16. Градуировка и калибровка скважинных гамма-плотномеров жидкости

Скважинные измерения плотности жидкости выполняют с целью определения свойств и состава смеси жидкостей в обсадной колонне нефтегазовой скважины.

Измерения плотности жидкости производят радиоактивными и акустическими методами (ГГП-1м, ПА 1-36-120/60). Измерения радиоактивными методами основаны на зависимости поглощения и рассеяния гамма-квантов в жидкости между источником и детектором гамма-квантов. Жидкость с большей плотностью поглощает большее количество гамма-квантов и меньшее их количество поступает в детектор и регистрируется на выходе скважинного прибора.

Диапазон измерений плотности жидкости от 650 кг/м³ до 1200 кг/м³ .

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности ±50 кг/м³.

В качестве эталонных средств измерений плотности применяются стандартные образцы плотности жидкости в виде скважин-стаканов (рис. 47), а также установка УАК-ПЖ для автоматизированной калибровки скважинных плотномеров жидкости (рис. 48).

Рис. 47 Фото комплекта СО плотности жидкости

а

б

Рис.48 а) – Схема установки УАК-ПЖ (1 – привод подъёмной лебёдки; 2 – верхний датчикположения скважинного прибора; 3 – стойка; 4 – нижний датчик положения скважинного прибора; 5 – магнитный маркер; 6 – скважинный плотномер; 7 – крышка;8 – ёмкости; 9 – пульт ручного управления; 10 – датчик положения емкостей; 11 – привод вращения платформы емкостей; 12 – основание); б) – Фотография общего вида установки УАК-ПЖ со скважинным прибором.

Скважины-стаканы имеют глубину 800 мм и заполнены жидкостями с различными значениями плотности в диапазоне от 650 до 1200 кг/м³. Перечень и параметры используемых стандартных образцов плотности жидкости приведены в табл. 42.

Т а б л и ц а 42

№ ёмкости	Наименование жидкости	Плотность, кг/м3
1	Бензин	650700
2	Солярка	760820
3	Водопроводная вода	9981000
4	Водный раствор NaCl	10501100
5	Глицерин	12501280
6	Вода промывочная	1000

Для аттестации стандартных образцов используются ареометры с ценой деления 1 кг/м³ и пределами допускаемой основной абсолютной погрешности ±0,5 кг/м³. С их помощью методом прямых измерений определяются воспроизводимые значения плотности жидкостей при температуре 20±2 ^оС.

Калибровка скважинного плотномера жидкости заключается в его последовательном погружении в скважину каждого стандартного образца плотности жидкости и выполнении измерений воспроизводимой плотности.

Концентрированный водный раствор NaCl для четвёртой ёмкости приготавливается из соотношения 1 кг поваренной соли на 5 литров водопроводной воды. Объём каждой ёмкости составляет 20 л.

Установка УАК-ПЖ состоит из следующих узлов: основания; стойки; емкостей с жидкими эталонами плотности; привода вращения платформы с емкостями; привода подъёмной лебёдки; верхнего и нижнего датчика положения скважинного прибора; датчика положения емкостей; пульта ручного управления; блока сопряжения со скважинным прибором.

Работа установки основана на последовательной размещении скважинного плотномера в емкостях с эталонами плотности жидкости. Поворот стаканов и спуск-подъём скважинного прибора производятся по программе. Измерение плотности эталонов производятся заранее и вносятся в программу работы установки.

Цикл работы установки УАК-ПЖ в режиме калибровки (в т.ч. с градуировкой) и поверки включает следующие операции:

1) проворачивание и угловое позиционирование платформы с емкостями, заполненными эталонными жидкостями;

2) спуск скважинного прибора в позиционированную ёмкость с эталонной жидкостью;

3) автоматическое измерение выходного сигнала плотномера;

4) подъём скважинного плотномера;

5) поворот и угловое позиционирование барабана на следующей ёмкости с эталонной жидкостью с последующим автоматическим измерением выходного сигнала скважинного плотномера;

6) фиксирование данных калибровки и их метрологическая обработка, формирование «Протокола калибровки», «Сертификата о калибровке» или «Свидетельства о поверке».

Градуировка

Градуировочная характеристика аппаратуры ГГП в общем случае представляет собой зависимость плотности жидкости от частоты следования импульсов на выходе. Она имеет слабую нелинейность и аппроксимируется линейной зависимостью, которую представляют в виде таблицы, графика или формулы.

Градуировочная характеристика, например, аппаратуры ГГП-1м в аналитическом виде представляет собой линейную функцию

, (131)

где - плотность жидкости; N – выходной сигнал плотномера – частота следования импульсов в Имп/мин, N_в – выходной сигнал плотномера – частота следования импульсов Имп/мин при измерении плотности воды, – постоянная канала плотномера.

Построение градуировочной характеристики гамма-плотномера жидкости основано на прямых измерениях плотности жидкости, воспроизводимой СО, и регистрации выходного сигнала аппаратуры. При этом зонд градуируемой аппаратуры ГГП последовательно помещают в цилиндрические сосуды с жидкостью таким образом, чтобы центр зонда (середина между источником и детектором) находился в центре сосуда. Выполняют пятикратные измерения плотности, воспроизводимой каждым СО.

Определяют среднее арифметическое значение выходного сигнала при каждом воспроизводимом значении плотности жидкости.

Полученные пары данных заносят в табл. 43, где третий столбец соответствует измерениям в пресной воде.

Т а б л и ц а 43

Определим коэффициент К функции преобразования (постоянную канала) как среднее арифметическое из четырех пар значений в табл. 43.

Рассмотрим числовой пример. Пусть в таблицу 44 занесены, например, следующие пары экспериментальных данных частоты следования импульсов (верхняя строка в Имп/мин) и плотности (нижняя строка в кг/м³).

Т а б л и ц а 44

670	820	998	1100	1200
18202	14452	10002	7452	4962

Определим коэффициент преобразования К по всем столбцам за исключением третьего

Среднее арифметическое по четырем значениям К=0,04

Таким образом, в нашем примере градуировочная характеристика имеет вид и ее график представлен на рис. 49.

Рис. 49 График градуировочной характеристики гамма-плотномера жидкости ГГП-1м .

Калибровка

Аппаратура ГГП-1м поступает на калибровку не позднее, чем через 6 месяцев после градуировки или предыдущей калибровки. Межкалибровочный (межповерочный) интервал на аппаратуру конкретного типа должен быть указан в «Руководстве по эксплуатации» и в «Методике калибровке».

Зонд калибруемой аппаратуры ГГП последовательно помещают в цилиндрические сосуды с жидкостью таким образом, чтобы центр зонда (середина между источником и детектором) находился в центре сосуда. Выполняют пятикратные измерения плотности, воспроизводимой каждым СО плотности жидкости.

Определяют среднее арифметическое значение выходного сигнала при каждом воспроизводимом значении плотности жидкости.

Полученные пары данных заносят в таблицу 43, что использовалась при градуировке плотномера.

Оценку абсолютной погрешности измерений в каждой i-той точке контроля определяют по формуле:

. (132)

Поверка

При поверке подтверждается соответствие плотномера требованию не превышения оценки реальной погрешности нормированного предела допускаемой погрешности.

Аппаратура ГГП признается годной к применению, если в каждой точке контроля выполняется неравенство

кг/м³. (126)

Например, аппаратура ГГП-1 поступила на калибровку в метрологическую службу предприятия с ГХ в виде графика, представленного на рис. 53.

Пусть в табл. 45 занесены, например, следующие пары экспериментальных данных – частоты следования импульсов как среднее арифметическое показаний аппаратуры в Имп/мин и эталонное значение плотности жидкости.

Т а б л и ц а 45

	18833	14520	10125	7412	4916
	670	820	998	1100	1200

Результаты обработки экспериментальных данных представлены в виде табл. 46.

Т а б л и ц а 46

Номер точки контроля	Имп/мн	, кг/м3	кг/м3	кг/м3	кг/м3	кг/м3	Вероятность годности, %
1	18833	645,08	670	-24,92	±50	±10	100
2	14920	801,6	820	-18,4	±50	±10	100
3	10125	993,4	998	-4,6	±50	±2	100
4	7412	1101,92	1100	1,92	±50	±5	100
5	4516	1217,76	1200	17,76	±50	±10	100

В данной таблице: кг/м³- пределы допускаемой основной абсолютной погрешности аппаратуры ГГП-1м; кг/м³- пределы допускаемой основной абсолютной погрешности СО плотности жидкости.

В последнем столбце таблицы указан показатель достоверности поверки «Вероятность годности» в %, вычисленный по формуле

. (133)

Краткие выводы

1. Градуировка, калибровка и поверка плотномеров жидкости выполняется с использованием одной и той же эталонной установки.

2. За оценку погрешности калибровки плотномеров жидкости с градуировкой принимаются пределы допускаемой погрешности применяемой установки.

3. Качество поверки можно считать высоким, если показатель более 5.

4. Достоверность поверки плотномеров жидкости можно считать высокой, если этот показатель более 80% при показателе качества поверки 5.

5. Критерии для принятия решения о необходимости построения новой градуировочной характеристики - .

6. За критерий для принятия решения о передаче плотномеров жидкости в ремонт рекомендуется принять следующее условие: .