Стандартный образец магнитной восприимчивости

Изобретение относится к метрологическому обеспечению средств магнитного каротажа и может быть использовано для градуировки и проверки приборов, предназначенных для измерения магнитной восприимчивости горных пород в скважинах. Стандартный образец магнитной восприимчивости представляет собой цилиндрический корпус с осевым сквозным отверстием, выполненный в виде двух коаксиальных труб разного диаметра и крышек с отверстиями, герметично прилегающих к торцам труб. Трубы и крышки изготовлены из немагнитного и непроводящего материала. Объем между трубами заполнен магнитной лентой, наматываемой по спирали на внешнюю поверхность внутренней трубы. Слои магнитной ленты разделены немагнитным материалом. Технический результат: повышение точности аттестации. 2 ил.

 

Изобретение относится к средствам метрологического обеспечения аппаратуры каротажа магнитной восприимчивости - стандартным образцам и может быть использовано для градуировки и калибровки приборов, предназначенных для измерения магнитной восприимчивости горных пород в скважинах.

Известна мера восприимчивости, применяемая для аттестации средств магнитного каротажа, корпус которой выполнен в форме толстостенной цилиндрической трубы из смеси гипса с магнетитом, имитирующей скважину (Кудрявцев Ю.И., Индукционные методы измерения магнитной восприимчивости горных пород и руд в естественных условиях. - Л.: Недра, 1978, с.69-86).

Недостатками данной меры являются низкая механическая прочность, неоднородность, анизотропность и гигроскопичность. С течением времени, вследствие процессов выравнивания неоднородностей и влияния атмосферных воздействий, меняются структура и химический состав меры, что неизбежно влечет за собой изменение ее магнитных свойств. Низкая механическая прочность меры делает ее неудобной в эксплуатации, а неоднородность материала меры, анизотропность ее свойств и изменение их со временем непосредственно влияют на точность аттестации средств измерения магнитной восприимчивости горных пород в скважинах, снижая ее.

Известна также мера магнитной восприимчивости, корпус которой представляет собой толстостенную цилиндрическую трубу с осевым отверстием, набираемую из ферроэластовых колец. Кольца получают путем вулканизации под давлением смеси каучука и порошка никельцинкового феррита (Зорин Г.К. и др. Эталоны магнитной восприимчивости на основе ферроэласта. // Методы разведочной геофизики, 1973, вып.17, с.116-118).

Недостатками данной меры являются неоднородность и анизотропность. Неоднородность и анизотропность материала меры, возникающие при его изготовлении - в процессе вулканизации, вследствие неравномерного оседания частиц смеси с разными удельными весами, непосредственно влияют на точность аттестации средств измерения магнитной восприимчивости горных пород в скважинах, снижая ее. Кроме того, отсутствие точных методов и средств измерения для определения магнитной восприимчивости образцов сложной формы (например, кольцевой) и значительных габаритов приводит к большим погрешностям аттестации самой меры.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является образцовая мера магнитной восприимчивости (А.С. №866524, МКИ G 01 V 13/00, 15.11.1979, опубл. 23.09.1981, Бюл. №35), содержащая цилиндрический корпус с осевым сквозным отверстием, выполненный в виде двух коаксиальных труб разного диаметра и крышек с отверстиями, герметично прилегающих к торцам труб, причем объем между трубами заполнен магнитной жидкостью, а трубы и крышки изготовлены из немагнитного и непроводящего материала.

Недостатком данной меры, использующей магнитную жидкость, представляющую собой суспензию мелких (около 1·10^-8 м) частиц ферромагнетика в непроводящих жидкостях (например, магнетит в керосине, железо или кобальт в толуоле), является ее анизотропность вследствие выпадения с течением времени более тяжелых частиц ферромагнетика в осадок. Кроме того, существенные температурные коэффициенты объемного расширения β основ магнитных жидкостей (у керосина β=12,6·10^-3/°С) вызывают значительное изменение объемного удельного содержания ферромагнетика (для керосина - на 12,6%), т.е. изменение аттестованного значения воспроизводимой мерой величины даже при изменении температуры среды в пределах нормальных условий эксплуатации образцов, каковыми являются 15-25°С.

Техническим результатом изобретения является повышение точности аттестации за счет уменьшения анизотропии и неоднородности стандартного образца магнитной восприимчивости в широком диапазоне температур.

Указанный технический результат достигается тем, что в стандартном образце магнитной восприимчивости, содержащем цилиндрический корпус со сквозным осевым отверстием, выполненном в виде двух коаксиальных труб разного диаметра и крышек с отверстиями, герметично прилегающих к торцам труб, объем между трубами заполнен магнитным материалом, а трубы и крышки изготовлены из немагнитного и непроводящего материала, причем в качестве магнитного материала используют магнитную ленту.

Объем между трубами может быть заполнен магнитной лентой в сочетании с немагнитным материалом.

В предлагаемом стандартном образце магнитной восприимчивости новым признаком в сравнении с прототипом является то, что в качестве магнитного материала предлагается использовать магнитную ленту или магнитную ленту и немагнитный материал. Высокая степень равномерности распределения ферромагнитных веществ в магнитном слое ленты, обеспечиваемая техническими условиями ее изготовления, а также упорядоченная укладка магнитной ленты и немагнитного материала позволяют достичь максимальной однородности распределения магнитного вещества в единице объема стандартного образца магнитной восприимчивости, то есть изотропности рабочего материала стандартного образца магнитной восприимчивости в радиальном направлении и по вертикали. Возможность изменения плотности ферромагнетиков в магнитном слое в процессе изготовления магнитной ленты позволяет изготовить стандартный образец, магнитная восприимчивость которого может иметь значение в широком диапазоне измеряемой величины. Стабильные физико-механические и магнитные свойства материала-наполнителя стандартного образца магнитной восприимчивости - магнитной ленты или магнитной ленты и немагнитного материала обеспечат постоянство во времени аттестуемых характеристик, то есть долговечность стандартного образца магнитной восприимчивости. Может быть использована магнитная лента как бывшая в употреблении, например, отслужившая свой срок эксплуатации в магнитофонах сейсморазведочных станций, так и специально изготовленная. Для увеличения либо уменьшения магнитной восприимчивости стандартного образца магнитной восприимчивости возможно использование магнитной ленты соответственно с повышенным либо пониженным объемным содержанием ферромагнетиков в магнитном слое, что достигается изменением концентрации магнитных порошков в магнитной суспензии и/или изменением толщины магнитного слоя на ленте. Геометрические размеры пространства между коаксиальными трубами разного диаметра и крышками с отверстиями, заполненного уложенной определенным образом магнитной лентой, обеспечивают создание изучаемого физического поля, эквивалентного полю в однородной бесконечной среде в пределах заданной погрешности измерения аттестуемого параметра. Кроме того, данная конструкция стандартного образца магнитной восприимчивости при его сравнительно небольших габаритах удобна для эксплуатации независимо от занимаемого при аттестации положения - вертикального или горизонтального.

Таким образом, конструкция стандартного образца магнитной восприимчивости представляет собой практически однородную и изотропную меру, магнитная восприимчивость которой может быть легко определена с высокой точностью, причем данные свойства сохраняются на протяжении длительного времени, что повышает точность аттестации средств магнитного каротажа.

Стандартный образец магнитной восприимчивости схематично изображен на фиг.1, 2.

На фиг.1 показан вертикальный разрез стандартного образца магнитной восприимчивости; на фиг.2 - увеличенный фрагмент А разреза, показанный на фиг.1.

Цилиндрический корпус стандартного образца магнитной восприимчивости со сквозным осевым отверстием состоит из коаксиальных труб разного диаметра 1 и 2 и крышек 3 с отверстиями, жестко соединенных между собой. Крышки 3 с отверстиями герметично прилегают к поверхностям коаксиальных труб разного диаметра 1 и 2. Трубы 1, 2 и крышки 3 изготовлены из немагнитного и непроводящего материала. Объем между коаксиальными трубами 1 и 2 заполнен магнитной лентой 4. На внешнюю поверхность трубы 1 по спирали намотана магнитная лента 4, слоями, до заполнения всего пространства между крышками 3. Для труб 1 и 2 подходящим немагнитным и непроводящим электрический ток материалом является полиэтилен низкого (ПНД) или высокого давления (ПВД), стеклотекстолит; для крышек - текстолит, стеклотекстолит. При необходимости слои магнитной ленты 4 могут разделяться одним или более слоями немагнитного материала 5. В качестве негигроскопичного, мягкого, немагнитного материала - диэлектрика может быть использована лакоткань.

Аттестация средства измерения, применяемого при магнитном каротаже, с помощью такого стандартного образца магнитной восприимчивости осуществляется следующим образом. Средство измерения магнитного каротажа - калибруемый прибор каротажа магнитной восприимчивости (КМВ) - помещается во внутреннюю трубу 1 стандартного образца так, чтобы ось его первичного измерительного преобразователя находилась на оси симметрии трубы, а их центры симметрии совпадали. Включается аттестуемое средство. Зарегистрированные при этом показания прибора приравниваются паспортному значению магнитной восприимчивости, полученному при метрологической аттестации стандартного образца. Способ метрологической аттестации стандартного образца магнитной восприимчивости выбирается в зависимости от категории изготавливаемого стандартного образца согласно ГОСТ 8.315-97.

Пример конкретной реализации.

Для конкретной реализации настоящего изобретения необходимо выполнение следующих операций. Производят расчет-обоснование геометрических размеров стандартного образца магнитной восприимчивости, в результате которого определяются наиболее оптимальные размеры, соответствующие нормальным условиям измерений, при соблюдении которых получаемые результаты наименее всего подвержены влиянию мешающих факторов. Минимальная погрешность измерений достигается в скважинах диаметром d_c, определяемым из выражения d_с/l_г.п≤0,4, где l_г.п - размер зонда прибора КМВ. Толщина коаксиального слоя магнитного материала - магнитной пленки 4 стандартного образца магнитной восприимчивости также определяется размером зонда и должна составлять не менее 0,61_г.п. Расстояние между внутренними поверхностями крышек Н_в, т.е. высота слоя магнитного материала - магнитной пленки 4, не влияющая на показания прибора КМВ, составляет Н_в≥3,01_г.п. Данным условиям для зонда l_г.п=300 мм соответствуют следующие размеры стандартного образца магнитной восприимчивости: наружный диаметр трубы 1, имитирующей скважину, d_н=110 мм; наружный диаметр D_н крышек 3, равный внутреннему диаметру трубы 2, - D_н=480 мм; расстояние Н_в между крышками 3 - Н_в=900 мм. Толщина стенки трубы 1 должна составлять не более 5% от ее наружного диаметра, т.е. не более 5,5 мм. Изготавливают согласно указанным размерам трубу 1, две крышки 3 с отверстиями, а также трубу 2, являющуюся охранным кожухом. На торцах трубы 1 жестко закрепляют крышки 3. Затем на внешнюю поверхность трубы 1 наматывают магнитную ленту шириной а=12,65 мм по спирали, с шагом 1,5·а, с усилием 1/2 от разрывного усилия ленты, с разделением слоев магнитной ленты немагнитным материалом толщиной 6 мм, до полного заполнения чередующимися слоями магнитной ленты и немагнитного материала пространства между крышками. В общем случае значение магнитной восприимчивости стандартного образца для данного типа магнитной ленты будет обратно пропорционально шагу повива магнитной ленты и толщине слоя немагнитного материала. Максимальное значение магнитной восприимчивости может быть получено при шаге повива магнитной ленты, равном а, и отсутствии немагнитного материала между слоями. Ширина ленты может составлять от 3,81 мм, применяемой в бытовой аудиоаппаратуре, до 12,65 мм, применяемой в видеомагнитофонах и в регистраторах сейсмостанций. Устанавливают трубу 2 и жестко закрепляют ее с крышками.

Изготовленный таким образом стандартный образец магнитной восприимчивости представляет собой достаточно прочную конструкцию, не гигроскопичную, не подверженную воздействию условий среды на его характеристики, обеспечивающую повышение точности аттестации и обладающую в течение длительного времени стабильными метрологическими характеристиками при уменьшении его анизотропности и неоднородности в значительном диапазоне рабочих температур (-40...+50°С).

Стандартный образец магнитной восприимчивости, содержащий цилиндрический корпус со сквозным осевым отверстием, выполненный в виде двух коаксиальных труб разного диаметра и крышек с отверстиями, герметично прилегающих к торцам труб, трубы и крышки изготовлены из немагнитного и непроводящего материала, отличающийся тем, что объем между трубами заполнен магнитной лентой, наматываемой по спирали на внешнюю поверхность внутренней трубы, с разделением слоев магнитной ленты немагнитным материалом, причем значение магнитной восприимчивости стандартного образца обратно пропорционально шагу повива магнитной ленты и толщине слоя немагнитного материала.