RU2488849C1 - Borehole three-component digital accelerometer - Google Patents
Borehole three-component digital accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2488849C1 RU2488849C1 RU2012105376/28A RU2012105376A RU2488849C1 RU 2488849 C1 RU2488849 C1 RU 2488849C1 RU 2012105376/28 A RU2012105376/28 A RU 2012105376/28A RU 2012105376 A RU2012105376 A RU 2012105376A RU 2488849 C1 RU2488849 C1 RU 2488849C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- accelerometer
- component
- tiltmeter
- magnetometer
- electronics unit
- Prior art date
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений величины сейсмических колебаний горных пород на разной глубине с определением угловой ориентации скважинного трехкомпонентного цифрового акселерометра для повышения точностных характеристик получаемой информации и выявления направления на источник возбуждения сейсмических волн.The invention relates to measuring technique and can be used to measure the magnitude of seismic vibrations of rocks at different depths with the determination of the angular orientation of a borehole three-component digital accelerometer to improve the accuracy of the information received and identify the direction to the source of excitation of seismic waves.
Известно устройство для азимутальной ориентации трехкомпонентного сейсмометра, включающее произвольно ориентированный и опорный ориентированный сейсмометры, при этом эти сейсмометры лежат в разных плоскостях (RU, патент №2022302, G01V 1/16, 1990).A device is known for azimuthal orientation of a three-component seismometer, including an arbitrarily oriented and reference oriented seismometers, while these seismometers lie in different planes (RU, patent No. 2022302, G01V 1/16, 1990).
Недостатком данного устройства является низкая точность и достоверность измерения.The disadvantage of this device is the low accuracy and reliability of the measurement.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для азимутальной ориентации, включающее блок сбора данных с источником питания, блок электроники, состоящий из аналого-цифрового преобразователя, соединенного с микропроцессором, и трехкомпонентный акселерометрический датчик, соединенный с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), датчик горизонтальный, установленный на поворотном столе с круговой отсчетной шкалой и редуктором, выход которого соединен с одним из входов АЦП, а другой вход АЦП соединен с горизонтальной компонентой трехкомпонентного акселерометрического датчика, установленного в скважине, а также плату управления шаговым двигателем, коммутатор и шаговый двигатель, выходной вал которого соединен с входом редуктора, блок формирования импульсов, вход которого соединен с выходом сейсмометра, и реверсивный счетчик шагов, вход которого соединен с выходом блока формирования импульсов (RU, патент №2233459, G01V 1/16, 1/40, 2004).The closest in technical essence to the present invention is a device for azimuthal orientation, including a data acquisition unit with a power source, an electronics unit consisting of an analog-to-digital converter connected to a microprocessor, and a three-component accelerometer sensor connected to an analog-to-digital converter (ADC) , a horizontal sensor mounted on a turntable with a circular reading scale and a gearbox, the output of which is connected to one of the ADC inputs, and the other ADC input is connected inen with a horizontal component of a three-component accelerometer sensor installed in the well, as well as a stepper motor control board, a switch and a stepper motor, the output shaft of which is connected to the input of the gearbox, a pulse forming unit, the input of which is connected to the output of the seismometer, and a reversible step counter, the input of which connected to the output of the pulse forming unit (RU, patent No. 2233459, G01V 1/16, 1/40, 2004).
Недостаткпми данного устройства являются низкая точность и достоверность измерения из-за высоких требований к идентичности характеристик горизонтального сейсмометра, установленного на поверхности, и горизонтальной компоненты трехкомпонентного сейсмометра, установленного в скважине, и значительных ошибках, которые могут возникнуть при повороте поворотного стола на угол, при котором разность показаний сейсмометров близка к 0, а также из-за не учета наклонов скважины от местной гравитационной вертикали, которые не измеряются.The disadvantages of this device are the low accuracy and reliability of the measurement due to the high requirements for the identity of the characteristics of a horizontal seismometer installed on the surface and the horizontal component of a three-component seismometer installed in the well, and significant errors that may occur when the rotary table is rotated by an angle at which the difference in the readings of the seismometers is close to 0, and also due to the neglect of the inclination of the well from the local gravity vertical, which are not measured.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности измерений сейсмических колебаний в скважине.The present invention solves the problem of increasing the efficiency of measurements of seismic vibrations in the well.
Техническим результатом является повышение точности и достоверности измерения сейсмических колебаний.The technical result is to increase the accuracy and reliability of the measurement of seismic vibrations.
Технический результат в скважинном трехкомпонентном цифровом акселерометре, включающем блок сбора данных с основным источником питания, блок электроники, состоящий из аналого-цифрового преобразователя, соединенного с микропроцессором, и трехкомпонентный акселерометрический датчик, соединенный с аналого-цифровым преобразователем, достигается тем, что он снабжен наклономером, трехкоординатным магнитометром и установленным в блоке электроники вторичным источником питания, при этом наклономер и трехкоординатный магнитометр соединены с микропроцессором, причем трехкомпонентный акселерометрический датчик, наклономер, трехкоординатный магнитометр и блок электроники соединены с вторичным источником питания и установлены в водонепроницаемом корпусе, выполненном из нержавеющей стали.The technical result in a borehole three-component digital accelerometer, including a data acquisition unit with a main power source, an electronics unit consisting of an analog-to-digital converter connected to a microprocessor, and a three-component accelerometer sensor connected to an analog-to-digital converter, is achieved by the fact that it is equipped with a tiltmeter , a three-coordinate magnetometer and a secondary power source installed in the electronics unit, while the tiltmeter and three-coordinate magnetometer are connected s with a microprocessor, and a three-component accelerometer sensor, tiltmeter, three-axis magnetometer and an electronics unit are connected to a secondary power source and are installed in a waterproof housing made of stainless steel.
Введение в устройство наклономера необходимо для определения наклона акселерометра в скважине, а магнитометра - для определения ориентации акселерометра по сторонам света, что позволяет определять полное угловое положение скважинного трехкомпонентного цифрового акселерометра относительно вектора магнитного поля Земли в данном месте и местной гравитационной вертикали с дальнейшим пересчетом в географические координаты. Соединение наклономера и трехкоординатного магнитометра с микропроцессором необходимо для вычисления по получаемым от них данных по заданной программе величин углового положения трехкомпонентного акселерометра.The introduction of the tiltmeter into the device is necessary to determine the inclination of the accelerometer in the well, and the magnetometer to determine the orientation of the accelerometer to the cardinal points, which allows you to determine the full angular position of the borehole three-component digital accelerometer relative to the Earth’s magnetic field vector in this place and the local gravitational vertical with further conversion into geographical coordinates. The connection of the tiltmeter and the three-coordinate magnetometer with the microprocessor is necessary for calculating from the data received from them according to a given program the values of the angular position of the three-component accelerometer.
Установка трехкомпонентного акселерометрического датчика, наклономера, трехкоординатного магнитометра, блока электроники и вторичного источника питания в водонепроницаемом корпусе, выполненном из нержавеющей стали, дает возможность устанавливать акселерометр и в обводненных скважинах с агрессивными средами на глубине до 100 метров.The installation of a three-component accelerometer sensor, inclinometer, three-coordinate magnetometer, electronic unit and secondary power source in a waterproof housing made of stainless steel makes it possible to install the accelerometer in waterlogged wells with aggressive media to a depth of 100 meters.
Приведение величин измеряемых по каждой из осей чувствительности скважинного трехкомпонентного цифрового акселерометра ускорений к географическим координатам с необходимой точностью (малой погрешностью) позволяет повысить точность получаемых данных о переменных ускорениях вмещающих грунтов по географическим координатам и, тем самым, достоверность измерений.Bringing the measured values for each of the sensitivity axes of the borehole three-component digital accelerometer to the geographic coordinates with the necessary accuracy (low error) allows us to increase the accuracy of the data obtained on the variable accelerations of the surrounding soils by geographic coordinates and, thus, the reliability of the measurements.
Скважинный трехкомпонентный цифровой акселерометр поясняется чертежом, где на фигуре представлена общая схема устройства.A downhole three-component digital accelerometer is illustrated in the drawing, where the figure shows a general diagram of the device.
Скважинный трехкомпонентный цифровой акселерометр состоит из герметичного водонепроницаемого корпуса 1, выполненного из нержавеющей стали, в котором размещены трехкомпонентный акселерометрический датчик 2, наклономер 3, трехкоординатный магнитометр 4, блок электроники 5. Блок электроники 5 включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, соединенный с микропроцессором 7, и вторичный источник питания 8, который обеспечивает необходимыми величинами напряжения питания все вышеуказанные устройства. Блок сбора данных 9 выполнен с основным источником питания 10. Выход трехкомпонентного акселерометрического датчика 2 соединен с входом АЦП 6. Выходы наклономера 3, трехкоординатного магнитометра 4 и АЦП 6 соединены с входом микропроцессора 7, а с его выхода сигнал поступает на блок сбора данных 9 по кабелю 11. Акселерометр опущен на тросе 12 в скважину 13. С помощью трехкоординатного магнитометра 4 измеряются все три компоненты магнитного поля Земли в системе координат, связанной с прибором. Учет данных с наклономера 3, который измеряет проекции ускорения свободного падения на оси чувствительности прибора, позволяет с помощью программы, зашитой в микропроцессоре 7, перейти к определению ориентации прибора в географических координатах Земли. С помощью скважинного трехкомпонентного цифрового акселерометра ведутся непрерывные измерения уровня сейсмического фона, тогда как его угловое положение определяется с периодичностью Т (задается программно), что позволяет вести наблюдения за деформационно-оползневыми процессами в районе скважины и учитывать их в ходе непрерывных сейсмических наблюдений.A downhole three-component digital accelerometer consists of a sealed waterproof housing 1 made of stainless steel, in which a three-component accelerometer sensor 2, an inclinometer 3, a three-coordinate magnetometer 4, an electronics unit 5 are placed. The electronic unit 5 includes an analog-to-digital converter (ADC) 6 connected to microprocessor 7, and a secondary power source 8, which provides the necessary values of the supply voltage all of the above devices. The data acquisition unit 9 is made with the main power source 10. The output of the three-component accelerometer sensor 2 is connected to the input of the ADC 6. The outputs of the tiltmeter 3, the three-coordinate magnetometer 4 and the ADC 6 are connected to the input of the microprocessor 7, and the signal from the output goes to the data acquisition unit 9 through cable 11. The accelerometer is lowered on the cable 12 into the well 13. Using a three-coordinate magnetometer 4, all three components of the Earth’s magnetic field are measured in the coordinate system associated with the device. Accounting for data from the inclinometer 3, which measures the projections of gravitational acceleration on the sensitivity axis of the device, allows using the program wired in microprocessor 7 to go on to determine the orientation of the device in the geographical coordinates of the Earth. A three-component digital accelerometer is used to continuously measure the level of the seismic background, while its angular position is determined with a frequency T (programmed), which makes it possible to monitor deformation-landslide processes in the borehole region and take them into account during continuous seismic observations.
Скважинный трехкомпонентный цифровой акселерометр работает следующим образом.Downhole three-component digital accelerometer works as follows.
Перед спуском акселерометра в скважину в память заносятся данные о величинах компонент магнитного поля Земли Нх, Ну, Hz, измеренные с помощью магнитометра 4. При этом акселерометр выставлен по вертикали и ориентирован так, что его горизонтальные оси чувствительности совпадают с направлениями на географический север и восток соответственно. После спуска акселерометра в скважину и окончательной его установки в ней на длительные измерения, подаются напряжения питания на магнитометр 4 и наклономер 3. В течение 10 мин с последующим усреднением данных проводятся измерения компонент магнитного поля Земли в координатах акселерометра, а также величин проекций ускорения свободного падения Gx, Gy, Gz на оси чувствительности акселерометра. Оси чувствительности магнитометра 4, наклономера 3 и трехкомпонентного акселерометрического датчика 2 в акселерометре совмещены. По измеренным компонентам магнитного поля Земли и ускорения свободного падения с учетом занесенных перед спуском в память данных вычисляются и запоминаются компоненты углового положения прибора в скважине относительно географических координат. После этого магнитометр 4 и наклономер 3 выключаются, и напряжение питания подается на трехкомпонентный акселерометрический датчик. Частота опроса данного датчика 2 не менее 40 Гц, данные о сейсмических колебаниях акселерометра по трем осям чувствительности, пересчитанные с помощью занесенных в память компонент углового положения акселерометра на оси, совпадающие с географическими координатами, передаются в цифровом виде в блок сбора данных 9.Before the accelerometer is lowered into the well, the data on the magnitude of the Earth’s magnetic field components Н х , Н у , H z , measured using magnetometer 4, are stored in memory. The accelerometer is vertically aligned and oriented so that its horizontal sensitivity axes coincide with the geographical directions north and east respectively. After the accelerometer is lowered into the well and finally installed in it for long-term measurements, the supply voltage is applied to the magnetometer 4 and inclinometer 3. For 10 minutes, followed by averaging of the data, the Earth’s magnetic field components are measured in the coordinates of the accelerometer, as well as the values of the projections of gravitational acceleration G x , G y , G z on the sensitivity axis of the accelerometer. The sensitivity axis of the magnetometer 4, inclinometer 3 and the three-component accelerometer sensor 2 in the accelerometer are combined. Based on the measured components of the Earth’s magnetic field and gravity acceleration, taking into account the data recorded before descent, the components of the angular position of the device in the well relative to geographical coordinates are calculated and stored. After that, the magnetometer 4 and the inclinometer 3 are turned off, and the supply voltage is supplied to the three-component accelerometer sensor. The polling frequency of this sensor 2 is at least 40 Hz, data on the seismic vibrations of the accelerometer along three sensitivity axes, recalculated using the stored angular components of the accelerometer on the axis, which coincide with geographical coordinates, are transmitted digitally to the data acquisition unit 9.
Предлагаемый скважинный трехкомпонентный цифровой акселерометр позволяет повысить точность и достоверность измерений уровня и величины сейсмических колебаний в месте установки акселерометра за счет определения угловой ориентации скважинного трехкомпонентного цифрового акселерометра по азимуту и по отклонению оси акселерометра относительно местной гравитационной вертикали, а возможность повторных измерений углового положения акселерометра позволяет использовать его в системах мониторинга сейсмической опасности в течение долгого времени. Кроме того, небольшие габариты акселерометра позволяют проводить измерения в скважинах малых диаметров, а его герметичность и использование для изготовления корпуса нержавеющей стали делает акселерометр экологически безопасным и дает возможность использовать его в скважинах, заполненных агрессивными жидкостями. Скважинный трехкомпонентный цифровой акселерометр позволяет не только автоматически определить его угловое положение, но и учитывать возможное изменение углового положения во времени.The proposed borehole three-component digital accelerometer improves the accuracy and reliability of measuring the level and magnitude of seismic vibrations at the installation site of the accelerometer by determining the angular orientation of the borehole three-component digital accelerometer in azimuth and the deviation of the axis of the accelerometer relative to the local gravitational vertical, and the possibility of repeated measurements of the angular position of the accelerometer allows its in seismic hazard monitoring systems over a duty wow time. In addition, the small dimensions of the accelerometer allow measurements in wells of small diameters, and its tightness and use for the manufacture of stainless steel housing makes the accelerometer environmentally friendly and makes it possible to use it in wells filled with aggressive fluids. The borehole three-component digital accelerometer allows not only to automatically determine its angular position, but also to take into account a possible change in the angular position in time.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012105376/28A RU2488849C1 (en) | 2012-02-15 | 2012-02-15 | Borehole three-component digital accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012105376/28A RU2488849C1 (en) | 2012-02-15 | 2012-02-15 | Borehole three-component digital accelerometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2488849C1 true RU2488849C1 (en) | 2013-07-27 |
Family
ID=49155742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012105376/28A RU2488849C1 (en) | 2012-02-15 | 2012-02-15 | Borehole three-component digital accelerometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2488849C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2563314C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-09-20 | Анатолий Петрович Ванаев | Method to measure height of sea waves from board of moving vessel |
| RU2687297C1 (en) * | 2017-12-27 | 2019-05-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Low-frequency two-component bottom seismic cable |
| RU195158U1 (en) * | 2019-06-13 | 2020-01-16 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Three-component borehole seismometer |
| RU2717166C1 (en) * | 2019-06-13 | 2020-03-18 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Three-component downhole seismic sensor |
| RU2719625C1 (en) * | 2019-06-13 | 2020-04-21 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Three-component downhole seismic sensor |
| RU2738734C1 (en) * | 2020-03-12 | 2020-12-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им.Н.Л.Духова» (ФГУП «ВНИИА») | Three-component downhole seismic sensor |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2233459C2 (en) * | 2002-11-01 | 2004-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" | Device for determining azimuthal orientation of seismometer |
| RU2376607C1 (en) * | 2008-09-12 | 2009-12-20 | Учреждение Российской академии наук Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН) | Three-axis accelerometre |
| RU2390030C2 (en) * | 2005-04-14 | 2010-05-20 | Дженерал Электрик Компани | Triaxial accelerometre with variable axial sensitivity |
-
2012
- 2012-02-15 RU RU2012105376/28A patent/RU2488849C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2233459C2 (en) * | 2002-11-01 | 2004-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" | Device for determining azimuthal orientation of seismometer |
| RU2390030C2 (en) * | 2005-04-14 | 2010-05-20 | Дженерал Электрик Компани | Triaxial accelerometre with variable axial sensitivity |
| RU2376607C1 (en) * | 2008-09-12 | 2009-12-20 | Учреждение Российской академии наук Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН) | Three-axis accelerometre |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2563314C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-09-20 | Анатолий Петрович Ванаев | Method to measure height of sea waves from board of moving vessel |
| RU2687297C1 (en) * | 2017-12-27 | 2019-05-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Low-frequency two-component bottom seismic cable |
| RU195158U1 (en) * | 2019-06-13 | 2020-01-16 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Three-component borehole seismometer |
| RU2717166C1 (en) * | 2019-06-13 | 2020-03-18 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Three-component downhole seismic sensor |
| RU2719625C1 (en) * | 2019-06-13 | 2020-04-21 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Three-component downhole seismic sensor |
| RU2738734C1 (en) * | 2020-03-12 | 2020-12-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им.Н.Л.Духова» (ФГУП «ВНИИА») | Three-component downhole seismic sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2488849C1 (en) | Borehole three-component digital accelerometer | |
| CN105676308B (en) | A kind of underground water in single well seepage velocity flow directional detection method and measuring instrument | |
| US8489333B2 (en) | Device orientation determination | |
| RU2566537C2 (en) | Well magnetic measurements during rotation and methods of their use | |
| RU2431868C1 (en) | Method for seismic exploration when searching for hydrocarbons and seismic system for realising said method | |
| CN101852078B (en) | Electromagnetic distance measurement guide system for double solenoid set during drilling | |
| US20180038984A1 (en) | Rotating Magnetic Field Range Finder and its Measurement Method for Relative Separation Between Drilling Wells | |
| CN208845167U (en) | A kind of inclinometer reconnoitred for creep deformation stage sliding surface | |
| CN105509628B (en) | A kind of magnetic survey positioner and the method that landslide depth displacement monitoring is carried out using the device | |
| CN106640046B (en) | Rotary tool face angle testing device | |
| CN102322896A (en) | Omnibearing measurement device and method for tunnel TSP (Total Suspended Particulate) geometric parameter | |
| CN103674065B (en) | Sliding-type clinometer detection device | |
| CN109537650A (en) | Side slope wide-range finder and side slope deformation real-time monitoring method | |
| CN104406566B (en) | Intelligent comprehensive geologic survey instrument for mine and measuring method of intelligent comprehensive geologic survey instrument | |
| CN103562752B (en) | The measurement of stratum maximum depth of exploration | |
| Wyatt et al. | A comparison of tiltmeters at tidal frequencies | |
| CN109870733B (en) | Land exploration data measuring device and exploration data processing method | |
| CN202216642U (en) | Tunnel technical specification (TSP) geometric parameter all-around measuring device | |
| RU111890U1 (en) | INCLINOMETER | |
| CA2484104C (en) | Method and apparatus for mapping the trajectory in the subsurface of a borehole | |
| RU2433262C1 (en) | Method of gps-based (versions) azimuth well directivity control and checking inclination apparatus for implementation of method of gps-based azimuth well directivity control | |
| CN108533250B (en) | Low-side measuring device and method for well deviation measurement | |
| SE508746C2 (en) | Method for electromagnetic probing of boreholes, as well as a transmitter and receiver device for the realization of the method | |
| RU2468395C1 (en) | Underwater observatory | |
| RU2507392C1 (en) | Method for zenith angle and drift direction determination and gyroscopic inclinometer |