Курсовая. ВВЕДЕНИЕ2. Литература объектом исследования в работе являются методы достоверной оценки пространственного распределения удельного электрического сопротивления (уэс) в околоскважинной части терригенного разреза,

• Название: Литература объектом исследования в работе являются методы достоверной оценки пространственного распределения удельного электрического сопротивления (уэс) в околоскважинной части терригенного разреза,
• Анкор: Курсовая
• Дата: 14.09.2022
• Размер: 1.94 Mb.
• Имя файла: ВВЕДЕНИЕ2.docx
• Тип: Литература; #676448
• страница: 3 из 8

оо

Е_т = Е" + ^- j^C^V)cosAzdz;

.,₀ icoju 2 4тг л

H₂=H°_Z+-- fA₁²C_lI₀(A_lp) cos Azdz.

А ГГ гг *

4 л л

здесь С, =

Я,А(4д)4 -Д²/₀(Да,)Д Vi(4^ai)4 ⁺44₀(Лд)4
дА_х _ дА_г _ dr dr ’

На оси скважины Е = О, и 1о, I, модифицированные функции Бес­селя нулевого и первого порядков.

В присутствии тонкого проводящего кольца





Рис. 1.1
В однородном изоляторе расположен круглый замкнутый контур радиуса Ъ проводимости а рис. 1.1

При решении этой задачи были использованы следующие предпо­ложения

радиус провода а, из которого этот контур изготовлен, существенно меньше радиуса петли Ь, а«Ь\

первичное поле на расстоянии порядка а принимается однородным,

т.е. а«Л_е, где Л_е = длина волны поля в воздухе;

со

Тогда, в области kb «l (k = — - волновое число в воздухе) имеем:

с


( 1 л
Z' = R + i coL ,

Uc у

здесь Н₀- первичное поле магнитного диполя, е₀- э.д.с. первичного поля в контуре кольца,

Z' - полное сопротивление кольца, в котором R- активное сопротивление кольца,











Рис. 1.2

L = iu₀b

(

In—-2 +

V а 4

8 Ъ

Л

- индуктивность кольца,

где малый параметр.

Схема расположения зонда и кольца приведена на рис. 1.2
С- емкость конденсатора, включенного в цепь кольца,

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ

БИБЛИОТЕКА

Глава 2. Метрологическая поверка

Основной принцип [13] метрологической поверки состоит в сопос­тавлении независимых результатов математического и физического мо­делирования. При этом математическая модель должна адекватно от­ражать физическую. Также необходимо учесть погрешность расчетов при математическом моделировании и погрешности определения пара­метров физической модели.

Результатом метрологической поверки является соответствие (или несоответсвие) точности измерения поверяемой аппаратуры ее пас­портным данным. Схема поверки приведена на рис. 2.1.




Рис. 2.1 Схема метрологической поверки с помощью имитаторов

электропроводности




В работе были рассмотрены следующие модели, для которых мож­но с достаточной точностью вычислить измеряемые характеристики:

• 
  однородная среда;
  
• 
  два полупространства, одно из которых непроводящее;
  
• 
  проводящий цилиндр;
  
• 
  проводящий цилиндрический слой или пленка;
  
• 
  плоская проводящая пленка;
  
• 
  тонкое проводящее кольцо.
  

Проводящие части модели представляют собой либо заполненные электролитом емкости, либо металлические объекты.

В настоящей главе решались следующие задачи: анализ различ­ных способов метрологического обеспечения; выбор физической модели, которую можно использовать в качестве поверочного устройства; оцен­ка погрешностей воспроизведения измеряемых величин; определение необходимой точности расчета параметров математического аналога физической модели.

1. 
   Анализ моделей
   

Однородная среда

Проводящую однородную среду можно моделировать водоемом со слабоминерализованной водой. При этом размеры водоема, в зависимо­сти от типа аппаратуры и минерализации воды, должны в 2 - 4 раза превышать длину наибольшего из зондов. Кроме того, желательно иметь несколько таких водоемов для поверки аппаратуры во всем диа­пазоне измерений.

Создание такого комплекса сооружений, поддержание неизменно­сти его параметров (концентрации электролита и его температуры) с необходимой точностью и обеспечение поверочных работ требует неоп­равданно больших расходов. Поэтому встает вопрос о замене водоемов более простыми и достаточно достоверными поверочными средствами.

Лес1 полупространства

Расчеты для профилирования границы "электролит - воздух" осу­ществлялось для нижнего полупространства, имеющего УЭС, равным 0.4 Ом- м. Это сопротивление соответствует нижней границе диапазона измерения аппаратуры ВИКИЗ. На рис. 2.2 приведены результаты рас­четов кривых профилирования.


Разность фаз, град.

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50



Рис. 2.2 Экспериментальные (а) и синтетические (б) диаграммы профилирования границы воздух-электролит.




При анализе метрологических возможностей синтетических диа­грамм следует исходить из того, что реально достижимая абсолютная погрешность позиционирования зонда относительно границы составляет около 10 мм. Анализ такой диаграммы для зонда DF20 показывает, что погрешность позиционирования прибора не позволяет обеспечить по­грешность имитируемого сигнала менее 2 % на краях основного диапа­зона измерения. В средней части диапазона погрешность определения разности фаз по диаграмме превышает погрешность аппаратуры. Для остальных зондов погрешность определения до по кривой профилиро­вания еще больше и обратно пропорционально длине зонда.

Поэтому использование отдельных фиксированных точек расчет­ной диаграммы в качестве поверочного средства не представляется возможным.

Использование вместо отдельных характерных точек большого числа измерений с постоянным шагом может дать удовлетворительный результат. Экспериментальная диаграмма, записанная прибором, под­вешенным на слаборастяжимом тросе, может иметь взаимную невязку по глубине, измеряемую десятыми долями миллиметра для любых пар точек на этой кривой. При этом стартовая ошибка позиционирования зондов относительно границы двух сред является систематической и может быть устранена сдвигом по глубине до совмещения расчетной и экспериментальной диаграмм.

Проводящий цилиндр

Следующая модель, возможная для использования в качестве по­верочного устройства - цилиндр небольшого радиуса, заполненный сильно минерализованной водой. У этой модели существует естествен­ное ограничение на электропроводность: предельная концентрация со­лей (NaCl) в водном растворе составляет около 30% при комнатной температуре, что соответствует УЭС раствора примерно равному 4 Омм. Использование кислоты (НС1) вместо соли позволяет снизить УЭС в два-три раза, однако это нежелательно с точки зрения безопас­ности эксплуатации. В рассматриваемой модели возможны два способа поверки аппаратуры во всем диапазоне измерения. Первый заключает­ся в изменении радиуса цилиндра при постоянном сопротивлении рас­твора. Второй в изменении УЭС раствора при постоянном радиусе.

Расчеты по первому варианту показали, что при минимально воз­можном УЭС раствора весь диапазон измерения для зонда DF20 обес­печивается изменением радиуса цилиндра от 805 до 875 мм. Для ос­тальных зондов указанные размеры уменьшаются пропорционально длине зонда (рис. 2.3). Из расчетов также следует, что для обеспечения требуемой точности погрешность задания радиального размера цилинд­ра не должна превышать 0.6 мм (DF20), и - 0.15 мм (DF05). Учитывая реальные условия эксплуатации, когда цилиндры заполняются раство­ром массой около тонны, следует признать, что данная модель на прак­тике не реализуема.




Рис. 2.3




Анализ второго варианта показал, что цилиндр радиусом 45 - 50 % от длины соответствующего зонда может быть использован в качестве поверочного средства путем изменения УЭС раствора, заполняющего цилиндр. При этом погрешность определения УЭС должна быть не ху­же 5 %. Погрешность определения радиуса цилиндра, как и в преды­дущем варианте, очень сильно влияет на точность измерения разности фаз. Однако эта погрешность является систематической и может быть существенно снижена при расчете величины ыр в различных точках диапазона измерения. К недостаткам модели можно отнести сложность реализации устройств из пяти цилиндров различного радиуса, а также необходимость многократной смены раствора в процессе поверки. Соз­дание и эксплуатация такой модели не намного проще комплекса баков.

Тонкий проводящий иилиндрический слои

Модель представляет собой тонкий проводящий цилиндрический слой, находящийся в воздухе и соосный зондам. Расчеты показывают, что при отношении радиуса слоя к длине зонда около 0.4 и отношении толщины слоя к длине зонда - 0.028, слой с УЭС равным 0.04 Омм обеспечивает те же показания зондов, что и однородная среда с УЭС, равным 0.4 Омм (рис. 2.4). Как и в предыдущем случае, поверка аппа­ратуры может осуществляться путем изменения УЭС раствора, запол­няющего цилиндрический слой.




0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Радиус, м




Параметры модели: толщина слоя - 2,8% от длины зонда

Рис. 2.4

При этом допустимая относительная погрешность задания радиуса слоя должна составлять 3.5 %, толщины - 2.5 %, а УЭС - 2 %. Преиму­щества этой модели перед предыдущей заключаются в уменьшении на порядок объема используемых растворов и в меньшей чувствительно­сти к погрешностям определения размеров модели. Это дает возмож­ность реализовать ее на практике.

Используя интегральную проводимость S, равную произведению высокой удельной электропроводности на малую толщину слоя, рас­смотрим еще одну модель. Она представляет собой цилиндрическую поверхность с нанесенным проводящим покрытием. При условии мало­сти толщины покрытия в сравнении с радиусом цилиндрической по­верхности и длинами зондов, показания последних зависят только от величины S.

Используя результаты анализа из предыдущей модели для имита­ции однородной среды с УЭС, равным 0.4 Омм, получаем величину S = 350 мСм. Для другого конца рабочего диапазона S должна состав­лять 0.7 мСм. Алюминиевое покрытие обеспечивает такую проводи­мость при толщине 0.02 нм. Для обеспечения реализуемых покрытий толщиной в единицы микрометров необходимы материалы с удельным сопротивлением на пять порядков большим, чем у алюминия. В на­стоящее время доступные технологии не позволяют получать пленки с такими параметрами, поэтому реализовать на практике такую модель не представляется возможным.

Проводящая плоскость

Еще одна модель, использующая пленку с проводящим покрытием, представляет собой плоскость, перпендикулярную оси зонда. Наиболь­шая величина разности фаз получается, когда крайняя измерительная катушка пересекает пленку. Для имитации однородной среды с УЭС, равным 0.4 Омм, величина S тонкого алюминиевого покрытия должна составлять 125 мСм (зонд DF05). В отличие от предыдущей модели имитация всего рабочего диапазона может осуществляться перемеще­нием такой пленки от внешней к внутренней измерительной катушке (рис. 2.5). Эта модель может быть реализована, если использовать по­крытия с удельным сопротивлением на три порядка большим, чем у алюминия. При этом требуется обеспечение погрешности позициониро­вания проводящей плоскости в пределах 0.1 мм вдоль оси зонда.




-1,0 -0,9 -0,8 -0,7 -0,8 -0,5 -0.4 -0.3 -0,2 -0.1 0 0,1 0,2 0.3 0,4 0,5

Расстояние по оси Z, и

Рис. 2.5




Тонкое проводящее кольцо

Проволочные кольца традиционно используются для градуировки аппаратуры индукционного каротажа. Доказана также возможность по­верки аппаратуры ВИКИЗ с помощью проволочных колец [53]. При ис­пользовании кольца оно располагается соосно зонду в перпендикулярна плоскости. Измеренная разность фаз зависит от радиуса кольца, его положения относительно катушек зонда, а также от активного и реак­тивного сопротивлений цепи самого кольца. Три из указанных четырех параметров можно совместно оптимизировать с целью снижения требо­ваний к точности изготовления кольца и определения величин этих па­раметров. Однако для аппаратуры ВИКИЗ радиус кольца, полученный таким образом, составляет около 70 % от длины зонда, что крайне ус­ложняет его эксплуатацию.

Тем не менее, для любого заданного радиуса можно оптимизиро­вать оставшиеся параметры - положение кольца на оси зонда и реак­тивное сопротивление в цепи кольца. При таком подходе для выбранно­го радиуса кольца находится оптимальное реактивное сопротивление и положение кольца, а величина разности фаз, создаваемая кольцом, из­меняется с помощью изменения активного сопротивления кольца. Была разработана и изготовлена такая конструкция, содержащая конденса­торы, резисторы и систему коммутации в цепи кольца. Однако, боль­шие поперечные размеры проводника, значительное отклонение токо­вых линий от круговых в местах расположения сосредоточенных эле­ментов существенно усложняют расчет системы “зонд-кольцо” и не обеспечивают необходимой точности расчета.

В результате дальнейшего анализа выбрана следующая конструк­ция поверочного устройства. Для каждого зонда изготавливают свое кольцо из провода с высоким удельным сопротивлением. Радиус кольца выбирают максимально возможным, исходя из удобства эксплуатации. В цепь кольца включают конденсатор, обеспечивающий оптимальную величину реактивного сопротивления. Далее определяют оптимальное положение кольца на оси зонда, при котором разность фаз будет мак­симальной. В этом положении выбирают материал и диаметр провода таким, чтобы активное сопротивление цепи обеспечивало максималь­ную разность фаз, соответствующую краю диапазона измерения. Для выбранных значений емкости конденсатора и диаметра провода уточ­няют оптимальное значение диаметра кольца. Уменьшение разности фаз получают перемещением кольца в сторону генераторной катушки. Если радиус кольца не превышает 4/9 от длины зонда, то величина Др на кривой профилирования меняет знак. Точка перехода через нуль в отличие от точки с максимальным значением разности фаз очень легко фиксируется и служит началом отсчета для получения того или иного значения в диапазоне измерения. Необходимая точность установки кольца вдоль оси зонда реализуется с помощью специального механи­ческого устройства.

Погрешности, допускаемые при поверке аппаратуры, можно раз­делить на две группы.

К основным погрешностям первой группы относится погрешности математического моделирования, пренебрежением токами смещения в воздухе, и замены катушек зонда точечными магнитными диполями.

В этом приближении вертикальная компонента магнитного поля вертикального магнитного диполя на его оси, на расстоянии г описыва­ется выражениями (1.4 — 1.5).

Учет токов смещения приводит к формуле:

Я,=^Т-( 1-*V,

2 яг

, , ,_n,JM

где к = — \ с = 3-10 —. с с

Учет конечных размеров катушек состоит в замене точечных ди­полей цилиндрами, разбитыми по длине на ряд колец конечного радиу­са. Длина цилиндров и радиус колец равны, соответственно, длине и радиусу катушек. При расчете поля и э.д.с. в каждой из измерительных катушек производят суммирование полей для всех возможных пар ко­лец.

В заключение приведем результаты расчетов параметров колец для пятизондовой модификации аппаратуры ВИКИЗ.

Зонд	Рабочая частота, МГц	Диаметр кольца, м	Диаметр провода, мм	Емкость конденсатора, пФ
DF05	14	0.314	0.25	100
DF07	7	0.559	0.4	221
DF10	3.5	0.517	0.5	1000
DF14	1.75	0.539	0.6	3900
DF20	0.875	0.431	0.8	21000

В таблице приведены номинальные значения диаметров колец, диаметров манганинового провода (номинальное удельное сопротивле­ние 48-10^-8 Ом-м), емкостей конденсаторов в цепи колец. На рис. 2.6 по­казан рабочий участок кривой профилирования.

Две почти совпадающие (максимальное отклонение 2.7 %) кривые представляют результаты математического и физического моделирова­ния.

2. 
   Методика поверки
   

Предложен новый способ поверки аппаратуры электромагнитного каротажа с помощью проволочного кольца - профилирование. В этом случае метрологической характеристикой зонда является кривая про­филирования, аналогичная кривой профилирования через границу двух сред.

Поверка аппаратуры ВИКИЗ с помощью метрологического устрой­ства - кольца заключается в следующем:

• 
  скважинный прибор помещается на изолирующие подставки;
  
• 
  на прибор устанавливается устройство, в котором кольцо за­крепляется соосно прибору, в перпендикулярной плоскости, и при помощи которого производится перемещение вдоль оси;
  
• 
  устанавливается кольцо, соответствующее зонду DF20 и пе­ремещением всего устройства приблизительно находится точка смены знака кривой профилирования;
  
• 
  далее устройство закрепляется на корпусе прибора и враще­нием кольцо точно устанавливается на точку, в которой Д#> = 0;
  
• 
  поворачивая кольцо на определенный угол, последовательно получают все точки кривой; результатом метрологической поверки является соответствие или несоответствие получен­ных значений - расчетным;
  
• 
  далее те же действия производятся с остальными зондами, меняя поочередно соответствующие кольца.
  

Поверка аппаратуры ВИКИЗ с помощью метрологической схемы - “граница электролит-воздух”:

• 
  при помощи каротажного подъемника производят равномер­ное перемещение скважинного прибора относительно границы “электролит-воздух”, с известным шагом по вертикали, в специальном поверочном баке, при этом производят регист­рацию всех пяти диаграмм;
  
• 
  производят совмещение расчетных и измеренных диаграмм для данной модели.
  

Если расхождение между диаграммами составляет не больше за­данной погрешности, то результат поверки считается удовлетворитель­ным.

Таким образом, в результате проведенных исследований выбрана наиболее оптимальная в технологическом плане модель - тонкое кольцо. Для нее создан полный комплект технической и эксплуатационной до­кументации.