Поверка и калибровка приборов АК

Эти средства ( табл.8 ) создавались в Российской Федерации (точнее, в СССР) и за рубежом для поверки и калибровки приборов АК, предназначенных для измерения параметров (скорости распространения Vp и эффективного затухания a_р ) продольной головной волны [50,51,62,63,104]. В зарубежных фирмах первичные средства включают контрольные аттестованные скважины, в которых в единых условиях аттестовываются все производимые фирмой приборы. Контрольные скважины, имеющиеся в отдельных организациях РФ (например, в трестах "Сургутнефтегеофизика" и "Ноябрьскнефтегазгеофизика"), вроде бы полностью аналогичны зарубежным, но выполняют, скорее всего, роль вторичных средств поверки, так как первичную поверку должен выполнять изготовитель. Десятилетний опыт стандартизации и калибровки акустических цементомеров в таких скважинах подтверждает их несомненную полезность.

Вторичные средства представлены аттестованными отрезками труб, изготовленных из различных материалов (чаще всего, отрезков металлических обсадных труб), сегментов таких труб либо металлических лент, которые устанавливают в зажимах, закрепляемых на скважинном приборе. Контроль работоспособности приборов в процессе скважинных измерений повсеместно выполняется в интервалах незацементированной обсадной колонны, значение Dt_p (точнее, Dt_L) в которых равно 185-187 мкс/м.

В последнее время в отечественной литературе активно обсуждается пригодность указанных средств поверки и полевой калибровки на новом этапе применения АК в связи с оцифровкой полных волновых пакетов и последующим выделении в них колебаний волн Лэмба, продольной, поперечной и Стоунли [47, 59]. Дискутируются два подхода: возможность применения калибровочных средств, разработанных для измерения параметров Р волны, и необходимость создания метрологических средств, пригодных для калибровки параметров измерения каждой (L, S, St) волны в отдельности.

В пользу первого подхода можно привести сохранение (в смысле - неизменение), прежних требований - достоверного воспроизведения амплитуд и времён прихода к приёмнику упругих колебаний в диапазоне скоростей распространения от 7500 до 1500 м/с и коэффициентов затухания в диапазоне 20-40 дБ/м от максимальной амплитуды.

Перечисленные документы [50,51,62,63,104] относят это требование к продольной волне. Волна Лэмба, как нормальная продольная волна в ограниченном пространстве, полностью подчиняется этому требованию. Волны поперечная и Стоунли отличаются от продольной значениями скоростей распространения и амплитуд, которые не выходят за пределы требований перечисленных документов (1400-4000 м/с; 20-40 дБ/м). Более низкие частоты колебаний поперечной волны (в 1,2-1,3 раза по сравнению с Р волной) и волны Стоунли (2,5-4 кГц) попадают в полосу пропускания амплитудно-частотной характеристики каналов передачи сигналов (3-30 кГц на уровне 0,5-0,7), которая устанавливается для всех уже имеющихся приборов АК. От возможных перегрузок приемоусилительный тракт защищён тем, что в современных приборах АК коэффициент усиления регулируется автоматически или по команде наземного регистрирующего устройства. Следовательно, если прибор проверен и откалиброван с помощью метрологических средств для продольной волны, то колебания остальных волн - Лэмба, поперечной, Стоунли - будут зарегистрированы без искажений. К тому же, объективно канал регистрации не идентифицирует упругие колебания, как принадлежащие определённой волне, и не накладывает на них каких-либо дополнительных условий.

Обсуждаемые метрологические средства характеризуются рядом других ограничений: не учитывают влияния давления и температуры, уровня шумов от движения прибора в скважине, отклонений в центрировании скважинного прибора и т.п. Тем не менее, они (метрологические средства) позволяют выявить при полностью собранном приборе влияние переходных процессов при возбуждении излучателей и коммутации каналов, влияние прямой волны по корпусу прибора на равномерность амплитудной характеристики и на ограничение временного интервала приёма первых и последующих вступлений без искажений; оценить численные значения измеряемых параметров, а также равномерность диаграмм направленности преобразователей в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Более того, они позволяют определить, с каким зондом - дипольным или монопольным - ведётся работа, и оценить интенсивность сигналов дипольного зонда. Эти проблемы являются основными при оценке пригодности прибора для исследований. Учитывая невысокую стоимость существующих средств метрологической поверки и малые их габариты, можно ожидать, что они ещё послужат для контроля качества и стабильности метрологических характеристик приборов после их изготовления и в процессе эксплуатации.

На практике возникает другая проблема, связанная с разделением в волновом пакете интерферирующих между собой волн разных типов. Путь её решения, связанный с удлинением измерительных зондов, не самый удачный по двум причинам. Во-первых, для длинных измерительных зондов уменьшается отношение амплитуд регистрируемых сигналов к шумам. Во-вторых, усложняется эксплуатация длинных приборов, требующая их разборки в суровых климатических условиях, в которых расположены основные запасы нефти и газа страны. Основная тяжесть разделения волн в волновых пакетах и определения параметров волн (Dt, A, a, f) ложится на программное обеспечение, совершенствованию которого нет предела. Существующие в организациях контрольные скважины позволяют оценить сходимость результатов, полученных разными приборами при использовании того или иного программного обеспечения.

Второй подход связан с созданием метрологического обеспечения для измерения параметров волн поперечной и Стоунли. Этот путь не безнадёжен. Например, дипольный зонд, оснащённый излучателем с повышенной собственной частотой (6-10 кГц), позволяет измерить в отрезке стальной трубы скорость распространения волны Лэмба и поперечной волны. Если возбуждать в том же отрезке трубы волну Стоунли на низких частотах (2-4 кГц), для которых скважина является фильтром Р и S волн, то в первых вступлениях волнового пакета можно получить колебания St волны. Такой способ возбуждения реализован в приборе АВАК-7 [25]. Однако это - возможные пути поиска необходимых метрологических средств, а не достоверные способы их реализации.