张冀炜

(中石化华北石油工程有限公司测井分公司 河南 南阳 473132)

0 引 言

量值传递是统一计量器具的重要手段，是保证计量结果准确可靠的基础。任何一种计量器具，由于种种原因，都具有不同程度的误差。新制造的计量器具，由于设计、加工、装配和元件质量等各种原因引起的误差是否在允许范围内，必须用适当等级的计量标准来检定，判断其是否合格；经检定合格的计量器具，经过一段时间使用后，环境影响或使用不当，维护不良、部件的内部质量变化等因素会引起计量器具的计量特性发生变化，所以需定期用规定等级的计量标准对其进行检定，根据检定结果作出修理或继续使用的判断，经过修理的计量器具是否达到规定的要求，也须用相应的计量标准进行检定[1]。

仪器刻度装置作为标定仪器精准度的装置，其本身的计量特性尤为重要，直接影响着测井质量。没有建立量值传递系统，造成刻度装置自身准确性无法保证[2]，就不能满足工作需要。根据以上情况我们开展了电法类测井刻度校验装置量值传递方法研究，建立了电法类测井刻度校验装置量值传递系统。

1 刻度校验装置量值传递方法的研究

1.1 电法类测井刻度校验装置刻度原理

目前测井分公司南阳项目部有完井测井设备18套，电法类测井仪器72支，电法类仪器刻度校验装置9类，测井仪器型号多，且电法刻度装置来源于不同厂家。电法类测井仪器在测井时均需进行测前、测后校验，仪器每经大修、更换主要元器件均需重新校验。微电极、微球除对标准模拟盒进行校验外，每年还应在标准溶液中进行刻度。模拟盒作为标定仪器精准度的装置，使用频率高，其在出厂后就没有进行过标定，量值传递缺失，数值准确性无法判断，直接影响电法类测井曲线质量。

电法类模拟盒种类较多，但原理基本相同，因此选择DLSB双侧向模拟盒为研究对象，对原理及技术指标进行分析研究。校验原理如图1所示[3]。

图1 DLSB双侧向模拟盒和校验夹具

测量返回、电流返回、A2通过连线与侧向仪器对应的回路相连，夹具直接夹在侧向仪器上，5个夹子对应A0、M1、M2、A1、A2五个电极。通电检测时，通过切换档位在夹具之间形成不同的电阻网络，以模拟不同的地层电阻值，同时地面计算机将采集到的侧向电压、电流值进行计算得到对应档位下的深浅侧向值，将计算值与对应档位进行比较，实现仪器的刻度。

A0、A1、A2、M1、M2分别连接侧向仪器不同的电极，S3A、S3B、S3C、S3D、S3E为模拟盒上的旋钮，旋转时可选择0.2 Ω～1 000 Ω 共10个不同的档位。S1、S2用来选择模拟盒处于测量还是复原状态，校验仪器时置于复原档。刻度仪器时，随着S3A～S3E的转动，模拟盒会在侧向各电极与测量点之间构成不同的电阻网络，为后续建立量值传递标准提供了参考。

通过对模拟盒工作原理的分析我们可以得出结论：模拟盒正是通过形成不同的电阻网络来对仪器进行校验，要实现校验装置的量值传递，就要实现对校验装置内部电阻网络的量值传递。

1.2 刻度校验装置量值传递方法优选

电法模拟盒涉及数据量较大，模拟盒通过不同电阻组成网络，在不同的档位形成不同的电阻率标准值来校验电法仪器。由于内部电阻集成程度较高，以双侧向电阻率模拟盒为例，共涉及电阻43个，直接测量电阻工作量巨大，要将模拟盒进行拆卸，较为繁琐。经过对电路图分析，认为通过测量不同端口具有代表性的阻值来间接判断该电阻网络中所有电阻是否正常，通过不同端口相互验证，最终可判断所有阻值是否正常。DLSB双侧向模拟盒各端口理论计算值与实际测量值如表1、表2所示。

表1 DLSB双侧向模拟盒各端口理论计算值 Ω

表2 DLSB双侧向模拟盒各端口实际测量值 Ω

1.3 核心数据分析与优化

确立了通过对模拟盒不同档位端口之间的理论值与实测值的对比以实现量值传递的方法，以DLSB双侧向模拟盒为例，需要统计的不同端口不同档位下的电阻多达150个，切换档位时涉及到的电阻多有重复。结合模拟盒电路图我们对需要统计的端口数据进行简化，减少工作量，确定核心数据共39个，确保电阻全覆盖。数据见表3。

表3 DLSB双侧向模拟盒核心数据表

2 建立电法类测井刻度校验装置量值传递系统

2.1 标准器选择与鉴定

电法测井的校准电阻模拟盒是精密电阻组成的电阻网络，使用电阻的计量方法可以达到量传的目的。电阻网络的量传方法主要有：电阻表直接测量法、伏安法、电桥法等。根据JJG166—1993《直流电阻器》检定规程，结合电法测井模拟盒精度和量程要求，本着节约原则选择现有的KEITHLEY169型六位半高精度多用表作为主标准器，并将标准器送检。采取直接测量法进行量值传递。

2.2 测量方法确定

依据JJG166—1993《直流电阻器》检定规程：

环境条件：温度 (20±2) ℃

相对湿度 25%～75%

测量标准：数字多用表，检定证书给出的分辨率为0.1 μV

测量对象：电极系模拟盒，量程为(0～250) Ω

将KEITHLEY多功能数字电表与模拟盒相连，旋转模拟盒档位，数字多用表显示模拟盒相对应的电阻值。重复上述步骤3次，3 次的算术平均值与实际值的差值，即为电阻器的示值误差。

2.3 电法测井模拟盒检定系统的稳定性与重复性考核

按照JJF1033—2008《计量标准考核规范》的要求，对于新建计量标准，每隔一段时间(大于一个月)，用该计量标准对核查标准进行一组n次的重复性测量，取其算术平均值作为该组的测量结果。共观测m组(m≥4)。取m个测量结果中的最大值和最小值之差，作为新建计量标准在该时间段内的稳定性。

在计量标准稳定性的测量过程中还不可避免地会引入被测对象对稳定性测量的影响，为使这一影响尽可能地小，必须选一个稳定的测量对象来作为稳定性测量的核查标准。

在检定装置正常工作条件下，选一块稳定的电极系模拟盒，选择20 Ω的测量点，从2016年7月开始每隔一个月对其进行一组10次的测量(测量点均为20 Ω)，测量结果见表5。

表5 稳定性测量检查

若计量标准在使用中采用标称值或示值(即不加修正值使用)，则测得的稳定性应小于计量标准的最大允许误差的绝对修值；如加修正值使用，则测得的稳定性应小于该修正值的扩展不确定度。

3 刻度校验装置量值传递实际应用

在电法类测井仪器刻度校验装置量值传递方法确定后，在检定装置正常工作条件下，对双侧向模拟盒、微球模拟盒共8台电阻率模拟盒进行了校验，校验均为合格，效果良好。在此仅选取电法类微球测井仪器刻度校验装置进行测试，选择10个测量点，测量结果见表6。

表6 测量结果

仪器名称：微球测井仪模拟盒 型号：98

检定依据：JJG-1993

检定室温：23 ℃ 湿度：45%HR

检定结论：合格

检定单位：华北石油工程公司测井分公司计量室

有效日期自2016年11月15日至2017年11月14日

4 结 论

通过分析研究确立了将电法类刻度校验装置的端口间电阻网络理论值与实际测量值作对比，来实现量值传递的方法，并对传递方法进行了优化。与计量室结合后建立了电法类刻度校验装置量值传递体系，体系建立后通过对双侧向模拟盒、微球模拟盒以及电极系模拟盒进行校验，形成了5份校验报告，经过实际测井验证，测井曲线合格，校验报告已获上级计量部门核准。

[1] 林景星，陈丹英.计量基础知识[M].北京：中国电力出版社, 2010：68-69.

[2] 宣安东.实用测量不确定度评定及案例(上册)[M].北京：中国计量出版社，2007：168-169.

[3] 胡 澍.地球物理测井仪器[M].北京：石油工业出版社，1991：10-11.