СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ГЕОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ НА МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНКЛИНОМЕТРИЧЕСКОГО И НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК G01C25/00 G01C9/00 G01C21/08 G01V3/40 

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования в процессах его калибровки, поверки и эксплуатации.

Известен комплекс для поверки и калибровки скважинных инклинометров [патент RU, №2439493, G01C 9/02, 10.01.2012], заключающийся в упрощении конструкции, снижении ее инструментальных погрешностей, расширении диапазона диаметров поверяемых скважинных инклинометров.

Недостатком такого комплекса является невозможность оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования в процессах его калибровки, поверки и эксплуатации.

Также известен способ определения и компенсации магнитной девиации инклинометра [патент RU, №2186966, E21B 47/02, G01C 9/00, 10.08.2002], заключающийся в повышении точности определения азимутального угла.

Недостатком такого способа также является невозможность оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования в процессах его калибровки, поверки и эксплуатации.

Также известен способ измерения магнитного азимута в скважинном инклинометре (варианты) и устройство для его осуществления [патент RU, №2290673, G01V 3/40, 27.12.2006], заключающиеся в повышении точности и исключении из состава бурильного комплекса вставок из немагнитных труб между инклинометрами и забойным агрегатом с одной стороны и колонной бурильных труб - с другой.

Недостатком такого способа также является невозможность оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования в процессах его калибровки, поверки и эксплуатации.

Таким образом, анализ известных способов и комплексов калибровки, поверки и эксплуатации инклинометрического и навигационного оборудования выявил, что все они обладают серьезными недостатками, а именно: их применение на практике не обеспечивает возможность оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования в процессах его калибровки, поверки и эксплуатации.

Задача изобретения - оценка влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования в процессах его калибровки, поверки и эксплуатации.

Технический результат - минимизация влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования в процессах его калибровки, поверки и эксплуатации за счет расчета контрольных индексов геомагнитной активности и их сопоставления с целесообразностью проведения процессов калибровки, поверки и эксплуатации инклинометрического и навигационного оборудования при данных параметрах геомагнитной активности.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования, включающем измерение и расчет параметров геомагнитного поля, согласно изобретению измеряют параметры геомагнитного поля в заданной точке географического пространства, после чего рассчитывают контрольные индексы геомагнитной активности, характеризующие составляющую дополнительной погрешности инклинометрического и навигационного оборудования, проявляющуюся в периоды ненулевой геомагнитной активности, полученные результаты сравнивают с установленными нормами и по их разности судят о степени отклонения метрологических характеристик инклинометрического и навигационного оборудования.

При этом под контрольными индексами геомагнитной активности понимается ранжированная по 10-балльной квазилогарифмической шкале (от 0 до 9) дополнительная погрешность инклинометрического и навигационного оборудования, обусловленная геомагнитной активностью (Табл. 1), где 0 - минимальный, а 9 - максимальный уровень дополнительной погрешности инклинометрического и навигационного оборудования, обусловленной геомагнитной активностью.

Контрольные индексы геомагнитной активности рассчитывают на основании абсолютного отклонения фактических параметров магнитного наклонения/зенитного угла (I_err-индекс геомагнитной активности) и магнитного склонения/азимутального угла (D_err-индекс геомагнитной активности) от их эталонных значений, имеющим место вследствие ненулевой геомагнитной активности (Табл. 1), и ранжируют по 10-балльной квазилогарифмической шкале (от 0 до 9) на основании требований ряда действующих нормативных документов [РД 153-39.0-072-01. Техническая инструкция по проведению и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах Минэнерго России - Москва, 2002. - 272 с.] [ГОСТ 8.395-80. Нормальные условия измерений при поверке - Государственный комитет по стандартам СССР. - Москва, 1980. - 6 с.] и др.

Реализацию способа оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования посредством расчета и регистрации I_err/D_err-индексов геомагнитной активности осуществляют для заданной точки географического пространства, для которой предварительно определяют и рассчитывают набор составляющих геомагнитного поля внутриземных источников, в том числе составляющую геомагнитного поля внутриземных источников, обусловленную ненулевыми магнитными свойствами горных пород (магнетизмом земной коры), определяемую согласно выражению:

где B_R - составляющая геомагнитного поля внутриземных источников, обусловленная ненулевыми магнитными свойствами горных пород; B_GE - фактически измеренные значения параметров геомагнитного поля; B_ext - переменная составляющая геомагнитного поля, наблюдаемая вследствие воздействия внешних факторов и геомагнитной активности; B_tech - техногенная (антропогенная) составляющая вектора индукции геомагнитного поля; B₀ - магнитная индукция главного поля, определяемая согласно [ГОСТ 25645.126-85. Поле геомагнитное. Модель поля внутриземных источников - Государственный комитет по стандартам СССР. - Москва, 1990. - 21 с.].

Вычисления B_R в выражении (1) выполняют на основе измеренных значений параметров геомагнитного поля в магнитоспокойный день, в результате чего значения составляющих B_tech и B_ext принимают равными нулю, таким образом

где B_int - индукция геомагнитного поля внутриземных источников (главное поле и магнетизм земной коры).

Тогда, с учетом выражений (1) и (2)

Составляющую B_int в выражении (3) определяют как среднее арифметическое числовых значений зарегистрированных параметров геомагнитного поля за несколько магнитоспокойных периодов, удаленных друг от друга не более чем на 120 часов

где n - количество зарегистрированных дискретных значений в магнитоспокойный период при Δt=1 мин, n=1440.

Под одним магнитоспокойным периодом понимают непрерывный временной интервал, отвечающий условию

где Kp - Kp-индекс геомагнитной активности.

Составляющую B₀ в выражении (3) определяют согласно [ГОСТ 25645.126-85. Поле геомагнитное. Модель поля внутриземных источников - Государственный комитет по стандартам СССР. - Москва, 1990. - 21 с.] для середины магнитоспокойного периода.

На следующем этапе реализации способа оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования рассчитывают эталонные значения составляющих и полного вектора геомагнитного поля внутриземных источников на период наблюдения I_err/D_err-индексов геомагнитной активности:

B_ref=B_R+B_0date,

где B_ref - эталонное значение полного вектора геомагнитного поля внутриземных источников; B_0date - магнитная индукция главного поля на период наблюдения I_err/D_err-индексов геомагнитной активности.

При этом

B_ref²=BX_ref²+BY_ref²+BZ_ref²,

где BX_ref, BY_ref, BZ_ref - ортогональные составляющие эталонного значения вектора геомагнитного поля внутриземных источников на период регистрации I_err/D_err-индексов геомагнитной активности.

На основе полученных эталонных значений составляющих вектора геомагнитного поля производят расчет эталонных значений параметров магнитного наклонения и магнитного склонения в соответствии с выражениями

где I_ref и D_ref - эталонные значения магнитного наклонения и магнитного склонения соответственно в заданной точке географического пространства на период наблюдения I_err/D_err-индексов геомагнитной активности.

Фактические значения параметров магнитного наклонения и магнитного склонения определяют в соответствии с выражением (5), посредством измерения составляющих вектора магнитной индукции в точке наблюдения

где I_date и D_date - фактические (измеренные) значения магнитного наклонения и магнитного склонения соответственно в заданной точке географического пространства на период наблюдения I_err/D_err-индексов геомагнитной активности; BX_date, BY_date, BZ_date, BF_date - ортогональные составляющие и полный вектор геомагнитного поля внутриземных источников, полученные на момент регистрации I_err/D_err-индексов геомагнитной активности путем измерения.

На основании полученных данных определяется абсолютное отклонение измеренных значений параметров магнитного наклонения и магнитного склонения (5) от их эталонных значений (4) в соответствии с выражением

и производится усреднение полученных временных рядов по 3-часовым интервалам

где i - номер замера, m - число замеров (дискретных моментов регистрации) в минуту.

По результатам сопоставления полученных данных с принятой ранжировкой (Табл. 1) определяют значения I_err/D_err-индексов геомагнитной активности, служащие основанием для последующего суждения о целесообразности проведения процессов калибровки, поверки и эксплуатации инклинометрического и навигационного оборудования при данных параметрах геомагнитной активности в данной точке географического пространства в данный период времени, а также о дополнительной погрешности инклинометрического и навигационного оборудования, имеющей место в результате ненулевой геомагнитной активности в момент наблюдения.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг. 1 изображена методика расчета I_err/D_err-индексов геомагнитной активности, принимающая допущение, что изменение намагниченности грунта (горных пород) во времени мало и им можно пренебречь (ГМА - геомагнитная активность, ГМП - геомагнитное поле, ИИС - информационно-измерительная система). На Фиг. 2а представлены результаты наблюдения I_err-индекса геомагнитной активности за период с 04.06.2016 по 06.06.2016 гг. в точке пространства, заданной следующим набором географических координат: 67.37°N, 26.63 E, 178 м, на Фиг. 2б представлены результаты наблюдения D_err-индекса геомагнитной активности за период с 04.06.2016 по 06.06.2016 гг. в точке пространства, заданной следующим набором географических координат: 67.37°N, 26.63 E, 178 м, на Фиг. 2в представлены результаты наблюдения Kp-индекса геомагнитной активности за период с 04.06.2016 по 06.06.2016 гг., предоставленные Мировым Центром данных по геомагнетизму.

Пример конкретной реализации способа

Пример результата применения способа оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования представлен на Фиг. 2, где одно деление по оси абсцисс соответствует 3-часовому интервалу (таким образом, 3 суток соответствует 24 контрольным точкам). Здесь приведены результаты наблюдения I_err/D_err-индексов геомагнитной активности за период с 04.06.2016 по 06.06.2016 гг. в точке пространства, заданной следующим набором географических координат: 67.37°N, 26.63 E, 178 м (Фиг. 2а и Фиг. 2б соответственно), а также динамика изменения Kp-индекса геомагнитной активности за тот же период, предоставленная Мировым Центром данных по геомагнетизму (Фиг. 2в). Сравнительный анализ трендов трех временных рядов обнаруживает корреляцию динамики изменения I_err/D_err-индексов геомагнитной активности между собой, а также с динамикой изменения Kp-индекса геомагнитной активности. Кроме того, анализ полученных данных в результате реализации способа оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования показал, что на период с 15:00 часов (UTC) 5 июня 2016 г. до 03:00 часов (UTC) 6 июня того же года в окрестностях г. Соданкюля (Финляндия) согласно (Табл. 1) и [РД 153-39.0-072-01. Техническая инструкция по проведению и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах Минэнерго России - Москва, 2002. - 272 с.] [ГОСТ 8.395-80. Нормальные условия измерений при поверке - Государственный комитет по стандартам СССР. - Москва, 1980. - 6 с.]) сформировалась неблагоприятная магнитная обстановка для ведения процессов калибровки, поверки и эксплуатации инклинометрического и навигационного оборудования.

Итак, заявляемое изобретение позволяет минимизировать влияние геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования в процессах его калибровки, поверки и эксплуатации за счет расчета контрольных индексов геомагнитной активности и их сопоставления с целесообразностью проведения процессов калибровки, поверки и эксплуатации инклинометрического и навигационного оборудования при данных параметрах геомагнитной активности.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования в процессах его калибровки, поверки и эксплуатации. Технический результат - минимизация влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования в процессах его калибровки, поверки и эксплуатации. Способ оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования включает измерение и расчет параметров геомагнитного поля. При этом рассчитывают контрольные индексы геомагнитной активности, характеризующие составляющую дополнительной погрешности инклинометрического и навигационного оборудования, проявляющуюся в периоды ненулевой геомагнитной активности, полученные результаты сравнивают с установленными нормами и по их разности судят о степени отклонения метрологических характеристик инклинометрического и навигационного оборудования. 2 ил.

Способ оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования, включающий измерение и расчет параметров геомагнитного поля, отличающийся тем, что измеряют параметры геомагнитного поля в заданной точке географического пространства, после чего рассчитывают контрольные индексы геомагнитной активности, характеризующие составляющую дополнительной погрешности инклинометрического и навигационного оборудования, проявляющуюся в периоды ненулевой геомагнитной активности, полученные результаты сравнивают с установленными нормами и по их разности судят о степени отклонения метрологических характеристик инклинометрического и навигационного оборудования.