RU2717166C1 - Three-component downhole seismic sensor - Google Patents

Three-component downhole seismic sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2717166C1
RU2717166C1 RU2019118256A RU2019118256A RU2717166C1 RU 2717166 C1 RU2717166 C1 RU 2717166C1 RU 2019118256 A RU2019118256 A RU 2019118256A RU 2019118256 A RU2019118256 A RU 2019118256A RU 2717166 C1 RU2717166 C1 RU 2717166C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
demodulator
channel
displacement sensor
rotor
microprocessor
Prior art date
Application number
RU2019118256A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петр Михайлович Уткин
Анатолий Константинович Барышников
Ольга Владимировна Барышникова
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа")
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 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа")
Priority to RU2019118256A priority Critical patent/RU2717166C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2717166C1 publication Critical patent/RU2717166C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/18—Receiving elements, e.g. seismometer, geophone or torque detectors, for localised single point measurements
    • G01V1/181—Geophones

Abstract

FIELD: measurement.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment, in particular to seismometry, and can be used for seismic monitoring. Disclosed is a three-component downhole seismic sensor comprising, in a sealed housing with spring-loaded stabilizers, a locking unit, a generator, first and second channels for receiving horizontal components of signals and a third channel for receiving vertical signal components. Each channel includes a pendulum, a first amplifier, a calibrator, in-series connected capacitance displacement sensor, a second amplifier, a first demodulator, a feedback unit and a magnetoelectric transducer. In each channel, the pendulum is mechanically connected to a capacitive displacement sensor, a magnetoelectric transducer and a deterrence unit. Calibrator is connected to the input of the magnetoelectric converter, the first amplifier is connected to the output of the first demodulator, and the second input of the first demodulator and the capacitive displacement sensor are connected to the generator. In addition, there is a microprocessor, a digital-to-analogue converter (DAC), first, second and third analogue-to-digital converters (ADC), azimuthal displacement sensor, a goniometer, which is arranged on the rotor and connected to the rotor and encoder drive, first and second mutually perpendicular field windings and fixed n pairs of mutually perpendicular distortive windings arranged around rotor, in series connected first switch, second demodulator, first notch filter and fourth ADC, in-series connected second switch, third demodulator, second rejection filter and fifth ADC. Input of the DAC and the outputs of all ADCs are connected to a microprocessor, the rotor drive is digital, the DAC is three-channel, and the deterrence unit is three-channel and is connected to a microprocessor.
EFFECT: technical result is enabling variation of azimuth orientation of three-component borehole seismic sensor directional patterns to well.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к сейсмометрии, и может быть использовано для сейсмического мониторинга.The invention relates to measuring technique, in particular to seismometry, and can be used for seismic monitoring.

Известен трехкомпонентный скважинный цифровой сейсмометр [1], содержащий блок сбора данных с основным источником питания, блок электроники, состоящий из аналого-цифрового преобразователя, соединенного с микропроцессором, трехкомпонентный акселерометрический датчик, соединенный с аналого-цифровым преобразователем, наклономер, трехкоординатный магнитометр и установленный в блоке электроники вторичный источник 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. Known three-component borehole digital seismometer [1], containing a data acquisition unit with a main power source, an electronics unit, consisting of an analog-to-digital converter connected to a microprocessor, a three-component accelerometer sensor connected to an analog-to-digital converter, tiltmeter, three-coordinate magnetometer and installed in the electronic unit is a secondary power source, while the tiltmeter and three-coordinate magnetometer are connected to the microprocessor, and the three-component accelero etrichesky sensor, inclinometer, and a triaxial magnetometer electronics unit connected to a secondary power source and installed in a waterproof enclosure made of stainless steel.

Этот сейсмометр не обеспечивает защиты от сейсмических помех и не обеспечивает изменения азимутальной ориентации в скважине.This seismometer does not provide protection against seismic interference and does not provide changes in azimuthal orientation in the well.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является трехкомпонентный скважинный сейсмометр KS-2000BH [2], [3], фирмы Geotech Instruments LLC. Сейсмометр содержит в герметичном корпусе блок арретирования, генератор, первый, второй и третий каналы приема сигналов, причем каждый канал включает маятник, интегратор, усилитель, калибратор, последовательно соединенные емкостный датчик перемещения, усилитель-демодулятор, блок обратной связи и магнитоэлектрический преобразователь, и в каждом канале маятник механически связан с емкостным датчиком перемещения, с магнитоэлектрическим преобразователем и блоком арретирования, калибратор подключен выходом ко входу магнитоэлектрического преобразователя, усилитель и интегратор подключены к выходу усилителя-демодулятора а емкостный датчик перемещения и усилитель-демодулятор подключены к генератору.The closest technical solution to the proposed one is a three-component borehole seismometer KS-2000BH [2], [3], made by Geotech Instruments LLC. A seismometer contains in a sealed enclosure a locking unit, a generator, first, second and third channels for receiving signals, each channel including a pendulum, an integrator, an amplifier, a calibrator, a capacitive displacement sensor, an amplifier-demodulator, a feedback unit, and a magnetoelectric transducer, and each channel, the pendulum is mechanically connected with a capacitive displacement sensor, with a magnetoelectric transducer and a locking unit, the calibrator is connected externally to the input magnetoelectrically a converter, an amplifier and an integrator connected to the output of the amplifier, demodulator and capacitive displacement sensor and amplifier-demodulator connected to the generator.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности изменения азимутальной ориентации диаграмм направленности трехкомпонентного скважинного сейсмометра после установки в скважину.The disadvantage of the prototype is the inability to change the azimuthal orientation of the radiation patterns of a three-component borehole seismometer after installation in the well.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является возможность изменения азимутальной ориентации диаграмм направленности трехкомпонентного скважинного сейсмометра после установки в скважину. The technical result provided by the claimed invention is the ability to change the azimuthal orientation of the radiation patterns of a three-component borehole seismometer after installation in the well.

Технический результат достигается тем, что трехкомпонентный скважинный сейсмометр, содержащий в герметичном корпусе с подпружиненными стабилизаторами блок арретирования, генератор, первый и второй каналы приема горизонтальных составляющих сигналов и третий канал приема вертикальной составляющей сигналов, причем каждый канал включает маятник, первый усилитель, калибратор, последовательно соединенные емкостный датчик перемещения, второй усилитель, первый демодулятор, блок обратной связи и магнитоэлектрический преобразователь, в каждом канале маятник механически связан с емкостным датчиком перемещения, с магнитоэлектрическим преобразователем и блоком арретирования, калибратор подключен выходом ко входу магнитоэлектрического преобразователя, первый усилитель подключен к выходу первого демодулятора, а второй вход первого демодулятора и емкостный датчик перемещения подключены к генератору, дополнительно содержит микропроцессор, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи (АЦП), датчик азимутального перемещения, гониометр, выполненный с размещенными на роторе, связанном с приводом ротора и энкодером, первой и второй взаимно перпендикулярными полевыми обмотками и с размещенными вокруг ротора неподвижными n парами взаимно перпендикулярных искательных обмоток, последовательно соединенные первый коммутатор, второй демодулятор, первый режекторный фильтр и четвертый АЦП, последовательно соединенные второй коммутатор, третий демодулятор, второй режекторный фильтр и пятый АЦП, причем первый и второй коммутаторы подключены к n парам искательных обмоток, второй и третий демодуляторы вторыми входами подключены к генератору, первая и вторая полевые обмотки подключены к выходам вторых усилителей, соответственно, первого и второго каналов приема сигналов, выходы первых усилителей первого, второго и третьего каналов приема сигналов подключены, соответственно, к первому, второму и третьему АЦП, все калибраторы подключены входами к ЦАП, привод ротора, энкодер, датчик азимутального перемещения, управляющие входы первого и второго коммутаторов, вход ЦАП и выходы всех АЦП подключены к микропроцессору, привод ротора выполнен цифровым, ЦАП выполнен трехканальным, а блок арретирования выполнен трехканальным и подключен к микропроцессору.The technical result is achieved by the fact that a three-component borehole seismometer containing in a sealed housing with spring-loaded stabilizers a locking unit, a generator, first and second channels for receiving horizontal signal components and a third channel for receiving vertical signal components, each channel including a pendulum, a first amplifier, a calibrator, in series connected by a capacitive displacement sensor, a second amplifier, a first demodulator, a feedback unit and a magnetoelectric converter, in the pendulum channel house is mechanically connected with a capacitive displacement sensor, with a magnetoelectric transducer and a arresting unit, the calibrator is connected by an output to the magnetoelectric transducer input, the first amplifier is connected to the output of the first demodulator, and the second input of the first demodulator and the capacitive displacement sensor are connected to the generator, additionally contains a microprocessor, digital-to-analog converter (DAC), first, second and third analog-to-digital converters (ADC), the azimuth sensor is moved a goniometer made with the first and second mutually perpendicular field windings arranged on the rotor associated with the rotor drive and the encoder and with the fixed n pairs of mutually perpendicular search windings placed around the rotor, the first commutator, the second demodulator, the first notch filter and the fourth ADCs connected in series to a second switch, a third demodulator, a second notch filter and a fifth ADC, the first and second switches connected to n pairs of the coil, the second and third demodulators are connected to the generator by the second inputs, the first and second field windings are connected to the outputs of the second amplifiers, respectively, of the first and second signal reception channels, the outputs of the first amplifiers of the first, second and third signal reception channels are connected, respectively, to the first, the second and third ADCs, all calibrators are connected by inputs to the DAC, the rotor drive, encoder, azimuthal displacement sensor, the control inputs of the first and second switches, the DAC input and the outputs of all ADCs are connected to the micro processor, the rotor drive is made digital, DAC configured three-channel, and the arresting unit is a three-channel and connected to the microprocessor.

Такое выполнение трехкомпонентного скважинного сейсмометра обеспечивает возможность изменения азимутальной ориентации диаграмм направленности трехкомпонентного скважинного сейсмометра после установки в скважину.This embodiment of a three-component borehole seismometer provides the ability to change the azimuthal orientation of the patterns of a three-component borehole seismometer after installation in the well.

На фиг.1 представлена структурная схема трехкомпонентного скважинного сейсмометра.Figure 1 presents the structural diagram of a three-component borehole seismometer.

На фиг.2 представлена схема одного из возможных вариантов установки трехкомпонентного скважинного сейсмометра в скважине.Figure 2 presents a diagram of one of the possible options for installing a three-component borehole seismometer in the well.

На фиг.3 представлена схема одного из возможных вариантов установки датчика азимутального перемещения на стандартном подпружиненном стабилизаторе путем замены ролика одного из стабилизаторов на шар.Figure 3 presents a diagram of one of the possible options for installing an azimuthal displacement sensor on a standard spring-loaded stabilizer by replacing the roller of one of the stabilizers with a ball.

Принятые обозначения:Accepted designations:

1 – герметичный корпус, 2 – блок арретирования, 3 – генератор, 4 – первый канал приема сигналов, 5 – второй канал приема сигналов, 6 – третий канал приема сигналов, 7 – маятник, 8 – первый усилитель, 9 – калибратор, 10 – емкостный датчик перемещения, 11 – второй усилитель, 12 – первый демодулятор, 13 – блок обратной связи, 14 – магнитоэлектрический преобразователь, 15 – микропроцессор, 16 – цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), 17 – первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 18 – второй АЦП, 19 – третий АЦП, 20 – датчик азимутального перемещения, 21 – гониометр, 22 – ротор гониометра, 23 – привод ротора, 24 – энкодер, 25 – первая полевая обмотка, 26 – вторая полевая обмотка, 27 – n пар искательных обмоток, 28 – первый коммутатор, 29 – второй демодулятор, 30 – первый режекторный фильтр, 31 – четвертый АЦП, 32 – второй коммутатор, 33 – третий демодулятор, 34 – второй режекторный фильтр, 35 – пятый АЦП. 1 - sealed enclosure, 2 - locking block, 3 - generator, 4 - first channel for receiving signals, 5 - second channel for receiving signals, 6 - third channel for receiving signals, 7 - pendulum, 8 - first amplifier, 9 - calibrator, 10 - capacitive displacement sensor, 11 - second amplifier, 12 - first demodulator, 13 - feedback block, 14 - magnetoelectric converter, 15 - microprocessor, 16 - digital-to-analog converter (DAC), 17 - first analog-to-digital converter (ADC), 18 - the second ADC, 19 - the third ADC, 20 - the azimuthal displacement sensor, 21 - goniometer, 22 - rotor of the goniometer, 23 - rotor drive, 24 - encoder, 25 - first field winding, 26 - second field winding, 27 - n pairs of search windings, 28 - first switch, 29 - second demodulator, 30 - first notch filter 31 - the fourth ADC, 32 - the second switch, 33 - the third demodulator, 34 - the second notch filter, 35 - the fifth ADC.

Трехкомпонентный скважинный сейсмометр содержит в герметичном корпусе 1 с подпружиненными стабилизаторами блок 2 арретирования, генератор 3, первый и второй каналы 4, 5 приема горизонтальных составляющих сигналов и третий канал 6 приема вертикальной составляющей сигналов, причем каждый канал включает маятник 7, первый усилитель 8, калибратор 9, последовательно соединенные емкостный датчик 10 перемещения, второй усилитель 11, первый демодулятор 12, блок 13 обратной связи и магнитоэлектрический преобразователь 14, в каждом канале маятник 7 механически связан с емкостным датчиком 10 перемещения, с магнитоэлектрическим преобразователем 14 и блоком 2 арретирования, калибратор 9 подключен выходом ко входу магнитоэлектрического преобразователя 14, первый усилитель 8 подключен к выходу первого демодулятора 12, а второй вход первого демодулятора 12 и емкостный датчик 10 перемещения подключены к генератору 3, дополнительно содержит микропроцессор 15, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 16, первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 17, 18, 19, датчик 20 азимутального перемещения, гониометр 21, выполненный с размещенными на роторе 22, связанном с приводом 23 ротора и энкодером 24, взаимно перпендикулярными первой и второй полевыми обмотками 25, 26 и с размещенными вокруг ротора неподвижными n парами взаимно перпендикулярных искательных обмоток 27, последовательно соединенные первый коммутатор 28, второй демодулятор 29, первый режекторный фильтр 30 и четвертый АЦП 31, последовательно соединенные второй коммутатор 32, третий демодулятор 33, второй режекторный фильтр 34 и пятый АЦП 35, причем первый и второй коммутаторы 28, 32 подключены к n парам искательных обмоток 27, второй и третий демодуляторы 29, 33 вторыми входами подключены к генератору 3, первая и вторая полевые обмотки 25, 26 подключены к выходам вторых усилителей 11, соответственно, первого и второго каналов 4, 5 приема сигналов, выходы первых усилителей 8 первого, второго и третьего каналов 4, 5, 6 приема сигналов подключены, соответственно, к первому, второму и третьему АЦП 17, 18, 19, все калибраторы подключены входами к ЦАП 16, привод 23 ротора, энкодер 24, датчик 20 азимутального перемещения, управляющие входы первого и второго коммутаторов 28, 32, вход ЦАП и выходы всех АЦП подключены к микропроцессору 15, привод 23 ротора выполнен цифровым, ЦАП 16 выполнен трехканальным, а блок арретирования 2 выполнен трехканальным и подключен к микропроцессору 15.The three-component borehole seismometer contains in a sealed enclosure 1 with spring-stabilized stabilizers a locking unit 2, a generator 3, a first and second channels 4, 5 for receiving horizontal components of signals and a third channel 6 for receiving vertical components of signals, each channel including a pendulum 7, first amplifier 8, and a calibrator 9, a capacitive displacement sensor 10, a second amplifier 11, a first demodulator 12, a feedback unit 13 and a magnetoelectric transducer 14 connected in series to each channel of the pendulum 7 It is connected to a capacitive displacement sensor 10, with a magnetoelectric transducer 14 and a locking unit 2, the calibrator 9 is connected by an output to the input of the magnetoelectric transducer 14, the first amplifier 8 is connected to the output of the first demodulator 12, and the second input of the first demodulator 12 and the capacitive displacement sensor 10 are connected to the generator 3, further comprises a microprocessor 15, a digital-to-analog converter (DAC) 16, a first, second and third analog-to-digital converters (ADC) 17, 18, 19, an azimuthal displacement sensor 20 , a goniometer 21 made with the rotor 22 mounted on the rotor 23 and the encoder 24 mutually perpendicular to the first and second field windings 25, 26 and with fixed n pairs of mutually perpendicular search windings 27 located around the rotor, connected in series to the first switch 28 the second demodulator 29, the first notch filter 30 and the fourth ADC 31, connected in series to the second switch 32, the third demodulator 33, the second notch filter 34 and the fifth ADC 35, the first and second switches 28, 32 being connected They are connected to n pairs of search windings 27, the second and third demodulators 29, 33 are connected to the generator 3 by the second inputs, the first and second field windings 25, 26 are connected to the outputs of the second amplifiers 11, respectively, of the first and second signal reception channels 4, 5, outputs the first amplifiers 8 of the first, second and third channels 4, 5, 6 of receiving signals are connected, respectively, to the first, second and third ADCs 17, 18, 19, all calibrators are connected by inputs to the DAC 16, rotor drive 23, encoder 24, sensor 20 azimuthal movement, control inputs of the first and second about the switches 28, 32, the input of the DAC and the outputs of all the ADCs are connected to the microprocessor 15, the rotor drive 23 is made digital, the DAC 16 is made three-channel, and the locking unit 2 is made three-channel and connected to the microprocessor 15.

Трехкомпонентный скважинный сейсмометр работает следующим образом.A three-component borehole seismometer operates as follows.

При появлении сейсмических воздействий происходит перемещение относительно герметичного корпуса 1 маятника 7 в первом канале 4 приема сигналов, что вызывает на выходе емкостного датчика 10 перемещения появление сигнала, который поступает на вход второго усилителя 11, усиливается, поступает на вход первого демодулятора 12, и выпрямляется с помощью опорных сигналов генератора 3, поступающих на емкостный датчик 10 перемещения и дополнительный вход первого демодулятора 12. Выходной сигнал первого демодулятора 12 усиливается первым усилителем 8 и поступает через первый АЦП 17 в микропроцессор 15 для передачи информации с помощью модемов через линию связи и дальнейшей обработки в ПЭВМ. Кроме того, выходной сигнал первого демодулятора 12 поступает через блок 13 обратной связи на магнитоэлектрический преобразователь 14, механически связанный с маятником 7 и реализующий отрицательную обратную связь в трехкомпонентном скважинном сейсмометре.When seismic effects occur, a movement relative to the sealed housing 1 of the pendulum 7 occurs in the first signal receiving channel 4, which causes the appearance of a signal at the output of the capacitive displacement sensor 10, which is input to the second amplifier 11, amplified, fed to the input of the first demodulator 12, and rectified using the reference signals of the generator 3 supplied to the capacitive displacement sensor 10 and the additional input of the first demodulator 12. The output signal of the first demodulator 12 is amplified by the first amplifier 8 and enters through the first ADC 17 to the microprocessor 15 for transmitting information using modems via a communication line and further processing in a PC. In addition, the output signal of the first demodulator 12 is fed through a feedback unit 13 to a magnetoelectric transducer 14 mechanically coupled to a pendulum 7 and realizing negative feedback in a three-component borehole seismometer.

Аналогично при появлении сейсмических воздействий второй и третий каналы 5, 6 приема горизонтальной и вертикальной составляющих сигналов преобразуют и посылают сейсмические сигналы через второй и третий АЦП 18, 19 в микропроцессор 15 для передачи с помощью модема через линию связи и дальнейшей обработки в ПЭВМ. Контроль работоспособности трехкомпонентного скважинного сейсмометра осуществляется подачей из микропроцессора 15 калибровочных сигналов через ЦАП 16 и калибраторы 9 на входы магнитоэлектрических преобразователей 14. Для предотвращения механических повреждений опор маятников 7 при транспортировке и установке трехкомпонентного скважинного сейсмометра в скважину, маятники 7 фиксируются подачей соответствующих сигналов из микропроцессора 15 на блок 2 арретирования ( включающий, например, для каждого канала механизм арретирования, общие электродвигатель и ключ, связанный с микропроцессором). Перед установкой сейсмометр опускают в скважину в районе оголовка и поворачивают на заданный угол, считывая начальное и конечное показания датчика 20 азимутального перемещения для масштабирования смещений, выдаваемых датчиком на конкретной скважине. При установке в скважину трехкомпонентный скважинный сейсмометр ориентируют по азимуту на оголовке скважины, опускают на заданную глубину и фиксируют. При этом датчик 20 азимутального перемещения (например, аналог компьютерной мыши [ 4 ] ), установленный на подпружиненном стабилизаторе, формирует и передает через микропроцессор 15 в ПЭВМ информацию о величине и направлении смещения трехкомпонентного скважинного сейсмометра относительно первоначальной азимутальной ориентации. По полученным сигналам в ПЭВМ вычисляется угол, на который необходимо повернуть трехкомпонентный скважинный сейсмометр, чтобы восстановить ориентацию. В предложенном техническом решении трехкомпонентный скважинный сейсмометр остается неподвижным, реализуется поворот диаграмм направленности трехкомпонентного скважинного сейсмометра на любой заданный угол, что дает возможность получения требуемой ориентации или поиска положения с минимумом помех. Для этого сигналы с выходов вторых усилителей 11 первого канала 4 приема сигналов и второго канала 5 приема сигналов поступают в первую полевую обмотку 25 и во вторую полевую обмотку 26, где создают магнитное поле, подобное сейсмическому полю, принятому первым и вторым каналами 4, 5 приема сигналов. Третий канал 6 приема сигналов является вертикальным и в изменении ориентации не участвует. На n парах искательных обмоток 27, находящихся в этом магнитном поле, наводится ЭДС, зависящая от ориентации конкретной искательной обмотки относительно первой и второй полевых обмоток 25, 26. Поворот n-ой искательной обмотки 27 относительно первой и второй полевых обмоток 25, 26 приводит к повороту результирующей диаграммы направленности для пеленгации в пространстве. При размещении n пар искательных обмоток 27, повернутых относительно друг друга, эффект механического поворота достигается последовательным переключением n пар искательных обмоток 27 с помощью первого и второго коммутаторов 28, 32. Для этого на управляющие входы первого и второго коммутаторов 28, 32 из микропроцессора 15 подаются коды пары, содержащие номер искательной обмотки 27, подключенной к первому коммутатору 28 и номер перпендикулярной искательной обмотки 27, подключенной ко второму коммутатору 32. С выходов первого и второго коммутаторов 28, 32 сигналы поступают на второй и третий демодуляторы 29, 33, подключенные к генератору 3 несущей частоты, и далее, через первый и второй режекторные фильтры 30, 34, настроенные на несущую частоту генератора 3, поступают на входы четвертого и пятого АЦП 31, 35, подключенных выходами к микропроцессору 15. При последовательном изменении номеров подключаемых неподвижных n пар искательных обмоток 27 обеспечивается быстрый поворот результирующей диаграммы направленности, например, до достижения минимума сигнала помехи для относительно грубой пеленгации, точность которой зависит от числа n пар искательных обмоток 27 и угла смещения между ними. Для этого нет необходимости использовать привод ротора и энкодер, все обмотки гониометра остаются неподвижными. Если требуется более высокая точность и источник помехи не является кратковременным, то более точная подстройка осуществляется качанием на упругих опорах (без сухого трения) в небольших пределах (в пределах угла смещения искательных обмоток 27 относительно друг друга) ротора 22 вместе с первой и второй полевыми обмотками 25, 26 с помощью привода 23 ротора по сигналам из ПЭВМ, поступающим из микропроцессора 15. Направление на помеху определяется по номерам неподвижных искательных обмоток 27, подключенных к первому и второму коммутаторам 28, 32, плюс угол поворота ротора 22 гониометра 21, измеряемый с помощью энкодера 24, и полученный в зависимости от направления и числа шагов, поданных из ПЭВМ на привод 23 ротора, который может быть использован для точной подстройки минимума помехи. При этом на точность гониометра 21 существенно влияет ширина полевых и искательных обмоток, ухудшая точность на нижних частотах, где для обмоток требуется много витков. Для повышения точности на нижних частотах реализуется работа гониометра 21 не на частотах принимаемых сигналов, а на более высокой несущей частоте, где требуемая точность достижима, а также используются первый и второй режекторные фильтры 30, 34, защищающие выходные цепи от проникновения помехи на несущей частоте.Similarly, when seismic effects occur, the second and third channels 5, 6 for receiving the horizontal and vertical component signals convert and send seismic signals through the second and third ADCs 18, 19 to the microprocessor 15 for transmission using a modem via a communication line and further processing to a PC. The operability of a three-component borehole seismometer is monitored by supplying calibration signals from the microprocessor 15 through the DAC 16 and calibrators 9 to the inputs of the magnetoelectric transducers 14. To prevent mechanical damage to the pendulum supports 7 during transportation and installation of the three-component borehole seismometer into the well, the pendulums 7 are recorded by supplying the corresponding signals from the microprocessor 15 to block 2 arresting (including, for example, for each channel, the mechanism of arresting, common Associated with the microprocessor and lektrodvigatel key). Before installation, the seismometer is lowered into the well near the tip and rotated by a predetermined angle, reading the initial and final readings of the azimuthal displacement sensor 20 to scale the displacements generated by the sensor in a particular well. When installed in a well, a three-component borehole seismometer is oriented in azimuth at the head of the well, lowered to a predetermined depth and recorded. In this case, the azimuthal displacement sensor 20 (for example, an analog of a computer mouse [4]) mounted on a spring-loaded stabilizer generates and transmits through the microprocessor 15 to the PC information on the magnitude and direction of the displacement of the three-component borehole seismometer relative to the initial azimuthal orientation. Based on the received signals, the PC calculates the angle by which it is necessary to rotate the three-component borehole seismometer in order to restore orientation. In the proposed technical solution, the three-component borehole seismometer remains stationary, the radiation patterns of the three-component borehole seismometer are rotated by any given angle, which makes it possible to obtain the desired orientation or search for a position with a minimum of interference. To do this, the signals from the outputs of the second amplifiers 11 of the first channel 4 of the reception of signals and the second channel 5 of the signal reception enter the first field winding 25 and the second field winding 26, where they create a magnetic field similar to the seismic field received by the first and second reception channels 4, 5 signals. The third channel 6 of the reception of signals is vertical and is not involved in changing the orientation. On the n pairs of search windings 27 located in this magnetic field, an EMF is induced, depending on the orientation of the particular search winding relative to the first and second field windings 25, 26. The rotation of the n-th search winding 27 relative to the first and second field windings 25, 26 leads to rotation of the resulting radiation pattern for direction finding in space. When placing n pairs of search windings 27, rotated relative to each other, the effect of mechanical rotation is achieved by sequentially switching n pairs of search windings 27 using the first and second switches 28, 32. For this, the control inputs of the first and second switches 28, 32 from the microprocessor 15 are fed pair codes containing the number of the search coil 27 connected to the first switch 28 and the number of the perpendicular search coil 27 connected to the second switch 32. From the outputs of the first and second switches 28, 32 signals are fed to the second and third demodulators 29, 33 connected to the carrier frequency generator 3, and then, through the first and second notch filters 30, 34 tuned to the carrier frequency of the generator 3, are fed to the inputs of the fourth and fifth ADCs 31, 35, connected by outputs to the microprocessor 15. By sequentially changing the numbers of connected fixed n pairs of search windings 27, a quick rotation of the resulting radiation pattern is achieved, for example, to achieve a minimum interference signal for relatively rough direction finding , the accuracy of which depends on the number n of pairs of search windings 27 and the angle of displacement between them. For this, there is no need to use the rotor drive and encoder, all windings of the goniometer remain stationary. If higher accuracy is required and the source of interference is not short-term, then more precise adjustment is carried out by swinging on elastic supports (without dry friction) within small limits (within the angle of displacement of the search windings 27 relative to each other) of the rotor 22 together with the first and second field windings 25, 26 using the rotor drive 23 according to the signals from the PC coming from the microprocessor 15. The direction to the interference is determined by the numbers of the stationary search windings 27 connected to the first and second switches 28, 32, plus the angle of rotation of the rotor 22 of the goniometer 21, measured by the encoder 24, and obtained according to the direction and number of steps supplied from the PC on the drive rotor 23, which can be used to fine tune the minimum interference. Moreover, the accuracy of the goniometer 21 is significantly affected by the width of the field and search windings, worsening the accuracy at low frequencies, where many turns are required for the windings. To increase the accuracy at low frequencies, the goniometer 21 operates not at the frequencies of the received signals, but at a higher carrier frequency, where the required accuracy is achievable, and the first and second notch filters 30, 34 are used, which protect the output circuits from interference at the carrier frequency.

Таким образом, достигается заявленный результат и предлагаемый трехкомпонентный скважинный сейсмометр обеспечивает возможность изменения азимутальной ориентации диаграмм направленности трехкомпонентного скважинного сейсмометра после установки в скважину. Thus, the claimed result is achieved and the proposed three-component borehole seismometer provides the ability to change the azimuthal orientation of the directional patterns of a three-component borehole seismometer after installation in the well.

Источники информации.Sources of information.

1. Скважинный трехкомпонентный цифровой акселерометр (патент РФ № 2488849 С1, МПК7: G01V1/16, 2012 г., опубл. 27.07.2013 г.)1. A downhole three-component digital accelerometer (RF patent No. 2488849 C1, IPC7: G01V1 / 16, 2012, published on July 27, 2013)

2. Broadband Seismometer – Models KS-2000 and KS-2000M, Operation Manual, руководство по эксплуатации, GEOTECH INSTRUMENTS, LLC, Copyright © 2000-2002, http://www.geoinstr.com/pub/manuals/ks-2000m.pdf2. Broadband Seismometer - Models KS-2000 and KS-2000M, Operation Manual, Operation Manual, GEOTECH INSTRUMENTS, LLC, Copyright © 2000-2002, http://www.geoinstr.com/pub/manuals/ks-2000m. pdf

3. Broadband Seismometer, Model KS-2000M, Rev. 2, Model KS-2000BH, Datasheets, Справочные данные, GEOTECH INSTRUMENTS, LLC, OCTOBER 2012, http://www.geoinstr.com/ds-ks2000m.pdf 3. Broadband Seismometer, Model KS-2000M, Rev. 2, Model KS-2000BH, Datasheets, Reference Data, GEOTECH INSTRUMENTS, LLC, OCTOBER 2012, http://www.geoinstr.com/ds-ks2000m.pdf

4. Anatoly Besplemennov, Измерение угловых или линейных перемещений с помощью оптического датчика мыши, журнал РАДИОЛОЦМАН, май 2015,4. Anatoly Besplemennov, Measuring angular or linear displacements using an optical mouse sensor, RADIOLOTSMAN magazine, May 2015,

https://www.rlocman.ru/book/book.html?di=160368.https://www.rlocman.ru/book/book.html?di=160368.

Claims (1)

Трехкомпонентный скважинный сейсмометр, содержащий в герметичном корпусе с подпружиненными стабилизаторами блок арретирования, генератор, первый и второй каналы приема горизонтальных составляющих сигналов и третий канал приема вертикальной составляющей сигналов, причем каждый канал включает маятник, первый усилитель, калибратор, последовательно соединенные емкостный датчик перемещения, второй усилитель, первый демодулятор, блок обратной связи и магнитоэлектрический преобразователь, в каждом канале маятник механически связан с емкостным датчиком перемещения, с магнитоэлектрическим преобразователем и блоком арретирования, калибратор подключен выходом к входу магнитоэлектрического преобразователя, первый усилитель подключен к выходу первого демодулятора, а второй вход первого демодулятора и емкостный датчик перемещения подключены к генератору, отличающийся тем, что дополнительно содержит микропроцессор, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи (АЦП), датчик азимутального перемещения, гониометр, выполненный с размещенными на роторе, связанном с приводом ротора и энкодером, первой и второй взаимно перпендикулярными полевыми обмотками и с размещенными вокруг ротора неподвижными n парами взаимно перпендикулярных искательных обмоток, последовательно соединенные первый коммутатор, второй демодулятор, первый режекторный фильтр и четвертый АЦП, последовательно соединенные второй коммутатор, третий демодулятор, второй режекторный фильтр и пятый АЦП, причем первый и второй коммутаторы подключены к n парам искательных обмоток, второй и третий демодуляторы вторыми входами подключены к генератору, первая и вторая полевые обмотки подключены к выходам вторых усилителей, соответственно, первого и второго каналов приема сигналов, выходы первых усилителей первого, второго и третьего каналов приема сигналов подключены, соответственно, к первому, второму и третьему АЦП, все калибраторы подключены входами к ЦАП, привод ротора, энкодер, датчик азимутального перемещения, управляющие входы первого и второго коммутаторов, вход ЦАП и выходы всех АЦП подключены к микропроцессору, привод ротора выполнен цифровым, ЦАП выполнен трехканальным, а блок арретирования выполнен трехканальным и подключен к микропроцессору. A three-component borehole seismometer containing a locking block, a generator, a first and second channel for receiving horizontal signal components and a third channel for receiving a vertical component of signals in a sealed housing with spring-loaded stabilizers, each channel including a pendulum, a first amplifier, a calibrator connected in series with a capacitive displacement sensor, and a second an amplifier, a first demodulator, a feedback unit and a magnetoelectric converter, in each channel the pendulum is mechanically connected with it with the rest of the displacement sensor, with a magnetoelectric converter and arresting unit, the calibrator is connected by an output to the input of the magnetoelectric converter, the first amplifier is connected to the output of the first demodulator, and the second input of the first demodulator and the capacitive displacement sensor are connected to the generator, characterized in that it additionally contains a microprocessor, digital-to-analog converter (DAC), first, second and third analog-to-digital converters (ADC), azimuthal displacement sensor, goniometer, made the first and second mutually perpendicular field windings located on the rotor associated with the rotor drive and the encoder and with the fixed n pairs of mutually perpendicular search windings placed around the rotor, the first commutator, the second demodulator, the first notch filter and the fourth ADC connected in series the second switch, the third demodulator, the second notch filter and the fifth ADC, the first and second switches connected to n pairs of search windings, the second and third the second input modulators are connected to the generator, the first and second field windings are connected to the outputs of the second amplifiers, respectively, of the first and second signal reception channels, the outputs of the first amplifiers of the first, second and third signal reception channels are connected, respectively, to the first, second and third ADCs, all calibrators are connected by inputs to the DAC, rotor drive, encoder, azimuthal displacement sensor, control inputs of the first and second switches, DAC input and outputs of all ADCs are connected to the microprocessor, mouth drive pa made digital, DAC configured three-channel, and the arresting unit is a three-channel and connected to the microprocessor.
RU2019118256A 2019-06-13 2019-06-13 Three-component downhole seismic sensor RU2717166C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118256A RU2717166C1 (en) 2019-06-13 2019-06-13 Three-component downhole seismic sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118256A RU2717166C1 (en) 2019-06-13 2019-06-13 Three-component downhole seismic sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2717166C1 true RU2717166C1 (en) 2020-03-18

Family

ID=69898785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019118256A RU2717166C1 (en) 2019-06-13 2019-06-13 Three-component downhole seismic sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2717166C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795783C1 (en) * 2022-11-29 2023-05-11 Общество с ограниченной ответственностью "ГЕОЛТЕХ" (ООО "ГЕОЛТЕХ") Seismic receiver

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2236025C1 (en) * 2003-05-28 2004-09-10 Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого Seismograph
US7986589B2 (en) * 2004-01-28 2011-07-26 Fairfield Industries Incorporated Apparatus for seismic data acquisition
RU2488849C1 (en) * 2012-02-15 2013-07-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Borehole three-component digital accelerometer
RU145461U1 (en) * 2013-11-21 2014-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" THREE COMPONENT WELL SEISMOMETER
US20170205519A1 (en) * 2014-07-18 2017-07-20 Thales Accelerometer device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2236025C1 (en) * 2003-05-28 2004-09-10 Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого Seismograph
US7986589B2 (en) * 2004-01-28 2011-07-26 Fairfield Industries Incorporated Apparatus for seismic data acquisition
RU2488849C1 (en) * 2012-02-15 2013-07-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Borehole three-component digital accelerometer
RU145461U1 (en) * 2013-11-21 2014-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" THREE COMPONENT WELL SEISMOMETER
US20170205519A1 (en) * 2014-07-18 2017-07-20 Thales Accelerometer device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Broadband Seismometer", Model KS-2000M, Rev. 2, Model KS-2000BH, Datasheets, Справочные данные, GEOTECH INSTRUMENTS, LLC, OCTOBER 2012. Найдено в Интенет:URL: http://www.geoinstr.com/ds-ks2000m.pdf. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795783C1 (en) * 2022-11-29 2023-05-11 Общество с ограниченной ответственностью "ГЕОЛТЕХ" (ООО "ГЕОЛТЕХ") Seismic receiver
RU2799344C1 (en) * 2022-11-29 2023-07-04 Общество с ограниченной ответственностью "ГЕОЛТЕХ" (ООО "ГЕОЛТЕХ") Digital seismometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2014234969B2 (en) Magnetic compensation circuit and method for compensating the output of a magnetic sensor, responding to changes a first magnetic field
JP4987730B2 (en) Angular displacement compensation measurement
US5170566A (en) Means for reducing interference among magnetometer array elements
RU2719625C1 (en) Three-component downhole seismic sensor
CN107991691B (en) Satellite navigation positioning accuracy verification equipment and method
US2736967A (en) Induction caliper
RU2717166C1 (en) Three-component downhole seismic sensor
US10162039B2 (en) Systems and methods for object detection
RU195158U1 (en) Three-component borehole seismometer
US7417424B2 (en) Magnetic-field-measuring device
CN102322845B (en) Apparatus for detecting azimuth, and method thereof
JP4452868B2 (en) Measurement method in magnetic motion capture device
RU2738734C1 (en) Three-component downhole seismic sensor
Auster et al. Automation of absolute measurement of the geomagnetic field
NO155025B (en) MAGNETFOELERINNRETNING.
RU2804762C1 (en) Universal precision mechatronic stand with inertial sensing elements for monitoring gyroscopic angular velocity meters
Zhmud et al. Broadband Signal Recorder with Reference to Space-Time Coordinates for Electrical Exploration Geophysical Works
RU2131029C1 (en) Method of determination of azimuth, zenith angle and angle of dip
SU1139835A1 (en) Apparatus for determining hole-crooking angles
Petrucha An improved version of the fluxgate compass module
Chulkov et al. Elaboration of receiver unit of Azimuth acoustic correction system
CN116299076A (en) CPT atomic magnetometer steering error calibration system and method
RU2257594C1 (en) Device for measuring parameters characterizing magnetization of moving object
Milovzorov IS-48 inclinometric system
Voiskovskii et al. Three-axial fiber optic gyroscope