CC BY
60МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИИ КАК ОСНОВА ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАБОТ
УДК 550.832.55
В.Л. Плотников, ООО «Газпром георесурс» (Москва, РФ), v.piotnikov@gazpromgeofizika.ru В.П. Цирульников, к.г.-м.н., ООО «Газпром георесурс», V.Tsirulnikov@gazpromgeofizika.ru В.В. Первушин, к.т.н., ООО «Газпром георесурс», Vl.pervushin@gazpromgeofizika.ru
В статье рассмотрены вопросы организации метрологического обеспечения измерений при геофизических исследованиях нефтегазовых скважин. Указаны специфические особенности измерительного процесса и объекта измерения, требующие учета при создании эффективной метрологической службы геофизического предприятия и организации технологических процессов при проведении метрологических работ.
На примере основного подрядчика ПАО «Газпром» в области геофизического сервиса -ООО «Газпром георесурс» показана структура метрологической службы предприятия и ее техническое оснащение. Отмечена роль эталонной базы измерений геофизических параметров для обеспечения единства измерений при геофизических исследованиях скважин на объектах ПАО «Газпром». Дан перечень современных исходных и рабочих эталонов, успешно применяемых для передачи единиц рабочим средствам измерений, используемым на производстве. Представлено важное направление в области обеспечения геофизического сервиса - метрологическое обеспечение геолого-технологических исследований скважин в процессе бурения.
ключевые слова: геофизические исследования скважин, метрология, калибровка, поверочная схема, эталон.
Геофизические исследования скважин (ГИС) - главный источник информации для эффективного управления минерально-сырьевой базой ПАО «Газпром», принятия управляющих решений в большинстве производственных процессов разведки и разработки месторождений, создания и эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ). На основании геофизических данных определяется геологическое строение объектов разработки, проводится подсчет запасов, мониторинг строительства скважин, контроль за разработкой месторождений и планирование технических мероприятий по интенсификации добычи.
Одним из ключевых условий получения достоверной информации о параметрах геологических объектов по результатам ГИС пред-
ставляется надежный контроль качества, точности и достоверности геофизической информации на всех стадиях ее получения и преобразования. При этом объектом метрологического обеспечения (контроля точности) следует считать не только аппаратуру ГИС, но и технологию ее применения и последующие этапы обработки и интерпретации результатов скважинных измерений, вплоть до получения количественных данных о геологических параметрах исследуемых пластов и параметров конструкции скважин.
Ведущим инструментом решения задач контроля качества результатов ГИС является метрологическая служба геофизического предприятия. Ее главная задача - обеспечение единства и требуемой точности результатов измерений геофизи-
ческих параметров(необходимого условия получения достоверной информации об объектах и производственных процессах разведки и разработки месторождений).
Необходимый уровень достоверности результатов геофизических измерений достигается путем создания оптимальной системы передачи размера единиц, развития технической базы средств метрологического обеспечения геофизических средств измерений (СИ), повышения уровня нормативно-методического и организационного сопровождения метрологических работ.
Следует особо отметить, что измерения при геофизических исследованиях скважин, согласно п. 3 ст. 1 Федерального закона РФ «Об обеспечении единства измерений», не включены в сферу
V.L. Plotnikov, OOO Gazprom Georesurs (Moscow, Russian Federation), V.Plotnikov@gazpromgeofizika.ru V.P. Tsirulnikov, Candidate of Sciences (Geology and Mineralogy), OOO Gazprom Georesurs,
V.Tsirulnikov@gazpromgeofizika.ru
V.V. Pervushin, Candidate of Sciences (Engineering), OOO Gazprom Georesurs, Vl.pervushin@gazpromgeofizika.ru Metrological support for measuring operations as a basis of efficiency for geophysical works
The article considers organization of metrological support measuring operations during geophysical works at oil and gas wells. Specific features of measurement process and a measuring object are noted, which require consideration when setting up an effective metrological service at geophysical company and arranging technological processes during measuring operations. A metrological service structure with full equipment is shown exampled with the main contractor of Gazprom PJSC in the field of geophysical service, OOO Gazprom Georesurs. The article highlights the contribution of reference base for geophysical parameters to measurement uniformity assurance during geophysical well surveys at Gazprom PJSC facilities. It also lists contemporary basic reference and working standards that have proved successful in calibration of measuring equipment used at production site. Metrological support for geotechnical well testing during drilling operations is presented as an important dimension in geophysical service.
keywords: well logging, metrology, calibration, verification schedule, reference standard.
государственного регулирования единства измерений, поэтому основной метрологической процедурой для определения метрологических характеристик геофизических СИ является калибровка, выполняемая в соответствии с требованиями Системы калибровки ПАО «Газпром» [1].
Объекты измерений при геофизических исследованиях скважин -продуктивный пласт, элементы конструкции скважин, технологические процессы строительства скважин и разработки месторождений. Измерения проводятся специализированными измерительными средствами - геофизическими измерительными системами, имеющими в своем составе датчики различных физических величин (электромагнитных, акустических, ионизирующих излучений, давления и температуры); протяженный канал связи (до 10 км); регистрирующую и обрабатывающую системы.
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Специфическая метрологическая особенность измерений при геофизических исследованиях состоит в том, что первичными преобразователями в геофизических
СИ служат датчики, реагирующие на параметры физических полей (потенциал, напряженность и т. п.), а выходными измеряемыми параметрами служат физические свойства исследуемых горных пород (пористость, проницаемость, нефтегазонасыщенность и т. п.) [2].
Поскольку среди главных государственных эталонов нет эталонов подобных величин, для единства измерений геофизических параметров разрабатывают специальные (локальные) поверочные схемы, основанные на исходных эталонах геофизических параметров, аттестованных методом косвенных измерений путем прослеживания единицы измерений от государственных эталонов физических величин. В качестве таких исходных эталонов обычно применяют стандартные образцы состава и свойств горных пород, выполненные в виде моделей пластов, пересеченных скважиной, или поверочные установки, воспроизводящие значения геофизических параметров.
Типовая локальная схема передачи размеров единиц геофизических параметров приведена на рис. 1.
Калибровка рабочих СИ непосредственно на исходных стандартных образцах обеспечивает максимальную точность передачи размеров единиц. Однако такая технология неприемлема,
т. к. рабочие средства измерений эксплуатируются на большом количестве предприятий,территориально удаленных друг от друга и от места базирования исходных образцов. Поэтому в локальную поверочную схему целесообразно ввести промежуточную ступень передачи размера единиц - рабочие эталоны, размещенные в метрологических подразделениях производственных филиалов. Как рабочие эталоны используют либо калибровочные установки, укомплектованные имитаторами или эквивалентными мерами геофизического параметра; либо скважинный прибор, аттестованный в качестве рабочего эталона; либо контрольную скважину с естественным или искусственным разрезом.
Сегодня основная подрядная организация ПАО «Газпром» по проведению геофизического сервиса - ООО «Газпром георесурс». В структуру ООО «Газпром георесурс» входят 12 филиалов, которые расположены на территориях базовых объектов деятельности ПАО «Газпром». Общая численность персонала составляет около 5 тыс. чел. Количество СИ, находящихся в эксплуатации, превышает 6 тыс. ед.
Многообразие видов деятельности ООО «Газпром георесурс», сочетающее как проведение
Организации государственной метрологической службы State Metrologie Service organizations
Центр метрологии и сертификации
ООО «Газпром георесурс» Metrology and certification center at OOO Gazprom Georesurs
Региональные метрологические центры и метрологические подразделения филиалов Regional metrology centers and metrology units at affiliates
Производственные подразделения филиалов Production units at affiliates
Рис. 1. Локальная поверочная схема измерения геофизических параметров Fig. 1. Local verification schedule for measuring geophysical parameters
исследований в скважинах, так и производство геофизических средств измерений, большое количество территориально разобщенных производственных филиалов (ПФ) предъявляют определенные требования к структуре метрологической службы.
МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА ООО «ГАЗПРОМ ГЕОРЕСУРС»
В состав метрологической службы ООО «Газпром георесурс» входят Центр метрологии и сертификации (ЦМиС) и метрологические подразделения ПФ.
При проектировании структуры метрологической службы, наряду с оптимизацией схемы передачи размера единиц в целях минимизации погрешностей рабочих СИ и максимальной их стандартизации, учитывались экономические аспекты технологии метрологиче-
ского обеспечения геофизической аппаратуры, предполагающей периодическую калибровку и переаттестацию. Учет этих двух обстоятельств привел к формированию трехзвенной системы передачи размера единиц геофизических параметров и, соответственно, структуры метрологической службы ООО «Газпром георесурс».
Уникальная особенность метрологической службы состоит в наличии в составе Общества ЦМиС, оснащенного исходными эталонами большинства геофизических параметров:
- комплект государственных стандартных образцов водонасы-щенной пористости горных пород;
- комплект государственных стандартных образцов нейтронных характеристик горных пород;
- комплект государственных стандартных образцов содержа-
ния естественных радиоактивных элементов;
- комплект государственных стандартных образцов плотности и эффективного атомного номера горных пород;
- калибровочная установка для аппаратуры по контролю технического состояния обсаженных скважин гамма-гамма-методом;
- стандартный образец газонасыщенного пласта с остаточной водонасыщенностью.
В качестве исходных эталонов для большинства геофизических параметров, как правило, используются стандартные образцы состава и свойств горных пород, представляющие собой модели пластов с требуемыми значениями физических свойств (плотность, радиоактивность, скорость распространения акустических волн и т. п.) и геологических параметров
(пористость, проницаемость, флюи-донасыщение), пересеченные скважиной. Учитывая,что глубинность геофизических методов может составлять несколько метров, а размеры стандартных образцов должны исключать внешнее влияние, диаметр стандартных образцов достигает 3 м, а высота - 5 м. Такие размеры образцов делают их создание весьма сложной и трудоемкой технологической задачей. Обычно для изготовления стандартных образцов применяются природные материалы, такие как мрамор или кварцит различного фракционного состава. Для достижения максимальной однородности стандартных образцов мраморная или кварцевая крошка укладывается вручную слоями не более 5 см. Затем трамбуется и формируется следующий слой. Изготовление одного стандартного образца может длиться до одного месяца.
Для аттестации стандартных образцов в ранге государственных, в соответствии с нормативами Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарта), необходимо подтвердить параметры их состава и свойств, однородность свойств по всему объему образца, про-слеживаемость метрологических характеристик к государственным эталонам.Обоснование указанных характеристик зачастую связано с необходимостью выполнения специальных исследований. Кроме того, поддержание исходных эталонов в метрологически исправном состоянии требует проведения на протяжении всего срока эксплуатации стандартных образцов регулярных режимных измерений аттестованных значений параметров в целях контроля их состояния и стабильности.
Все это делает содержание парка исходных эталонов геофизических параметров дорогостоящей и технически сложной задачей, в связи с чем в России нет ни одной сервисной компании, имеющей в собственности полную
Рис. 2. Центр метрологии и сертификации Fig. 2. Metrology and certification center
номенклатуру исходных эталонов. Указанное обстоятельство, а также отсутствие в РФ общепризнанного метрологического центра с единой для всей страны системой исходных эталонов поставило перед ООО «Газпром георесурс» задачу создать полностью автономную систему метрологического обеспечения ГИС для обеспечения единства геофизических измерений на объектах ПАО «Газпром» и вследствие этого претендовать на роль базовой организации метрологической службы ПАО «Газпром» в данной области измерений.
Центр метрологии и сертификации представляет головную структурную единицу метрологической службы ООО «Газпром георесурс», т. к. в нем сосредоточено большинство исходных эталонов единиц геофизических параметров, используемых при ГИС и служащих основой обеспечения единства и точности измерений в организации. Центр выполняет следующие виды работ: первичную и периодическую аттестацию рабочих эталонов,калибровочных устройств ПФ; научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию эталонов геофизических параметров, средств калибровки, методик выполнения калибровочных измерений; испы-
тания геофизической аппаратуры и оборудования на соответствие их параметров установленным требованиям для оценки пригодности их применения в Обществе.
Научно-профессиональный уровень персонала ЦМиС позволяет успешно решать все методические задачи по разработке и созданию необходимых технических средств метрологического обеспечения аппаратуры ГИС для производственных филиалов и методического сопровождения их применения в практике геофизической деятельности.
На рис. 2 приведен общий вид ЦМиС и павильона моделей пластов. Схема размещения метрологического оборудования в павильоне моделей пластов показана на рис. 3.
В соответствии с поверочной схемой средств измерения геофизических параметров, в процессе эксплуатации периодическая калибровка геофизической аппаратуры выполняется в производственных филиалах силами и средствами собственных метрологических подразделений.
С этой целью в большинстве ПФ Общества созданы и функционируют региональные (базовые) метрологические центры, обеспечение которых метрологическими средствами определяется объемами выполняемых работ
и парком используемой аппаратуры. В тех ПФ, где имеются удаленные от основной базы объекты, организуются метрологические участки с необходимым метрологическим оборудованием, позволяющим вести контроль метрологической исправности аппаратуры непосредственно в процессе эксплуатации, что сокращает потери времени и транспортные расходы.
Типовое оснащение метрологических подразделений включает в себя:
- универсальную калибровочную установку для калибровки
аппаратуры нейтронного каротажа УКУ-НК;
- калибровочную установку для калибровки аппаратуры плот-ностного гамма-гамма-каротажа КУ-ГГКП;
- комплект стандартных образцов технического состояния обсаженных скважин для аппаратуры скважин-ный гамма-дефектомер-толщи-номер (СГДТ) и цементомер (ЦМ);
- комплект калибров для калибровки аппаратуры интегрального гамма-каротажа КУ-ГК;
- комплект калибров для калибровки аппаратуры спектрометрического гамма-каротажа КУ-СГК;
- калибровочный акустический волновод под давлением для калибровки аппаратуры акустического каротажа КАВ-АК;
- калибровочная установка для скважинных инклинометров;
- калибровочная установка для скважинных термометров и манометров УПТМ;
- комплект общетехнических средств измерений и специального метрологического оборудования для калибровки аппаратуры электрического, индукционного каротажа;
- калибровочные установки для скважинных каверномеров и профилемеров.
^ 0000с 00
0
Государственные стандартные образцы естественных радиоактивных элементов(ГСО-ЕРЭ)
State standard reference samples of natural radioactive elements Государственные стандартные образцы объемного влагосодержания карбонатных горных пород (ГСО-НК) State standard reference samples of volumetric moisture content of carbonate rocks
Государственные стандартные образцы нейтронных характеристик горных пород (ГСО-НК)
State standard reference samples of neutron characteristics of rocks
Стандартные образцы типа насыщения горных пород (СО-ТН)
Standard samples of rock saturation types
Стандартный образец с горизонтальной слоистостью
Standard sample with horizontal bedding
Стандартные образцы технического состояния обсаженных скважин
для аппаратуры типа СГДТ, ЦМ
Standard samples of integrity of cased wells for Downhole GR-Density Fault Detectors and Nuclear Cement Top Locators Стандартные образцы плотности и эффективного атомного номера горных пород (Макет)
Standard samples of density and effective atomic number of rocks (diagram)
от •о
Стандартный образец газонасыщенного пласта
Standard sample of gas-bearing formation
Акустический бассейн с координатным устройством для настройки
акустических преобразователей, также выполняет роль емкости
с водой для радиоактивных методов, пожарный водоем
Acoustic basin with coordinate device for acoustic coupler setup. Also used
as fire water for radioactive methods
Акустический калибровочный стенд АКС-4-3Д
Acoustic calibration bench (AKS-4-3-D)
Блок, имитирующий плотность породы 2500 кг/м3 для эталонных
обсадных колонн
Imitation rock with 2500 kg/m3 density for standard casing columns
Стеллажи для установки эталонных обсадных колонн
Racks for standard casing columns
Метрологическая термокамера типа УИСП-Т
Metrological temperature chamber (UISP-T type)
Установка УПТМ для калибровки аппаратуры газодинамического
каротажа
Thermometer and pressure gauge prover for gas-dynamic log calibration Установка для калибровки канала ГК типа УК-ГК Gamma ray log (GRL) calibration unit (UK-GK type)
Рис. 3. Схема размещения метрологического оборудования в павильоне моделей пластов ЦМиС ООО «Газпром георесурс» Fig. 3. Layout of metrology equipment in formation models pavilion at Metrology and certification center at OOO Gazprom Georesurs
в) С)
Рис. 4. Региональные метрологические центры: а) НПФ «Оренбурггазгеофизика»; б) ПФ «Красноярскгазгеофизика»; в) метрологический участок ПФ «Вуктылгазгеофизика» Бованенко
Fig. 4. Regional metrology centers: a) NPF Orenburggazgeofizika; b) PF Krasnoyarskgazgeofizika; c) metrology unit at PF Vuktylgazgeofizika Bovanenko
Практически все из перечисленных средств калибровки - оригинальные, разработаны в метрологической службе предприятия и защищены патентами.
Большинство геофизических СИ имеют сравнительно короткий межкалибровочный интервал - 3-4 мес, поэтому необходима периодическая калибровка эксплуатируемой аппаратуры не реже чем раз в квартал. Для производственных отрядов, базирующихся на стационарной базе производственного филиала, где размещено калибровочное оборудование, это не вызывает никаких проблем. Однако в связи с началом эксплуатационного бурения на ряде месторождений либо только с авиационным, либо сезонным транспортным сообщением с основной базой геофизического предприятия выполнение графиков калибровки для аппаратуры, находящейся на временных удаленных базах, в период сезонного отсутствия транспортной связи становится невозможным.
Для решения данной проблемы в ООО «Газпром георесурс» разработаны схемы метрологического обеспечения и технические средства, позволяющие продлить межкалибровочный интервал исправной аппаратуры ГИС путем тестирования стабильности ее работы на месте эксплуатации с помощью специальных полевых калибров, которыми оснащаются удаленные производственные отряды.
Общий вид метрологических центров производственных филиалов приведен на рис. 4.
Метрологическая служба ООО «Газпром георесурс» аккредитована на право проведения калибровки всех видов применяемых СИ в системе калибровки ПАО «Газпром».
В процессе подготовки и аккредитации проведены ревизия метрологического оборудования и нормативно-методической документации, оформление в установленном порядке обучения калибровщиков геофизической
аппаратуры,разработан стандарт предприятия «Руководство по качеству организации и выполнения калибровочных работ метрологической службой ООО «Газпром георесурс». В результате девять подразделений метрологической службы ООО «Газпром георесурс» получили аккредитацию на право проведения калибровки аппаратуры ГИС.
При всей важности оптимизации структуры метрологической службы предприятия следует иметь в виду, что при самом идеальном построении системы управления метрологической деятельностью ключевым элементом ее успешной работы будет техническое оснащение метрологических подразделений на местах.
Большое внимание метрологической службой ООО «Газпром георесурс» уделяется входному контролю метрологических параметров всей приобретаемой Обществом геофизической аппаратуры. В ходе данного процесса проводится анализ технической
г) d) д) e) е)f)
Рис. 5. Мобильная метрологическая станция ГТИ: а) общий вид мобильной метрологической станции ГТИ; б) стенд контроля метрологических характеристик силоизмерительных датчиков (СМКС); в) установка калибровочная датчиков силоизмерительных (УКДС); г) стенд для калибровки каналов измерений физических параметров бурового раствора (СК-ПБР); д) установка калибровочная проливная расходомерная (УКПР-1М); е) установка калибровочная давления (УКД-700М)
Fig. 5. Transportable metrological mud logging station: a) general view of transportable metrological mud logging station; b) control bench for metrological characteristics of tension sensors; c) tension sensors calibration unit; d) calibration bench for measuring circuits of physical parameters of mud flush; e) flow-measuring wet calibration unit (UKPR-1M); f) pressure calibration unit (UKD-700M)
документации, проверка комплектности, внешний осмотр, оценка метрологических характеристик на соответствие эксплуатационной документации, оценка воспроизводимости показаний аппаратуры в контрольно-калибровочных скважинах. Всего за последние 5 лет только в центральных подразделениях метрологической службы прошло входной контроль более 500 комплектов аппаратуры ГИС.
Развитие технологий ГИС, усложнение геологических задач, стоящих перед геофизиками-интерпретато-рами,предъявляет дополнительные требования к точности и достоверности результатов исследований. Поэтому так актуально постоянное совершенствование метрологической и испытательной базы геофизических средств измерений.
В 2011 г. метрологической службой ООО «Газпром георесурс» нача-
та работа по улучшению системы метрологического обеспечения геолого-технологических исследований (ГТИ), выполняемых производственными подразделениями. В рамках ее реализации предполагается создание комплекса технических средств и нормативно-методических документов, обеспечивающих единство и точность результатов измерений при ГТИ. В 2014 г. в двух ПФ введены в эксплуатацию передвижные метрологические лаборатории ГТИ (рис. 5). Метрологические службы этих филиалов получили аккредитацию на проведение калибровки измерительных каналов ГТИ и активно выполняют калибровку измерительных каналов станций ГТИ силами своих метрологических подразделений [3].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время метрологическая служба ООО «Газпром георесурс» в целом осуществляет необходимые объем и технологический уровень метрологического обеспечения всех сервисных работ, проводимых на объектах ПАО «Газпром» и других заказчиков.
Перспективы развития метрологической службы ООО «Газпром георесурс» видятся в более полной ее интеграции в систему метрологического обеспечения ПАО «Газпром», что позволит дать импульс в развитии организационного, методического, технического и нормативного обеспечения единства и точности геофизических измерений. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений» от 26.06.2008 № 102-ФЗ [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_77904/ (дата обращения: 03.06.2019).
2. Блюменцев А.М., Калистратов Г.А., Лобанков В.М., Цирульников В.П. Метрологическое обеспечение геофизических исследований скважин. М.: Недра, 1991. 266 с.
3. Лобанков В.М., Цирульников В.П., Зуев А.М. Состояние и перспективы метрологического обеспечения геолого-технологических исследований в процессе бурения нефтегазовых скважин // НТВ «Каротажник». 2017. № 6 (276). С. 80-90.
REFERENCES
(1) State Duma of the Russian Federation. Federal Law of June 28, 2018 No. 102-FZ On Ensuring the Uniformity of Measurements. Available from: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_77904/ [Accessed 3rd June 2019]. (In Russian)
(2) Blyumentsev AM, Kalistratov GA, Lobankov VM, Tsirulnikov VP. Metrological support for well logging. Moscow: Nedra, 1991. (In Russian)
(3) Lobankov VM, Tsirulnikov VP, Zuyev AM. State and prospects of metrological support for geotechnical well testing during drilling operations. Scientific and technical bulletin Karotazhnik. 2017; 6 (276); 80-90. (In Russian)
