RU2550773C1 - Method and system of ground penetrating radar logging - Google Patents

Method and system of ground penetrating radar logging Download PDF

Info

Publication number
RU2550773C1
RU2550773C1 RU2014106905/28A RU2014106905A RU2550773C1 RU 2550773 C1 RU2550773 C1 RU 2550773C1 RU 2014106905/28 A RU2014106905/28 A RU 2014106905/28A RU 2014106905 A RU2014106905 A RU 2014106905A RU 2550773 C1 RU2550773 C1 RU 2550773C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
receiving
dielectric housing
transmitting
antenna
antennas
Prior art date
Application number
RU2014106905/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Оксана Александровна Гулевич
Владимир Викторович Варенков
Людмила Борисовна Волкомирская
Геннадий Александрович Ляхов
Александр Евгеньевич Резников
Евгений Антонович Руденчик
Владимир Иванович Сахтеров
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Таймер"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Таймер" filed Critical Закрытое акционерное общество "Таймер"
Priority to RU2014106905/28A priority Critical patent/RU2550773C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2550773C1 publication Critical patent/RU2550773C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: mining.SUBSTANCE: ultrawideband video pulses are formed with the duration of 10-10s. The video pulses are emitted by the transmitting antenna (2) arranged in the dielectric housing in different azimuthal directions in the plane perpendicular to the borehole axis. The video pulses are recorded by the receiving antenna unit (3) arranged in the dielectric housing. The full-wave form of the registered signal is recorded, provided in the form of two-dimensional frame of "amplitude- time of delay" using which the azimuthal anisotropy of the medium is estimated. The received information is processed in real time. The result of processing is visualised in the 4D representation. The system for implementing the method comprises the transmitting and the receiving units. At that the transmitting unit comprises a device (not shown in the drawing) providing the formation of ultrawideband video pulses with the duration of 10-10s, a transmitter (1), one or more transmitting antennas (2) arranged in the dielectric housing. The receiving unit comprises one or more receiving antennas (3) with the matching devices (4) arranged in the dielectric housing, a switch (5), a receiver (6), a unit (7) of control and connection with a personal computer, an antenna (8) of synchronisation, and an optic-fibre line (9) of synchronisation. The receiving antennas (3) are arranged in the dielectric housing in such a configuration which provides forming the directive diagram of the unit of the receiving antennas in two modes: radiosounding and continuous electromagnetic transmission probing.EFFECT: increase in informativeness of logging by increasing the dynamic range of signals, enhanced functional capabilities - the possibility of implementing both radiosounding and continuous electromagnetic transmission probing, and at a considerable distance from the axis of the borehole.2 cl, 3 dwg

Description

Заявленная группа изобретений относится к области скважинной геофизики и может быть использована для обнаружения и исследования породного состава, механических и физических свойств подповерхностных структур.The claimed group of inventions relates to the field of downhole geophysics and can be used to detect and study the rock composition, mechanical and physical properties of subsurface structures.

Известны способы электромагнитного зондирования околоскважинного пространства устройствами, размещенными в скважинах (например, RU 71780 U1, опубл. 20.03.2008). Однако динамический диапазон таких приборов, реализованных по схеме стробоскопического преобразования отраженного сигнала в тракте приема, составляет не более 100 дБ, что позволяет применять их для оценки характеристик пород по измерениям параметров диэлектрической проницаемости только в точке измерения либо на небольших, порядка метра, расстояниях от ствола скважины для значений параметров диэлектрической проницаемости, характерных для реальных сред.Known methods of electromagnetic sounding of the near-wellbore space with devices located in wells (for example, RU 71780 U1, publ. 20.03.2008). However, the dynamic range of such devices, implemented according to the scheme of stroboscopic conversion of the reflected signal in the receiving path, is not more than 100 dB, which allows them to be used to evaluate rock characteristics by measuring the dielectric constant only at the measurement point or at small, about a meter, distances from the barrel wells for permittivity values characteristic of real media.

Наиболее близким аналогом заявленной группы изобретений является группа изобретений, в которой раскрыты способ и устройство радиолокационного зондирования подстилающей поверхности (RU 2490672 C1, опубл. 20.08.2013). Способ радиолокационного зондирования подстилающей поверхности заключается в формировании зондирующих импульсов с помощью газового разрядника или твердотельного генератора, излучении импульсов передающей антенной, регистрации отраженных волн приемной антенной с последующей их обработкой. Устройство для реализации этого способа включает формирователь зондирующих импульсов на газовом разряднике или твердотельный генератор, передающий блок, включающий передающую антенну, приемный блок, включающий приемную антенну, блок управления и связи с персональным компьютером.The closest analogue of the claimed group of inventions is a group of inventions in which a method and device for radar sensing of the underlying surface are disclosed (RU 2490672 C1, publ. 08.20.2013). The method of radar sounding of the underlying surface consists in the formation of sounding pulses using a gas discharger or a solid-state generator, emission of pulses from a transmitting antenna, registration of reflected waves by a receiving antenna with their subsequent processing. A device for implementing this method includes a probe pulse generator on a gas spark gap or a solid-state generator, a transmitting unit including a transmitting antenna, a receiving unit including a receiving antenna, a control and communication unit with a personal computer.

Однако данные изобретения не предназначены для функционирования в режиме радиопросвечивания. Кроме того, известное устройство невозможно эксплуатировать в скважине, поскольку его схема, предназначенная для проведения зондирования с земной поверхности и в шахтах, не позволяет производить адекватную интерпретацию получаемых данных из-за невозможности определять ориентацию прибора в локальной системе координат, привязанной к окружающей среде, и осуществлять дистанционное управление работой прибора.However, these inventions are not intended to operate in a radio transillumination mode. In addition, the known device cannot be operated in the well, since its circuit designed for sounding from the earth's surface and in the mines does not allow an adequate interpretation of the data obtained due to the inability to determine the orientation of the device in a local coordinate system attached to the environment, and carry out remote control of the device.

Задача, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, заключается в проведении георадиолокационного каротажа в режимах радиозондирования и радиопросвечивания (радиотомографии) на значительном удалении (от десятков до нескольких сотен метров) от оси скважины.The problem to which the claimed group of inventions is directed is to perform georadar logging in the modes of radio sounding and radio transmission (radiotomography) at a considerable distance (from tens to several hundred meters) from the axis of the well.

Технический результат, который может быть при этом получен, заключается в повышении информативности каротажа за счет увеличения динамического диапазона сигналов, а также в расширении функциональных возможностей - то есть в возможности осуществления как радиозондирования, так и радиопросвечивания (радиотомографии), причем на значительном удалении от оси скважины.The technical result that can be obtained in this case is to increase the information content of logging by increasing the dynamic range of the signals, as well as expanding the functionality — that is, the possibility of performing both radio sounding and radio transmission (radio tomography), and at a considerable distance from the axis wells.

Указанный технический результат достигается за счет того, что осуществляют формирование сверхширокополосных видеоимпульсов длительностью 10-11-10-8 с, затем излучают видеоимпульсы передающей антенной, размещенной в диэлектрическом корпусе, в разных азимутальных направлениях в плоскости, перпендикулярной оси скважины, регистрируют видеоимпульсы блоком приемных антенн, размещенных в диэлектрическом корпусе, причем приемные антенны размещены в диэлектрическом корпусе в такой конфигурации, которая обеспечивает формирование диаграммы направленности блока приемных антенн в одном из режимов: радиозондирования и радиопросвечивания, записывают полноволновую форму зарегистрированного сигнала, представленную в виде двумерного кадра «амплитуда - время задержки», по которой оценивают азимутальную анизотропию среды, обрабатывают полученную информацию в реальном масштабе времени и визуализируют результат обработки в 4D представлении. Система для реализации данного способа содержит передающий и приемный блоки, при этом передающий блок содержит устройство, обеспечивающее формирование сверхширокополосных видеоимпульсов длительностью 10-11-10-8 с, передатчик, одну или несколько передающих антенн, размещенных в диэлектрическом корпусе, приемный блок включает одну или несколько приемных антенн, размещенных в диэлектрическом корпусе, одно или несколько устройств согласования приемных антенн, коммутатор приемных антенн, приемник, блок управления и связи с персональным компьютером, антенну синхронизации и оптиковолоконную линию синхронизации, причем выходы устройств согласования приемных антенн соединены со входами приемника, а входы - с выходами коммутатора приемных антенн, первый вход которого соединен с выходами антенны синхронизации и оптиковолоконной линии синхронизации, вход-выход приемника соединен со входом-выходом блока управления и связи с ПК, один из выходов которого соединен со вторым входом коммутатора приемных антенн, а другой - со входом передатчика.The specified technical result is achieved due to the fact that the formation of ultra-wideband video pulses lasting 10 -11 -10 -8 s, then emitting video pulses of a transmitting antenna located in a dielectric casing in different azimuthal directions in a plane perpendicular to the axis of the well, recording video pulses by a block of receiving antennas placed in a dielectric housing, and the receiving antennas are placed in the dielectric housing in such a configuration that provides the formation of a diagram n the array of receiving antennas in one of the modes: radio sounding and radio illumination, record the full-waveform of the registered signal, presented in the form of a two-dimensional frame “amplitude - delay time”, by which the azimuthal anisotropy of the medium is estimated, the received information is processed in real time and visualized the processing result in 4D representation. The system for implementing this method comprises transmitting and receiving units, while the transmitting unit comprises a device for generating ultra-wideband video pulses of 10 -11 -10 -8 s duration, a transmitter, one or more transmitting antennas located in a dielectric housing, the receiving unit includes one or several receiving antennas located in a dielectric housing, one or more devices for matching receiving antennas, a switch for receiving antennas, a receiver, a control unit and communication with a personal com a synchronization antenna and an optical fiber synchronization line, the outputs of the receiving antenna matching devices connected to the inputs of the receiver, and the inputs to the outputs of the receiving antenna switch, the first input of which is connected to the outputs of the synchronization antenna and optical fiber synchronization line, the input-output of the receiver connected to the input the output of the control unit and the connection with the PC, one of the outputs of which is connected to the second input of the switch of the receiving antennas, and the other to the input of the transmitter.

Заявленные изобретения базируются на технологии наземного георадара «Грот-12», который обеспечивает по результатам опытов зондирование на глубину до нескольких сотен метров и разрешающая способность которого составляет от 1 см до 10 м в зависимости от глубины.The claimed inventions are based on the Grot-12 ground-based georadar technology, which, according to the results of experiments, provides sounding to a depth of several hundred meters and whose resolution is from 1 cm to 10 m depending on depth.

На фиг.1 показана схема системы электромагнитного каротажа.Figure 1 shows a diagram of an electromagnetic logging system.

На фиг.2 показана схема работы системы в режимах радиозондирования - 3 и радиопросвечивания (радиотомографии) - Т.In Fig.2 shows a diagram of the system in the modes of sounding - 3 and radio transmission (radio tomography) - T.

На фиг.3 показаны возможные схемы размещения передающих - ПА и приемных - ПрА антенн.Figure 3 shows the possible placement of transmitting - PA and receiving - PrA antennas.

Система для георадиолокационного каротажа включает приемный и передающий блоки, которые могут быть расположены как в одной скважине (режим радиозондирования), так и в разных скважинах (режим радиопросвечивания). Приемный и передающий блоки управляются при помощи компьютера, который может быть размещен как в непосредственной близости от указанных блоков, так и на земной поверхности. Передающий блок включает устройство (не показано на чертеже), обеспечивающее формирование сверхширокополосных видеоимпульсов длительностью 10-11-10-8 с (газовый разрядник или твердотельный генератор), передатчик (1), одну или несколько передающих антенн (2), размещенных в диэлектрическом корпусе. Приемный блок включает одну или несколько приемных антенн (3), размещенных в диэлектрическом корпусе, одно или несколько устройств согласования (4) приемных антенн, коммутатор (5) приемной антенны, приемник (6), блок (7) управления и связи с персональным компьютером, антенну синхронизации (8) и оптиковолоконную линию синхронизации (9).The system for georadar logging includes receiving and transmitting units, which can be located both in one well (radio sounding mode) and in different wells (radio illumination mode). The receiving and transmitting blocks are controlled by a computer, which can be placed both in the immediate vicinity of these blocks and on the earth's surface. The transmitting unit includes a device (not shown in the drawing) that provides the formation of ultra-wideband video pulses lasting 10 -11 -10 -8 s (gas discharge or solid-state generator), a transmitter (1), one or more transmitting antennas (2) located in a dielectric housing . The receiving unit includes one or more receiving antennas (3) located in the dielectric housing, one or more matching devices (4) of the receiving antennas, a switch (5) of the receiving antenna, a receiver (6), a control and communication unit (7) with a personal computer , a synchronization antenna (8) and an optical fiber synchronization line (9).

Приемные антенны (3) размещают в диэлектрическом корпусе в такой конфигурации, которая обеспечивает формирование диаграммы направленности блока приемных антенн в двух режимах: радиозондирования и радиопросвечивания (фиг.2). Блок (7) управления и связи с ПК выставляет необходимые параметры приемника (6) и через коммутатор (5) подсоединяет одну из нескольких приемных антенн (3), затем выдает команду для передатчика (1) на излучение. По сигналу от блока (7) управления и связи с ПК передатчик (1) выдает на передающую антенну (2) высоковольтный сигнал в виде зондирующего сверхширокополосного видеоимпульса. Видеоимпульс через среду распространения попадает на антенну (8) синхронизации и (или) оптиковолоконную линию синхронизации (9), затем через коммутатор (5) попадает на приемные антенны (3) и далее на приемник (6), запуская цикл записи принимаемой информации от приемных антенн (3).Receiving antennas (3) are placed in a dielectric housing in such a configuration that ensures the formation of a radiation pattern of a block of receiving antennas in two modes: radio sensing and radio illumination (figure 2). The control unit and communication with the PC sets the necessary parameters of the receiver (6) and connects one of several receiving antennas (3) through the switch (5), then issues a command to the transmitter (1) for radiation. According to the signal from the control and communication unit (7) with the PC, the transmitter (1) issues a high-voltage signal to the transmitting antenna (2) in the form of a probe ultra-wideband video pulse. The video pulse through the propagation medium enters the synchronization antenna (8) and (or) fiber-optic synchronization line (9), then through the switch (5) it arrives at the receiving antennas (3) and then to the receiver (6), starting a recording cycle of the received information from the receivers antennas (3).

В режиме радиопросвечивания, когда приемный и передающий блоки размещены в разных скважинах, синхронизирующий импульс от передатчика к приемнику передается по оптиковолоконному кабелю скважины, потом по воздушной радиолинии до скважины, где находится приемник, а затем с поверхности скважины до приемника снова по кабелю.In the radio illumination mode, when the receiving and transmitting units are located in different wells, the synchronizing pulse from the transmitter to the receiver is transmitted through the fiber optic cable of the well, then through the air radio link to the well where the receiver is located, and then from the well surface to the receiver again through the cable.

В качестве объекта исследования используется полная волновая форма отраженного сверхширокополосного видеоимпульса, которая несет всю информацию о распределении диэлектрической проницаемости среды около скважинного пространства. Полная волновая форма представляет собой двумерный кадр «амплитуда - время задержки». Составной кадр из последовательного множества полных волновых форм является трехмерным; для измерения при движении вдоль оси скважины его координаты - это «азимутальное направление - время задержки - длина профиля» (с цветовой кодировкой амплитуды), а для измерения в точке при фиксации изменения параметров окружающей среды в условиях искусственного воздействия на нее - «азимутальное направление - время задержки - время регистрации» (с цветовой кодировкой амплитуды).As the object of study, the full waveform of the reflected ultra-wideband video pulse is used, which carries all the information about the distribution of the dielectric constant of the medium around the borehole space. The full waveform is a two-dimensional frame “amplitude - delay time”. A composite frame of a consecutive set of full waveforms is three-dimensional; for measurement when moving along the axis of the well, its coordinates are “azimuthal direction - delay time - profile length” (with color coding of amplitude), and for measurement at a point when fixing changes in environmental parameters under conditions of artificial impact on it - “azimuthal direction - delay time - registration time ”(color-coded amplitude).

Заявленные изобретения позволят решать такие задачи, как выделение, корреляция и оконтуривание залежей нефти, оценка характера насыщения пластов различными углеводородами (нефть, газ, газогидраты), твердыми полезными ископаемыми и флюидами, в том числе с низкой пористостью и трещинно-кавернозного типа.The claimed inventions will make it possible to solve such problems as the isolation, correlation and contouring of oil deposits, assessment of the nature of formation saturation with various hydrocarbons (oil, gas, gas hydrates), solid minerals and fluids, including those with low porosity and fractured cavernous type.

Claims (2)

1. Способ георадиолокационного каротажа, заключающийся в формировании сверхширокополосных видеоимпульсов длительностью 10-11-10-8 с, излучении видеоимпульсов передающей антенной, размещенной в диэлектрическом корпусе, в разных азимутальных направлениях в плоскости, перпендикулярной оси скважины, регистрации видеоимпульсов блоком приемных антенн, размещенных в диэлектрическом корпусе, причем приемные антенны размещены в диэлектрическом корпусе в такой конфигурации, которая обеспечивает формирование диаграммы направленности блока приемных антенн в двух режимах: радиозондирования и радиопросвечивания, записи полноволновой формы зарегистрированного сигнала, представленной в виде двумерного кадра «амплитуда - время задержки», по которой оценивают азимутальную анизотропию среды, обработке полученной информации в реальном масштабе времени и визуализации результата обработки в 4D представлении.1. The method of georadar logging, which consists in the formation of ultra-wideband video pulses lasting 10 -11 -10 -8 s, emitting video pulses from a transmitting antenna located in a dielectric housing in different azimuthal directions in a plane perpendicular to the axis of the well, recording video pulses by a block of receiving antennas located in dielectric housing, and receiving antennas are placed in the dielectric housing in such a configuration that provides the formation of the radiation pattern of the block pr receiver antennas in two modes: radio sounding and radio illumination, recording the full-waveform of the registered signal, presented in the form of a two-dimensional frame “amplitude - delay time”, by which the azimuthal anisotropy of the medium is estimated, processing the received information in real time and visualizing the processing result in 4D representation. 2. Система для реализации способа по п.1, содержащая передающий и приемный блоки, при этом передающий блок включает устройство, обеспечивающее формирование сверхширокополосных видеоимпульсов длительностью 10-11-10-8 с, передатчик, одну или несколько передающих антенн, размещенных в диэлектрическом корпусе, приемный блок включает одну или несколько приемных антенн с устройствами согласования, размещенных в диэлектрическом корпусе, одно или несколько устройств согласования приемных антенн, коммутатор приемных антенн, приемник, блок управления и связи с персональным компьютером, антенну синхронизации и оптиковолоконную линию синхронизации, причем выходы устройств согласования приемных антенн соединены со входами приемника, а входы - с выходами коммутатора приемных антенн, первый вход которого соединен с выходами антенны синхронизации и оптиковолоконной линией связи, вход-выход приемника соединен со входом-выходом блока управления и связи с ПК, первый выход которого соединен со вторым входом коммутатора приемных антенн, а второй выход - со входом передатчика. 2. The system for implementing the method according to claim 1, comprising transmitting and receiving units, wherein the transmitting unit includes a device for generating ultra-wideband video pulses of 10 -11 -10 -8 s duration, a transmitter, one or more transmitting antennas located in a dielectric housing , the receiving unit includes one or more receiving antennas with matching devices located in a dielectric housing, one or more matching devices of receiving antennas, a receiving antenna switch, a receiver, a control unit communication and connection with a personal computer, a synchronization antenna and an optical fiber synchronization line, the outputs of the receiving antenna matching devices connected to the inputs of the receiver, and the inputs to the outputs of the receiving antenna switch, the first input of which is connected to the outputs of the synchronization antenna and the optical fiber communication line, input-output the receiver is connected to the input-output of the control unit and the connection with the PC, the first output of which is connected to the second input of the switch of the receiving antennas, and the second output is connected to the input of the transmitter.
RU2014106905/28A 2014-02-25 2014-02-25 Method and system of ground penetrating radar logging RU2550773C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014106905/28A RU2550773C1 (en) 2014-02-25 2014-02-25 Method and system of ground penetrating radar logging

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014106905/28A RU2550773C1 (en) 2014-02-25 2014-02-25 Method and system of ground penetrating radar logging

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2550773C1 true RU2550773C1 (en) 2015-05-10

Family

ID=53294111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014106905/28A RU2550773C1 (en) 2014-02-25 2014-02-25 Method and system of ground penetrating radar logging

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2550773C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2244322C1 (en) * 2003-04-02 2005-01-10 Закрытое акционерное общество "Таймер" Method and device for radiolocation sounding of underlaying surface
RU2490672C1 (en) * 2012-02-29 2013-08-20 Закрытое акционерное общество "Таймер" Method for radar probing of underlying surface and apparatus for realising said method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2244322C1 (en) * 2003-04-02 2005-01-10 Закрытое акционерное общество "Таймер" Method and device for radiolocation sounding of underlaying surface
RU2490672C1 (en) * 2012-02-29 2013-08-20 Закрытое акционерное общество "Таймер" Method for radar probing of underlying surface and apparatus for realising said method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.В.Варенков и др. Российские георадарные технологии в Австралии / Разведка и охрана недр, 2006, N6, стр.45-50 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103777247B (en) Transient electromagnetic radar detection system and detection method
US8680865B2 (en) Single well reservoir imaging apparatus and methods
CN105589069B (en) A kind of mining drilling radar detecting water by pilot hole predictor and method
CN104280781A (en) Towrope type ocean controllable source electromagnetism and earthquake data collection system
CN103323881A (en) Comprehensive measurement construction method of underground pipelines
Xu et al. Development of a ground penetrating radar system for large-depth disaster detection in coal mine
CN110376651B (en) Time-frequency electromagnetic device based on horizontal bipolar current source and geophysical exploration method
RU2550773C1 (en) Method and system of ground penetrating radar logging
Duncan et al. SALTMAP—Airborne EM for the environment
RU2624607C1 (en) Method of acoustic tomography system fields in the atmosphere, the oceans and crust of different physical nature in the marine environment
CN110847882B (en) System and method for drilling urban underground space
CN103499612A (en) Method for comprehensively geographically exploring hidden trouble of seawall engineering
RU2375729C1 (en) Geophysical radar
CN103174411A (en) Electromagnetic wave source signal system for range radar of horizontal well drilling detection stratum
CN203630367U (en) Ground geological probe system
RU2490672C1 (en) Method for radar probing of underlying surface and apparatus for realising said method
Stove Extending the reach of radio waves for subsurface water detection
CN107035364B (en) Method for electromagnetic calibration between wells
CN117348001B (en) Dual-excitation dual-receiving borehole radar detection system and method for deep ground environment
CN104656152A (en) Single-hole ground system for geological exploration
Ebrahimian et al. A novel approach of high resolution imaging using modified excitation signal for ground penetration radar (GPR) Applications
Dawei et al. Weak signal processing technology of low frequency GPR based on Hilbert-Huang transform and its application in permafrost area gas hydrate exploration
Ma et al. Simulation of impulse borehole radar for well logging in a fracture formation
Liu et al. A borehole radar prototype: Development and testing
Huo et al. Design and tests of a borehole radar for oil well prospecting

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180226

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200212