СТАНДАРТНЫЙ ОБРАЗЕЦ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ

Полезная модель относится к средствам метрологического обеспечения аппаратуры каротажа магнитной восприимчивости - стандартным образцам, и может быть использована для градуировки и калибровки приборов, предназначенных для измерения магнитной восприимчивости горных пород в скважинах.
Известна мера восприимчивости, применяемая для аттестации средств магнитного каротажа, корпус которой выполнен в форме толстостенной цилиндрической трубы из смеси гипса с магнетитом, имитирующей скважину (Кудрявцев Ю.И., Индукционные методы измерения магнитной восприимчивости горных пород и руд в естественных условиях. - Л.: Недра, 1978, с.69-86).
Недостатками данной меры являются низкая механическая прочность, неоднородность, анизотропность и гигроскопичность. С течением времени, вследствие процессов выравнивания неоднородностей и влияния атмосферных воздействий, меняются структура и химический состав меры, что неизбежно влечет за собой изменение ее магнитных свойств. Низкая механическая прочность меры делает ее неудобной в эксплуатации, а неоднородность материала меры, анизотропность ее свойств и изменение их со временем непосредственно влияют на точность аттестации средств измерения магнитной восприимчивости горных пород в скважинах, снижая ее.
Известна также мера магнитной восприимчивости, корпус которой представляет собой толстостенную цилиндрическую трубу с осевым отверстием, набираемую из ферроэластовых колец. Кольца получают путем вулканизации под давлением смеси каучука и порошка никельцинкового феррита (Зорин Г.К. и др., Эталоны магнитной восприимчивости на основе ферроэласта. // "Методы разведочной геофизики", 1973, вып.17, с.116-118).
Недостатками данной меры являются неоднородность и анизотропность материала меры, возникающие при его изготовлении - в процессе вулканизации, вследствие неравномерного оседания частиц смеси с разными удельными весами, непосредственно влияют на точность аттестации средств измерения магнитной восприимчивости горных пород в скважинах, снижая ее. Кроме того, отсутствие точных методов и средств измерения для определения магнитной восприимчивости образцов сложной формы (например, кольцевой) и значительных габаритов приводит к большим погрешностям аттестации самой меры.
Известна образцовая мера магнитной восприимчивости (А.С. №866524, МКИ G01V 13/00, 15.11.1979, опубл. 23.09.1981 Бюл. №35), содержащая цилиндрический корпус с осевым сквозным отверстием, выполненный в виде двух коаксиальных труб разного диаметра и крышек с отверстиями, герметично прилегающих к торцам труб, причем объем между трубами заполнен магнитной жидкостью, а трубы и крышки изготовлены из немагнитного и непроводящего материала.
-8
-3
Недостатком данной меры, использующей магнитную жидкость, представляющую собой суспензию мелких (около 1.·10 м) частиц ферромагнетика в непроводящих жидкостях (например, магнетит в керосине, железо или кобальт в толуоле), является ее анизотропность вследствие выпадения с течением времени более тяжелых частиц ферромагнетика в осадок. Кроме того, существенные температурные коэффициенты объемного расширения β основ магнитных жидкостей (у керосина β=12,6·10/°С) вызывают значительное изменение объемного удельного содержания ферромагнетика (для керосина - на 12,6%), т.е. изменение аттестованного значения воспроизводимой мерой величины даже при изменении температуры среды в пределах нормальных условий эксплуатации образцов, каковыми являются 15-25°С.
Прототипом предлагаемой полезной модели является стандартный образец магнитной восприимчивости (патент РФ на ПМ №2285941 от 25.05.2005, опубл. 20.10.2005 Бюл.29),. содержащий цилиндрический корпус со сквозным осевым отверстием, выполненный в виде двух коаксиальных труб разного диаметра и крышек с отверстиями, герметично прилегающих к торцам труб, трубы и крышки изготовлены из немагнитного и непроводящего материала, причем объем между трубами заполнен магнитной лентой, наматываемой по спирали на внешнюю поверхность внутренней трубы, с разделением слоев магнитной ленты немагнитным материалом, причем значение магнитной восприимчивости стандартного образца обратно пропорционально шагу повива магнитной ленты и толщине слоя немагнитного материала. Недостатком данной меры является ограниченный верхний предел воспроизведения магнитной восприимчивости (не более 0,01 ед. СИ).
Техническим результатом полезной модели является увеличение диапазона магнитной восприимчивости, воспроизводимой стандартным образцом.
Указанный технический результат достигается тем, что в стандартном образце магнитной восприимчивости, содержащем цилиндрический корпус со сквозным осевым отверстием, выполненном в виде двух коаксиальных труб разного диаметра и крышек с отверстиями, герметично прилегающих к торцам труб, трубы и крышки изготовлены из немагнитного и непроводящего материала, объем между трубами заполнен магнитным материалом на основе магнитной ленты, разделенным немагнитным материалом с определенным шагом, магнитный материал выполнен в виде панкейков из магнитной ленты, расположенных на внутренней трубе через равные промежутки.
В предлагаемом стандартном образце магнитной восприимчивости новым признаком в сравнении с прототипом является то, что в качестве магнитного материала используются панкейки - магнитная лента длиной до 6000 м, смотанная в рулон, в котором она держится за счет межвиткового абразивного сопротивления. Высокая степень равномерности распределения ферромагнитных веществ в магнитном слое ленты, обеспечиваемая техническими условиями ее изготовления, а также равномерное распределение панкейков позволяют достичь необходимой однородности распределения магнитного вещества в единице объема стандартного образца магнитной восприимчивости. Магнитная восприимчивость такой модели может задаваться в широком диапазоне измеряемой величины путем изменения шага установки панкейков. Геометрические размеры пространства между коаксиальными трубами разного диаметра и крышками с отверстиями, заполненного равномерно распределенными панкейками, обеспечивают создание изучаемого физического поля, эквивалентного полю в однородной бесконечной среде в пределах заданной погрешности измерения аттестуемого параметра. Кроме того, данная конструкция стандартного образца магнитной восприимчивости при его сравнительно небольших габаритах и массе удобна в эксплуатации независимо от занимаемого при аттестации положения - вертикального или горизонтального.
Таким образом, конструкция стандартного образца магнитной восприимчивости представляет собой практически однородную и изотропную меру, магнитная восприимчивость которой может быть легко определена с высокой точностью, причем данные свойства сохраняются на протяжении длительного времени, что повышает точность аттестации средств магнитного каротажа.
Стандартный образец магнитной восприимчивости схематично изображен на фиг.1.
Цилиндрический корпус стандартного образца магнитной восприимчивости со сквозным осевым отверстием состоит из коаксиальных труб разного диаметра 1 и 2 и крышек 3 с отверстиями, жестко соединенных между собой. Крышки 3 с отверстиями герметично прилегают к поверхностям коаксиальных труб разного диаметра 1 и 2. Трубы 1, 2 и крышки 3 изготовлены из немагнитного и непроводящего материала. Объем между коаксиальными трубами 1 и 2 заполнен панкейками 4, между которыми на внутренней трубе находятся распорные кольца 5, изготовленные из немагнитного диэлектрика.
Аттестация средства измерения, применяемого при магнитном каротаже, с помощью такого стандартного образца магнитной восприимчивости осуществляется следующим образом. Средство измерения магнитного каротажа - калибруемый прибор каротажа магнитной восприимчивости (КМВ) - помещается во внутреннюю трубу 1 стандартного образца так, чтобы ось его первичного измерительного преобразователя находилась на оси симметрии трубы, а их центры симметрии совпадали. Включается аттестуемое средство. Зарегистрированные при этом показания прибора приравниваются паспортному значению магнитной восприимчивости, полученному при метрологической аттестации стандартного образца. Способ метрологической аттестации стандартного образца магнитной восприимчивости выбирается в зависимости от категории изготавливаемого стандартного образца согласно ГОСТ 8.315-97.
Пример конкретной реализации.
c
c
г.п
г.п
г.п
в
в
г.п
г.п
н
н
н
в
в
Для конкретной реализации настоящей полезной модели необходимо выполнение следующих операций. Производят расчет-обоснование геометрических размеров стандартного образца магнитной восприимчивости, в результате которого определяют наиболее оптимальные размеры, соответствующие нормальным условиям измерений, при соблюдении которых получаемые результаты наименее всего подвержены влиянию мешающих факторов. Минимальная погрешность измерений достигается в скважинах диаметром d, определяемом из выражения d/l≤0,4, где l - размер зонда прибора КМВ. Толщина коаксиального слоя магнитного материала стандартного образца магнитной восприимчивости также определяется размером зонда и должна составлять не менее 0,6 l. Расстояние между внутренними поверхностями крышек Н, т.е. высота слоя магнитного материала 4, не влияющая на показания прибора КМВ, составляет Н≥3,0 1 l. Данным условиям для зонда l=200 мм соответствуют следующие размеры стандартного образца магнитной восприимчивости: наружный диаметр трубы 1, имитирующей скважину, d=85 мм; наружный диаметр D крышек 3, равный внутреннему диаметру трубы 2, - D=330 мм; расстояние Н между крышками 3 - Н=600 мм. Толщина стенки трубы 1 должна составлять не более 5% от ее наружного диаметра, т.е. не более 5,5 мм. Изготавливают согласно указанным размерам трубу 1, две крышки 3 с отверстиями, а также трубу 2, являющуюся охранным кожухом. На торце трубы 1 жестко закрепляют одну из крышек 3. На трубу 1 одевают поочередно распорные кольца 5 и панкейки до заполнения ими внутреннего объема образца. Устанавливают вторую крышку 3, трубу 2 и жестко закрепляют ее с крышками 3.
Изготовленный таким образом стандартный образец магнитной восприимчивости представляет собой достаточно прочную конструкцию, не гигроскопичную, не подверженную воздействию условий среды на его характеристики, обеспечивающую повышение точности аттестации и обладающую в течение длительного времени стабильными метрологическими характеристиками при уменьшении его анизотропности и неоднородности в значительном диапазоне рабочих температур (-40°…+50°С).