6. Калибровка и поверка инклинометров

При выполнении угловых измерений скважинными инклинометрами в качестве измеряемых параметров приняты следующие:

- азимутальный угол плоскости наклона оси инклинометра;

- зенитный угол оси инклинометра (угол отклонения оси от вертикали);

- угол вращения инклинометра вокруг собственной оси (визирный или апсидальный угол).

Градуировочная характеристика инклинометра по всем каналам – номинальная. Для повышения показателей точности инклинометрических измерений иногда строится график поправок к номинальной функции преобразования. Тогда градуировочная характеристика становится индивидуальной.

Будем пользоваться следующими определениями терминов, применяемых в области метрологического контроля инклинометров:

Настройка инклинометра– процедура юстировки инклинометра, выполняемая при выпуске его из производства или после ремонта. Эта процедура позволяет учесть взаимную неперпендикулярность акселерометров и магнитометров в блоке преобразователей. В результате такой настройки формируется служебная таблица данных, отражающих сигналы с датчиков (первичных преобразователей – акселерометров и феррозондов) в ключевых точках их пространственного положения.

Калибровка инклинометра (без градуировки) – периодическая процедура определения реальных границ погрешности инклинометра, выполняемая в процессе его эксплуатации (документируется протоколом и сертификатом о калибровке).

Поверка инклинометра – совокупность операций, выполняемых с целью подтверждения соответствия инклинометра метрологическим требованиям. Это периодическая процедура определения погрешности инклинометра и подтверждения его соответствия нормируемым характеристикам погрешности (подтверждения годности), выполняемая в процессе его эксплуатации (документируется протоколом и «Свидетельством о поверке»).

Градуировка инклинометра (или калибровка с градуировкой)– процедура определения поправок к показаниям инклинометра, выполняемая при выпуске, после ремонта или в процессе его эксплуатации (документируется таблицами поправок или графиками поправок).

В качестве эталонных средств измерений при градуировке, калибровке и поверке инклинометров применяют следующие:

1) Установка УАК-СИ-АЗВ для автоматизированной калибровки скважинных инклинометров;

2) Установки УПИ-1, УКИ-2 и УСИ-2 для ручной калибровки и поверке инклинометров.

Для настройки инклинометров в заводских условиях используются специальные установки, воспроизводящие изменение углов через каждые 5^о с пределами основной абсолютной погрешности менее 1 угловой минуты.

Установка УАК-СИ-АЗВ относится к наиболее совершенным инклинометрическим установкам. Она позволяет выполнять автоматизированную калибровку магнитометрических и гироскопических инклинометров методом прямых измерений углов, воспроизводимых эталонной установкой.

Конструктивно установка выполнена из немагнитных материалов в виде жесткой рамки, вращающейся вокруг вертикальной оси, с зажимным узлом для крепления инклинометра, вращающимся вокруг горизонтальной оси в рамке, рис. 12.

Установка воспроизводит следующие углы:

- азимутальные в диапазоне от 0 до 360^о с пределами основной абсолютной погрешности ±15 угловых минут;

- зенитные в диапазоне от 0 до 180^о с пределами основной абсолютной погрешности ±3 угловых минуты;

- углы вращения прибора вокруг собственной оси в диапазоне от 0 до 360^о с пределами основной абсолютной погрешности ±15 угловых минут.

При проведении градуировки инклинометров должны отсутствовать вибрации, тряска, удары, электрические и магнитные поля, являющиеся источником погрешности выполняемых угловых измерений.

Перед проведением градуировки инклинометра рекомендуется выполнить следующие подготовительные операции:

1) ознакомиться с техническим описанием и руководством по эксплуатации градуируемого инклинометра;

2) соединить скважинную и наземную части инклинометра через эквивалент кабеля;

Привод вращения вертикальной оси с редуктором и эталонным датчиком азимута Привод оси вращения прибора с эталонным датчиком апсидальных углов Привод вращения горизонтальной оси с редуктором и эталонным датчиком зенитных углов Узел крепления инклинометра Устройство балансировки Инклинометр Основание установки

Рис. 12. Установка УАК-СИ-АЗВ для калибровки инклинометров

3) выполнить мероприятия по обеспечению условий безопасности калибровочных работ;

4) выдержать во включенном состоянии инклинометр и установку не менее 15 минут.

При проведении внешнего осмотра должно быть установлено отсутствие механических повреждений инклинометр, влияющих на его работоспособность и метрологические характеристики. При подготовке инклинометра к измерениям выполняют операции в соответствии с указаниями (по методике), изложенными в технической документации на него.

Калибровка

Калибровка инклинометров выполняется с целью подтверждения стабильности номинальной функции преобразования или индивидуальной функции преобразования с таблицами поправок.

Канал зенитных углов

Калибровка инклинометра по каналу зенитного угла выполняется в точках контроля, указанных в угловых градусах в табл. 6.

Т а б л и ц а 6

Установить азимутальный угол плоскости наклона инклинометра, воспроизводимый калибровочной инклинометрической установки, равный 0^о.

Запустить управляющую и обрабатывающую программу «Калибровка инклинометров». На установке автоматически будут воспроизводиться заданные значения зенитных углов и считываться показания инклинометра по каналу зенитных углов. Выполнить измерения зенитных углов при всех значениях визирного угла в соответствии с табл. 6.

Оценку основной абсолютной погрешности измерений зенитного угла в каждой i-й точке контроля определяют по формуле:

, (46)

где – измеренное калибруемым инклинометром значение зенитного угла в i-той точке контроля (с учетом поправки);

- эталонное значение зенитного угла в i-той точке контроля, воспроизводимое установкой.

Канал азимута

Калибровка инклинометра по каналу азимута выполняется в режиме с введением поправок в обрабатывающей программе инклинометра в следующих точках контроля, указанных в угловых градусах в табл. 7.

Т а б л и ц а 7

Установить азимутальный угол плоскости наклона инклинометра, воспроизводимый калибровочной инклинометрической установкой УАК-СИ, равный 0^о, и требуемое значение визирного угла.

Запустить управляющую и обрабатывающую программу «Калибровка инклинометров». На установке автоматически будут воспроизводиться заданные значения азимутов при заданных значениях зенитного и визирного угла и считываться показания a_i инклинометра по каналу азимутов.

Оценку основной абсолютной погрешности измерений азимутального угла в каждой i-той точке контроля при каждом значении зенитного угла определяют по формуле:

, (47)

где a_i – измеренное значение азимута в i-той точке контроля;

a_iэ - эталонное значение азимута в i-той точке контроля.

Пример оформления «Протокола калибровки» инклинометра приведен в приложении 9.

Поверка

При поверке инклинометра выполняются однократные измерения инклинометром углов, воспроизводимых установкой, в тех же самых точках контроля, что и при калибровке, оцениваются систематические погрешности измерений необходимых углов и формируется заключение о его метрологической пригодности.

Если в документации на калибруемый инклинометр регламентированы требования к допускаемой абсолютной погрешности измерений визирных углов, то оценки этой погрешности определяют при произвольных значениях зенитного и азимутального углов в следующих точках контроля: 0; 60; 120; 180; 240; 300 и 330^о как разность между измеренным и эталонным значениями.

Инклинометр признается годным к применению, если в каждой точке контроля полученная оценка абсолютной погрешности измерений зенитных, азимутальных и визирных углов не превышает нормированных значений основной абсолютной погрешности, указанных в паспорте инклинометра, то есть должны выполняться неравенства

;

; (48)

,

При поверке индивидуально градуируемых инклинометров оценки погрешности измеренных углов находят после введения всех известных поправок.

Краткие выводы.

1. Калибровка и поверка инклинометров выполняется по каналу зенитных углов при разных значениях визирного угла, а по каналу азимута – при разных значениях зенитного и визирного угла.

2. Для индивидуально градуируемых инклинометров оценки погрешности измеренных углов при поверке и калибровке находят после введения всех известных поправок. За оценку погрешности градуировки инклинометра принимаются пределы допускаемой погрешности применяемой установки.

3. За оценку погрешности инклинометра при её калибровке и поверке принимается максимальная разность между измеренным и эталонным углами, вычисленная во всех точках её метрологического контроля.

4. Качество калибровки и поверки инклинометра можно считать высоким, если этот показатель более пяти.

5. Достоверность поверки инклинометра определяется показателем «Вероятность годности» в каждой точке её контроля. Достоверность поверки можно считать высокой, если этот показатель более 80%.

6. Критерий для принятия решения о необходимости построения новой градуировочной характеристики инклинометра по каналу зенитного или азимутального углов:

.

7. Критерий для принятия решения по результатам поверки о передаче инклинометра в ремонт (на настройку):

.