УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

Полезная модель относится к области метрологического обеспечения геофизической аппаратуры, а именно к калибровке аппаратуры по контролю технического состояния эксплуатационных нефтяных и газовых скважин акустическим методом на отраженных волнах, в частности к созданию стандартных образцов для градуировки и поверки аппаратуры.
При длительной эксплуатации нефтегазовых скважин в условиях сероводород-содержащих флюидов, колебаний температур и давлений качество внутренней поверхности эксплуатационных колонн ухудшается вследствие ее коррозии и механического износа. Важным показателем технической характеристики внутренней поверхности колонн является параметр «шероховатость», который в значительной степени определяет основные эксплуатационные свойства обсадных колонн - износостойкость, усталостную прочность и коррозионную устойчивость. Основные параметры шероховатости и их числовые значения регламентируется ГОСТ 2789 - 73 [1]. В соответствии с этим стандартом шероховатость поверхности нормируется по высоте, направлению, среднему шагу микронеровностей.
Исследование технического состояния внутренней поверхности обсадных колонн нефтегазовых скважин осуществляется с применением сканирующей аппаратуры акустического метода на отраженных волнах типа САТ-4М. Одним из основных измеряемых параметров этой аппаратурой является амплитуда акустического сигнала, несущая информацию об отражающей способности внутренней поверхности труб, качественно характеризующей ее шероховатость. Однако объективные результаты исследования с количественной оценкой параметров технического состоянии внутренней поверхности обсадных труб могут быть получены при ее предварительной калибровке на моделях эталонной шероховатости
Их предшествующего уровня техники известны калибровочные устройства различных конструкций, обеспечивающие метрологический контроль геофизической аппаратуры акустического метода на отраженных волнах.
Конструкция модельной установки для калибровки аппаратуры САТ-4М [2] предназначена для метрологического обеспечения измерений геометрических параметров обсадных труб разного профиля. Для моделирования поверхности труб со сложным профилем используется полый цилиндр из металла, позволяющий имитировать различные конфигурации сечения скважины. Испытательный стенд, представляющий собой отрезок колонны, помещен в емкость с водой.
Известна также модель дефектов стенок колонн (щели и перфорационные отверстия размером 1-12 мм) для целей контроля технического состояния обсадных колонн аппаратурой САТ-4М [3].
Данные калибровочные устройства направлены на повышение точности оценки геометрических параметров и дефектов обсадных колонн. Общим недостатком этих устройств является то, что они не содержат элементов, позволяющих выполнять калибровку аппаратуры по параметрам шероховатости.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство, позволяющее контролировать шероховатость изделий ультразвуковым способом [4]. По этому способу поверхность изделия исследуется дополнительно импульсами с частотой колебаний отличной от частоты основного сигнала. Такой способ позволяет повысить точность и производительность контроля. Настройку использованного при этом устройства производят по эталонному образцу. Однако такой способ и устройство, его реализующее, с системой настойки по эталонному образцу не могут обеспечить калибровку геофизической аппаратуры для непрерывного исследования таких протяженных объектов как обсадная колонна скважин в широком диапазоне значений шероховатости.
Данная полезная модель устраняет недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является расширение арсенала технических средств в области метрологического обеспечения геофизической аппаратуры, повышение точности и однозначности результатов исследований за счет применения эталонных поверхностей с известными параметрами шероховатости.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для калибровки геофизической аппаратуры включает физическую модель, состоящую из обсадной трубы длиной 1500 мм и диаметром 168 мм с изолированным низом и заполненной водой, внутрь которой помещают поочередно металлические сетки из нержавеющей стали с диаметрами проволоки 0.052, 0.132, 0.158, 0.26 и 0.5 мм и соответствующим им параметрами шероховатости: средний шаг неровностей Sm - 1.27, 0.282, 0.408, 0.685 и 1.35 мм и наибольшая высота профиля сетки Rmax - 0.11, 0.27, 0.33, 0.59 и 1.03 мм, причем параметры шероховатости модели Sm и Rmax рассчитываются по численным значениям размеров ячеек и диаметров проводов, которые подбираются опытным путем таким образом, чтобы обеспечить изменение амплитуды измеряемого акустического цифрового сигнала от 0 до 1024 усл. ед.
Сущность полезной модели поясняется на фигурах 1-3.
На фиг.1 представлены схематично: 1 - обсадная труба, 2 - металлическая сетка, 3 - геофизический прибор, 4 - зондовая часть прибора, 5 - центрирующее устройство прибора.
На фиг.2 показана зависимость амплитуды измеряемого отраженного сигнала от значений параметров шероховатости Sm и Рmах.
На фиг.3 приведено изображение поверхностей исследуемых образцов металла, отобранных из стенок обсадной колонны в скважине.
Устройство работает следующим образом.
Для воспроизведения шероховатости поверхности обсадных труб в калибровочном устройстве (фиг.1) поочередно против зондовой части геофизической аппаратуры на фиксированном расстоянии посредством центрирующих устройств располагают сетки с известными параметрами шероховатости. При этом производят непрерывную регистрацию амплитуды акустического отраженного сигнала. По результатам калибровки строится график (фиг.2) зависимости измеренной амплитуды отраженного сигнала от вычисленных параметров шероховатости Sm и Rmax, позволяющий перевести результаты скважинных измерений в стандартизированные количественные параметры шероховатости.
В качестве примера реализации предлагаемого устройства для калибровки геофизической аппаратуры приведены результаты оценки шероховатости поверхности стенок обсадной колонны по образцам металла, отобранных из стенок колонны в скважине сверлящим керноотборником СКТ-3М. На фиг.3 приведено изображение поверхности трех образцов металла. Значения полученных параметров шероховатости поверхности для образцов равны: а - Sm=1.06 мм и Rmax=0.825 мм, б - Sm=0.365 мм и Rmax=0.34 мм, в - Sm=0.08 мм и Rmax=0.0.16 мм (фиг.2).
Экономическая эффективность предлагаемого устройства обусловлена высокой точностью измерения и достоверностью результатов.
Литература:
1. ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения.
2. Терехов О.В., Стрелков В.И. Физическое моделирование по определению области применения акустического телевизора // НТВ «Каротажник». 2008. №7. С.65-70.
3. Терехов О.В., Стрелков В.И. Экспериментальная оценка разрешающей способности аппаратуры САТ-4М // НТВ «Каротажник». 2008. №6. С.37-41.
4. А.с. №373612 SU, М. Кл. G01n 29/04, 1973. Ультразвуковой способ контроля шероховатости поверхности изделий / Крамаренко Г.К., Гитис М.Б. и Мельканович А.Ф.