CC BY
1
ВОЗДЕЙСТВИЕ ГЕОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ НА МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Н.Е. Фролов, студент Л.И. Гимазиева, студент Э.Е. Васильев, студент
Уфимский государственный нефтяной технический университет (Россия, г. Уфа)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-11-4-162-166
Аннотация. Рассматривается проблема воздействия геомагнитной активности на метрологическое обеспечение геофизической аппаратуры методом анализа данных геомагнитных станций, с целью создания методики по уменьшению влияния магнитных бурь на приборы. Данную проблему необходимо актуализировать в дальнейшем для бесперебойной работы геофизической партии.
Ключевые слова: геофизика, магнитные бури, метрология, инклинометрия.
Основным источником информации в геофизике являются специальные приборы, которые основаны на различных явлениях начиная от диффузионно-адсорбционной активности, заканчивая неупругим рассеянием нейтронов.
Каждый метод по своей сущности имеет определенные нежелательные эффекты, которые влияют на показания прибора, а, следовательно, на итоговый результат, что, безусловно, отдаляет интерпретатора от наиболее верного заключения по диаграммам геофизического прибора. С этой целью вводятся различные поправки в полученные данные по утвержденным методикам, а также вводятся поправки при калибровки самого прибора до спуска в скважину. Приборы калибруются на базе в специальных условиях, а также могут вноситься поправки непосредственно на скважине для некоторых приборов. Это необходимо для получения одинаковых данных в одних условиях, но при помощи разных приборов. Введение поправок является необходимым действием, однако оно вносит негативный вклад, повышая погрешность. Стоит отметить, что магнитометрическая инклино-метрия по своей природе основана на магнитном поле Земли, которое в свою очередь имеет определенные негативные явления [3].
Магнитная буря - это возмущение геомагнитного поля, вызванное потоком солнечного ветра и взаимодействием с магнитосферой Земли. Бури характеризуются несимметричным развитием и интенсивностью, измеряемой индексами Dst и Кр. Они оказывают вли-
яние на технику, людей и другие организмы, а также могут вызывать сбои в системах навигации и связи [1].
Магнитные бури возникают из-за сильных возмущений в солнечном ветре, вызванных вспышками на Солнце и корональными выбросами массы. Эти события приводят к увеличению потока электрических заряженных частиц, которые взаимодействуют с магнитным полем Земли, вызывая его возмущение. Непосредственной причиной магнитных бурь являются возмущенные потоки солнечного ветра на орбите Земли, содержащие необходимую для генерации геомагнитной бури ориентацию межпланетного магнитного поля.
Индексы Dst и Кр используются для измерения интенсивности магнитной бури. Индекс Dst измеряет глобальное возмущение магнитного поля Земли, а индекс Кр - локальное возмущение. Бури классифицируются по шкале Dst от -500 нТл (сильная буря) до +500 нТл (слабая буря).
Классификация магнитных явлений происходит по пятибалльной шкале силы магнитных бурь, введённая Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США, и когда индекс О достигает уровня О3 или выше, означает, что буря оказывает сильное воздействие на энергосистемы, и вызывает перебои в навигации и радиосвязи, а также на некоторые геофизические приборы.
Данные инклинометрии являются важнейшими при работе в скважине, ибо по их пока-
заниям происходит мониторинг и контроль бурения от запланированной и утвержденной траектории. Идеальное совпадение траекторий по своей природе невозможно, и существуют утвержденные значения отклонений, однако если прибор неверно откалиброван, то разница может превышать допустимые значения. Следовательно, из-за неисправного прибора план разработки может измениться колоссально, что снижает эффективность проекта, и требует дополнительных трудозатратных мероприятий.
Калибровка инклинометра производится исключительно на базе, где расположены магнитометры с целью измерения магнитного поля при метрологических мероприятиях, с целью вычитания влияния отклонений в самом приборе. Само здание заземляется по утвержденной методике, а на объекте должны выполняться строгие правила [4].
В истории нефтегазопромысловой геофизики имеются примеры, когда работы приостанавливали ввиду сильного влияния магнитных бурь. Одно из решений является замена магнитометрического инклинометра на гироскопический. Заказчики в свою очередь предпочитают гироскопический инклинометр только при решение узких и сложных задач по причине дороговизны. Отсюда и возникает
потребность в создании идеальных условий неподверженных влиянию магнитных бурь как в процессе калибровки прибора, так и при транспортировке [2].
Для примера выделения магнитных бурь были выбраны две геомагнитные станции на разных координатах, в разные интервалы времени. Разные координаты выбраны с целью изучения влияния при разных расположениях, а интервалы подобраны с целью демонстрации момента времени при самой магнитной бури и в более спокойное время.
Склонение магнитной стрелки объясняется тем, что магнитный полюс Земли не совпадает с географическим. И по своей сущности магнитное склонение подвержено влиянию Магнитосферы Земли, которая в свою очередь формируется благодаря космической погоде и внутреннему движению магмы. В случае отсутствия вспышек на солнце, следовательно, магнитных бурь магнитное склонение имеет статичное значение, но в случае магнитной бури происходят резкие перепады.
Магнитное наклонение в нормальных условиях составляет около 60° на экваторе и уменьшается до нуля на полюсах. Однако во время магнитных бурь, магнитное наклонение может значительно изменяться.
Градус,!
График магнитного склонения относительно эталонных значений
Бремя
11415161819202123 0 12 4 5 6 7 910111214151617192021220 1 2 3 5 6 T 8 101112131516171820212223 1 2 3 4 6 7 8 9 1112131416171819212223 0 2 3 4 5 7 8 91012 22 23 24 25 2«
I
J
— ^ ' 1 M JjffV--„ - — yf
W i
I1
—PCI -GUI
—ПОЛОН Pfl ---Э1ДА0И QUI
Рис. 1. График магнитного склонения относительно эталонных значений в интервале магнитной
бури
В данном случае видны аномальные пики по графику магнитного склонения относительно эталонных значений, которые являются подтверждением магнитной бури класса 04. Данный график был построен с интервалом в 5 минут. Это позволяет определить краткосрочные колебания, которые могут быть сглажены при более длительном интер-
вале. Данный график можно интерпретировать по принципу того, что показания близлежащие к эталонной прямой являются стабильными и безопасными в момент работы с инклинометрами и магнитометрами [5].
Для сравнения выбран второй интервал времени, а именно за неделю до магнитной бури.
Рис. 2. График магнитного склонения относительно эталонных значений в интервале
без магнитной бури
На данном интервале можно увидеть значения параметров магнитного поля до магнитной бури. Данные этих графиков были взяты с тех же самых станций и как можно увидеть по графику ярких аномальных скачков не имеется. Также можно увидеть небольшие отклонения на графиках, но они являются суточными вариациями. Данный интервал является благоприятным при эксплуатации и калибровке аппаратуры [6].
Таким образом, исследование показало, что магнитные бури являются важным фактором, который необходимо учитывать при разработ-
ке и эксплуатации различных приборов и систем, работающих в условиях изменчивого магнитного поля Земли.
В исследовании Воробьева А.В. и Воробьевой Г.Р. представлен метод оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования [7].
Для решения поставленной задачи авторы предлагают измерять параметры геомагнитного поля в определённой точке географического пространства и рассчитывать контрольные индексы геомагнитной активности, характери-
зующие дополнительную погрешность ин-клинометрического и навигационного оборудования, возникающую в периоды ненулевой геомагнитной активности. Полученные результаты сравниваются с установленными стандартами, и по разнице между ними можно судить о степени отклонения метрологических характеристик оборудования.
Контрольные индексы геомагнитной активности представляют собой ранжированную по десятибалльной квазилогарифмической шкале (от 0 до 9) дополнительную погрешность инклинометрического и навигационного оборудования, связанную с геомагнитной активностью, где 0 соответствует минимальному уровню погрешности, а 9 - максимальному.
Применение предложенного метода позволяет учесть влияние геомагнитной активности на метрологические характеристики инкли-нометрического и навигационного оборудования, что способствует повышению точности и надёжности результатов измерений и обработки данных.
Кроме того, авторы предлагают использовать методы коррекции и компенсации влияния геомагнитной активности на работу приборов для повышения точности и надёжности результатов. Это может включать применение специальных алгоритмов и фильтров для учёта геомагнитных возмущений при обработке данных и корректировку калибровочных коэффициентов оборудования с учётом текущего уровня геомагнитной активности.
Заключение
Из материала выше следует, что магнитные бури являются явлением, которое сопровождает жизнедеятельность человека и оказывает негативное влияние. На сегодняшний день доступно ежедневное отслеживание параметров магнитного поля и выделение магнитных бурь по графикам, а также прогнозирование явления на будущее. Однако необходимы конструктивные изменения и доработки объектов по калибровке и транспортировке аппаратуры. Для избежания некорректных решений по данным аппаратуры и отмены работ ввиду геомагнитных условий.
Библиографический список
1. Воробьев А.В., Соловьев А.А., Пилипенко В.А., Воробьева Г.Р. Интерактивная компьютерная модель для прогноза и анализа полярных сияний. Солнечно-земная физика. - 2022. - Т. 8, № 2. - С. 93-100. - DOI: 10.12737/szf-82202213.
2. Воробьев, А.В. Подход к динамической визуализации разнородных геопространственных векторных изображений / А.В. Воробьев, Г.Р. Воробьева // Компьютерная оптика. - 2024. - Т. 48, № 1. - С. 123-138. - DOI: 10.18287/2412-6179-C0-1279.
3. Пилипенко В.А., Черников А.А., Соловьев А.А., Ягова Н.В., Сахаров Я.А., Кудин Д.В., Ко-старев Д.В., Козырева О.В., Воробьев А.В., Белов А.В. Влияние космической погоды на надежность функционирования транспортных систем на высоких широтах // Russian Journal of Earth Sciences. - 2023. - Т. 23. - ES2008. - DOI 10.2205/2023ES000824.
4. Воробьев А.В. Подход к обнаружению и устранению артефактов пространственных изолиний в приложениях Веб-ГИС / А.В. Воробьев, Г.Р. Воробьева // Компьютерная оптика. - 2023. -Т. 7, № 1. - С. 126-136. - DOI: 10.18287/2412-6179-C0-1127.
5. Воробьев А.В., Воробьева Г.Р. Подход к оценке относительной информационной эффективности магнитных обсерваторий сети INTERMAGNET // Геомагнетизм и аэрономия. - 2018. -Т. 58, № 5. - С. 648-652. - DOI: 10.1134/ S0016793218050158.
6. Воробьев, А.В. Подход к оценке относительной информационной эффективности магнитных обсерваторий сети INTERMAGNET / А.В. Воробьев, Г.Р. Воробьева // Геомагнетизм и аэрономия. - 2018. - Т. 58, № 5. - С. 648-652. - DOI 10.1134/S0016794018050164.
7. Воробьев А.В., Воробьева Г.Р. Способ оценки влияния геомагнитной активности на метрологические характеристики инклинометрического и навигационного оборудования. - 2018.
THE IMPACT OF GEOMAGNETIC ACTIVITY ON THE METROLOGICAL CHARACTERISTICS OF GEOPHYSICAL EQUIPMENT
N.E. Frolov, Student L.I. Gimazieva, Student E.E. Vasiliev, Student
Ufa State Petroleum Technological University (Russia, Ufa)
Abstract. The problem of the impact of geomagnetic activity on the metrological support of geophysical equipment by analyzing data from geomagnetic stations is considered in order to create a methodology to reduce the influence of magnetic storms on devices. This problem needs to be updated in the future for the smooth operation of the geophysical batch.
Keywords: geophysics, magnetic storms, metrology, inclinometry.
