприятии необходимо иметь следующее: Производственное помещение (в котором обеспечиваются нормальные условия калибровочных работ). Эталоны для калибровки геофизической аппаратуры (аттестованные компетентной метрологической организацией в Российской системе калибровки). Утвержденные методики калибровки или поверки геофизической аппаратуры. Специалистов, прошедших обучение и имеющих «Удостоверение калибровщика - поверителя геофизической аппаратуры». На каждом аттестованном рабочем месте метролога должны находиться следующие документы: технологическая карта калибровки (памятка), методика калибровки геофизической аппаратуры, техническое описание эталона (калибровочной установки или калибровочного устройства), копия сертификата об аттестации эталона, журнал учета аппаратуры, поступившей на калибровку, архив копий протоколов и "Сертификатов о калибровке" (рис. 1). Обработка результатов калибровки выполняется с помощью комплекса (метрологических обрабатывающих) программ, позволяющих формировать и хранить стандартные протоколы, сертификаты калибровки и свидетельства о поверке. Все сведения об аппаратуре (графики, таблицы поправок и др.) хранятся на сервере метрологической службы, включенном в локальную компьютерную сеть предприятия. В случае отсутствия локальной компьютерной сети предприятия результаты калибровки аппаратуры по метрологическим обрабатывающим программам могут передаваться в производственные партии и геологической (интерпретационной) службе на любых носителях информации, принятых в обращение на предприятии. Компетентность метрологической службы Метрологическая служба геофизического предприятия должна иметь подтверждение ее технической компетентности на соответствие международному стандарту ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 "Требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий". Признаком компетентности службы является ее регистрация в Российской Системе Калибровки (РСК). Метрологическая служба вносится в реестр после обследования уполномоченной экспертной организацией - Центром метрологических исследований. После этого выдаётся Аттестат Аккредитации (рис. 2). Метрологическая служба в своей деятельности должна руководствоваться Положением о метрологической службы компании и "Руководством по качеству организации и проведения калибровочных работ". В Руководстве отражается техническое состояние эталонов и помещений, наличие методик калибровки и фонда нормативных документов, сведения об обученном персонале калибровщиков. После подтверждения соответствия требованиям ГОСТ РИСО/МЭК 17025 и РСК геофизической компании выдается Свидетельство о регистрации в РСК. ГЛАВА 2. Эталоны для скважинной аппаратуры Прямые измерения параметров пластов и скважин геофизическими методами, когда значение измеряемой величины считывают по показаниям скважинной аппаратуры, возможны только в том случае, когда условия измерений в скважине близки к условиям построения шкалы или КФ (Калибровочной Функции) скважинной аппаратуры. Построение КФ скважинной аппаратуры выполняется в нормальных условиях измерений при ее калибровке и связан с использованием эталонов, воспроизводящих параметры пластов и скважин. Без использования эталонов единиц геофизических величин скважинные измерения невозможны. То есть прибор будет выдавать цифровые показатели, но по ним будет невозможно понять в какой единице проходит измерение (метры, килограммы, микрорентген). 2.1 Общие сведения об эталонах Единство измерений в стране обеспечивается использованием первичных государственных эталонов. Они воспроизводят единицы физических величин с наименьшими для данной страны погрешностями. Государственные эталоны хранятся в Росстандарте. Эталоном единицы физической величины называется техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины. Эталон должен обладать тремя взаимосвязанными свойствами: неизменностью; воспроизводимостью; сличаемостью. Неизменность предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не изменяются и способны удерживать неизменным размер единицы в течение длительного интервала времени. Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы величины с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Сличаемость– возможность обеспечения сличения с другими эталонами или другими средствами измерений, нижестоящими по поверочной схеме. Есть государственные и рабочие эталоны единиц геофизических величин. Государственный первичный эталон – эталон единицы величины, обеспечивающий воспроизведение, хранение и передачу единицы величины с наивысшей точностью, это главный эталон на территории Российской Федерации. Рабочие эталоны считается менее точным, чем государственный. Погрешности эталонов характеризуются систематической, случайной погрешностью и нестабильностью. Воспроизведение единиц геофизических величин часто выполняется посредством стандартных образцов состава и свойств веществ, в нашем случае физических моделей пластов горных пород. Государственные стандартные образцы (ГСО) свойств и состава горных пород, пересеченных скважиной, являются основой системы обеспечения единства геофизических измерений. При создании эталонов, воспроизводящих единицы параметров нефтегазовых пластов и скважин, решаются две главные проблемы –выбор параметров, отражающих нормальные условия измерений для этих эталонов, и обеспечение возможности размещения в них зондов скважинной аппаратуры при передаче размера единицы. В большинстве случаев для размещения зондов в эталонах необходимо наличие скважины. Тогда основными параметрами, являются параметры скважины(диаметр, параметры колонны, цемента, жидкости или газа).Наличие скважины дает основание считать среду, неоднородной, а показание аппаратуры –значением параметра. Однако, если геометрические размеры скважины и свойства вещества в ней при измерениях в скважинах неизменны и соответствуют условиям калибровки, то изменения показаний аппаратуры будут зависеть только от свойств пласта. Если в качестве измеряемого параметра принять параметр пласта и построить КФ, то нет оснований измеренное значение параметра считать «кажущимся» для параметров скважины, принятых как константы, определяющие нормальные условия измерений. Поэтому эталон параметра пласта создается для разных значений параметров скважины, отражающих разные нормальные условия. В этом случае для одного зонда аппаратуры строится семейство КФ. Одну из построенного семейства КФ принимают за основную характеристику и по ней периодически контролируют стабильность всех параметров конкретного экземпляра однотипной и разнотипной аппаратуры. 2.2 Эталоны единиц электрических параметров пластов Аппаратура электрического каротажа (ЭК) подвергается периодической поверке. Эталоны единиц электрических параметров пластов отличаются от всех остальных эталонов, воспроизводящих другие параметры пласта, тем, что они выполнены в виде жидкой однородной среды. В таком случае воспроизводится обычное удельное электрическое сопротивление (УЭС) однородного пласта(без скважины). Измерения УЭС выполняют аппаратурой электрического каротажа с контактными зондами. Единица УЭС –омметр (Ом*м). Измерения удельной электрической проводимости (УЭП) пластов горных пород, пересеченных скважиной, выполняют аппаратурой электрического каротажа бесконтактными (электромагнитными) зондами (ИК, ВИКИЗ). Единица УЭП – сименс на метр (См/м). Идеальным эталоном для калибровки аппаратуры электрометрии скважин является бассейн, заполненный электропроводящим водным раствором. Размеры бассейна должны превышать длину зонда аппаратуры в несколько раз. Для контактных методов электрометрии, имеющих глубинность исследований более 4 м, целесообразно использовать природные резервуары (пруд, озеро или морской залив). Для электромагнитных методов, имеющих меньшую глубинность исследований, можно использовать искусственный диэлектрический бассейн. Электролитическое моделирование позволяет контролировать весь измерительный канал, включая зонд, а также калибровку имитаторов УЭС. Эталон УЭП имеет два существенных ограничения: Существующие электролитические модели имеют ограниченные размеры, что не дает возможности контроля характеристик градиент-зондов длиной более 2 м. Приготовление электролита с удельным электрическим сопротивлением более 50 Ом*м на основе питьевой воды в большом объеме чрезвычайно затруднено. Поэтому калибровка с использованием СО УЭС возможна только в начале диапазона измерений и только для тех зондов, на которые влияние краевых эффектов ограниченных размеров эталона малы. 2.3 Эталоны единиц акустических параметров пластов Акустические исследования скважин базируются на измерениях параметров упругих волн, возбуждаемых в скважине источниками акустических колебаний. В результате обработки первичных диаграмм АК получают следующие скорость продольной волны, поперечной волны и волны Лэмба-Стоунли, а также модуль Юнга, коэффициент Пуассона, модуль сдвига, коэффициент сжимаемости и коэффициент пористости. Отмеченное разнообразие измеряемых параметров вызывает затруднение с выбором технических средств, которые могли служить в качестве эталонов единиц измеряемых величин. Аппаратура акустического каротажа (АК) и акустической цементометрии имеет номинальную КФ и подвергается периодической поверке. Измеряемыми параметрами являются интервальное время (мкс/м), коэффициент затухания α продольной преломленной волны(дБ/м). Аппаратура Акустического Каротажа массового применения содержит три элемента (1 излучатель и 2 приёмника). Идеальным средством для калибровки аппаратуры АК любых типов были бы Стандартные Образцы акустических свойств горных пород на основе блоков естественных горных пород, габаритные размеры которых позволяли бы воспроизводить одновременно без искажений параметры регистрируемых продольных волн, поперечных волн и волн Лэмба Стоунли. Однако в современных условиях задача выпиливания на каком - либо карьере цельного блока длиной более 4 м и массой более 30 тонн и транспортировки его в метрологический центр почти неразрешима. Кроме того, во всех существующих нормативных документах метрологические требования к аппаратуре АК регламентированы только по продольной волне. Можно с уверенностью утверждать, что, обеспечив метрологический контроль аппаратуры АК по продольным волнам, характеристики аппаратуры будут стабильны и по всем остальным типам регистрируемых акустических волн. В качестве эталонов для аппаратуры АК применяют СО акустических свойств материалов, воспроизводящие разные значения интервального времени распространения и коэффициента затухания продольных акустических волн. Они выполнены в виде трубных эталонных акустических волноводов (комплект КЭВ-АК) – герметичных стаканов длиной 4 или 6 м: из стали, стеклопластика, асбоцемента и полиэтилена. Волноводы с одного торца заглушены и заполнены звукопроводящей жидкостью (водой, выдержанной не менее 6 ч в открытой емкости, насыщенным раствором три натрий фосфата или дизельным топливом). Воспроизведение нижнего, среднего и верхнего значений Т диапазона измерений осуществляют с помощью материалов с различными скоростями распространения упругих волн(сталь, дюралюминий, асбоцемент, стеклопластик, винипласт). При воспроизведении коэффициента затухания продольной волны внутренний диаметр волновода и параметры жидкости принимают за номинальные значения, а при измерениях в скважинах их отличие должно быть учтено соответствующими поправками. ГЛАВА 3. Передача измеряемых величин приборам Прежде, чем передать единицу прибору, ее необходимо воспроизвести, то есть воссоздать в виде материального носителя - эталона. Геофизические эталоны воспроизводят единицы измеряемых параметров пласта и скважины в нормальных условиях. Поэтому эталонных параметров пласта представляют собой модель пласта, пересечённого скважиной. Исключение составляет эталон УЭС в виде бассейна сводным раствором хлористого натрия, где скважина отсутствует. Обычно основным методом передачи единицы параметра пласта или скважины аппаратуре является метод прямых измерений. Передача единиц величин регламентируется государственными локальными поверочными схемами в виде таблицы, состоящей из полей и ступеней. На полях расположены эталоны и рабочие средства измерений, на ступенях - метод передачи единицы. На верхней ступени расположены средства измерений, заимствованные из государственных поверочных схем. Ниже расположены исходные первичные эталоны единиц геофизических величин. Еще ниже указывают вторичные или рабочие эталоны и на самом нижнем поле расположена рабочая скважинная аппаратура. В качестве исходного эталона какого-либо параметра пласта для скважинной аппаратуры используются СО этого параметра пласта, пересеченного скважиной заданного диаметра с известными параметрами жидкости в ней и созданного из материалов, свойства и состав которых близки к свойствам и составу реальных пластов. Исходные СО имеют минимальную погрешность. Имитатор измеряемой физической величины должен обладать более высокой стабильностью имитируемой величины, чем стабильность поверяемой скважинной аппаратуры. Имитатор не может быть использован для построения шкалы или калибровочной функции скважинной аппаратуры. ГЛАВА 4. Калибровочные функции Понятие "шкала" относится к измерительным приборам, а понятие "калибровочная функция" - к измерительным преобразователям. Значительная часть скважинной геофизической аппаратуры относится к индивидуально градуируемым средствам измерений. Часть аппаратуры имеет стандартные калибровочные функции (градуировочные характеристики). Стандартные и нестандартные калибровочные функции Градуировкой измерительного преобразователя называется совокупность операций, выполняемых с целью передачи ему единицы физической величины и установления параметров функциональной зависимости между измеряемым параметром и выходным сигналом преобразователя. Следует заметить, что в Законе № 102-ФЗ термин "градуировка" не упоминается. Эту операцию будем рассматривать как составную часть калибровки, в результате которой определяются действительные значения параметров индивидуальной КФ. Напомним, что параметры функции преобразования относятся к метрологическим характеристикам СИ. В геофизике в большинстве случаев применяется КФ в виде зависимости измеряемого параметра от выходного сигнала аппаратуры, то есть Визм=F(х). Такая функция, представленная формулой, очень удобна для непосредственного вычисления значения измеряемого параметра по показаниям (по значению выходного сигнала) аппаратуры. КФ может быть номинальной (стандартной, одинаковой для всей совокупности однотипных измерительных преобразователей) или индивидуальной (различной для каждого экземпляра однотипной аппаратуры). Аппаратура электрического и акустического каротажа, инклинометры и каверномеры имеют номинальные КФ. Для аппаратуры интегрального гамма-каротажа, нейтронного каротажа, плотностного гамма-гамма-каротажа, для скважинных термометров, манометров и расходомеров обычно строится индивидуальная КФ. При калибровке всегда оцениваются погрешности построенной КФ, включая погрешности применяемых эталонов и погрешность аппроксимации реальной (экспериментальной) функции преобразования какой-либо известной функцией. КФ может быть линейной или нелинейной, функцией одной, двух и более переменных. Если линейная КФ проходит через ноль (начало координат), то в документации указывается только один коэффициент преобразования. Если она проходит не через ноль, то указывают формулу Y=а+вх, описывающую функцию преобразования двумя коэффициентами а и в, х – выходной сигнал. Если характеристика нелинейная, то чаще всего указывают функцию преобразования в виде полинома второй степени Y=а+вх+сх2 (с тремя коэффициентами). Полином более высокой степени не используется. Реже используется степенная или логарифмическая функция. При определении (вычислении) коэффициентов функции одной переменной составляется система уравнений, в каждом из которых неизвестными являются вычисляемые коэффициенты для каждой пары "измеряемый параметр – выходной сигнал". Номинальную или индивидуальную КФ представляют в виде формулы, графика или таблицы. В любом случае в её основе лежит функциональная связь измеряемой величины с выходным сигналом аппаратуры, установленная на основе экспериментальных данных Эти данные попарно представляют собой измеренные значения параметров, воспроизводимые эталоном (или измеренные эталонным прибором), и значения выходного сигнала калибруемой аппаратуры. Каждое из этих измеренных значений содержит систематическую погрешность, обусловленную неидеальностью процесса преобразования измеряемой величины в выходной сигнал. Это означает, что координаты каждой экспериментальной точки, принятой для построения КФ, являются случайными величинами. Поэтому принятая для аппаратуры КФ является частной реализацией совокупности случайных реализаций КФ, отличающихся от идеальной КФ этой аппаратуры. Возможны два варианта расположения принятой КФ аппаратуры относительно экспериментальных точек: Проходит строго через экспериментальные точки. Проходит между экспериментальными точками, не совпадая ни с одной из них. В первом случае количество пар экспериментальных данных равно числу неизвестных параметров (коэффициентов) функции, принятой для аппаратуры в качестве КФ. Для второго варианта число пар экспериментальных данныхбольше числа неизвестных коэффициентов КФ. Соответственно число уравнений в системе, равное числу пар экспериментальных данных, больше числа неизвестных коэффициентов КФ. В этом случае система уравнений не имеет однозначного решения и решается одним из статистических методов, например, методом наименьших квадратов (МНК). Рассмотрим эти два метода построения КФ для трех видов функций, наиболее часто встречающихся в геофизике - линейной, параболической и логарифмической. ГЛАВА 5. Качество и достоверность поверки Деятельность метрологической службы любого геофизического предприятия характеризуется показателями качества ее работы. Эти показатели отражают правильность и достоверность отбраковки негодных по погрешности геофизических средств измерений в результате их поверки. Методики проведения поверки аппаратуры всегда предполагают использование эталонов и других вспомогательных технических средств, вносящих в результаты поверки погрешность, называемую погрешностью поверки. Если бы погрешность поверки была равна нулю, то, сравнивая оцененное значение погрешности с нормированным значением, всегда можно было бы сделать правильное заключение о годности или негодности. Качество поверки будет тем выше,чем ниже погрешность поверки и, следовательно, меньше ошибок в оценке годности поверяемой аппаратуры. Поэтому при определенном соотношении нормированных пределов аппаратуры и эталона имеется вероятность P не равной 0, признать годной в действительности негодную аппаратуру и забраковать заведомо годную. Для метрологической службы забраковать заведомо годную аппаратуру менее опасно, чем признать годной в действительности негодную аппаратуру. Поэтому при проведении поверки геофизической аппаратуры используют два показателя, отражающих её качество поверки и достоверность. Показатель качества поверки (Пкп) – это отношение допускаемой погрешности средства измерений к допускаемой погрешности применяемого эталона. Данный показатель отражает потенциальные возможности достоверной отбраковки негодных измерительных каналов геофизической аппаратуры. Так, например, при Пкп=10 потенциальные возможности достоверной отбраковки негодной аппаратуры выше, чем при Пкп=3. Вероятность (или степень) годности (Рг) – это наибольшая вероятность годности поверяемого СИ для наибольшей оценки поправки в каждой точке контроля. Вычисленное значение такой вероятности принимается за показатель достоверности поверки в каждой конкретной точке контроля. Для практических целей можно выбрать законы распределения плотности вероятности появления поправки к показаниям аппаратуры и эталона в интервале - равномерными. Тогда композиция этих двух равномерных законов распределения поправок будет описываться треугольным законом распределения плотности вероятности совместного появления поправок поверяемого СИ и эталона в любой точке интервалаов. Следовательно, кривую вероятности Рг признания аппаратуры годной по результатам поверки с разными показателями ее качества можно представить графиками функции годности. Выводы Исходя из вышеперечисленного текста, можно сделать вывод о продуктивности проведённой работы. В ходе работы были изучены: способ ведения организационной составляющей метрологического отделения; качество и достоверность проверки; определение компетентности метрологической службы; объяснения о термине «Эталон», а также эталоны оборудования. Был изучен принцип передачи единиц измеряемых величин приборам. ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ А  Рисунок 1 – Пример сертификата о калибровке средства измерений ПРИЛОЖЕНИЕ Б  Рисунок 2 – Пример аттестата об аккредитации Список используемых источников Лобанков, В.М. Метрологическое обеспечение в промысловой геофизике:учеб. пособие / В.М. Лобанков. – Уфа: изд-во УГНТУ, 2020.-216 с. Метрологическое обеспечение нефтегазовой отрасли [Электронный ресурс] – URL: http://shkval-antikor.ru/mess770.htm Роль метрологии в решении проблем нефтяного комплекса страны [Электронный ресурс] – URL: https://www.vniim.ru/book-khanov2.html Метрологическое обеспечение нефтяного комплекса России [Электронный ресурс] – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/problemy-metrologicheskogo-obespecheniya-neftyanogo-kompleksa-rossii Транснефть – метрология [Электронный ресурс] – URL: https://www.youtube.com/watch?v=pHRselh4fpA&t=117s СИКН [Электронный ресурс] – URL: http://youtube.com/watch?v=LKnLKsRzXvI |