RU2787967C1 - Способ измерения азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и системам обработки информации и может быть использовано для измерения азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников. Способ измерения азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников заключается в том, что измерения проводятся методом сравнения их направления с измеренным направлением осей чувствительности контрольного сейсмоприемника, при этом отсутствует необходимость размещения дополнительного оборудования в скважине и определены диапазоны частот, каждый из которых используется при расчете азимута при обеспечении заданной точности и определяется как сумма значений угла между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников, угла ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север и магнитного склонения в месте установки сейсмоприемника. Техническим результатом является измерение азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников с приемлемой точностью без применения дополнительных технических средств, размещенных в скважине. 1 табл.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и системам обработки информации и может быть использовано для измерения азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников.

Известны способы определения азимутов и зенитных углов скважин, основанные на эффекте гироскопа, т.е. способности инертной массы сохранять свою ориентацию при вращении вокруг своей оси. Исаченко В.X. Инклинометрия скважин. - М: Недра, 1987.

Недостатками этих способов являются:

- низкая виброустойчивость и, соответственно, большая погрешность измерений при внешних динамических воздействиях;

- необходимость включения такого устройства определения азимута в конструкцию скважинного сейсмоприемника, что приводит к повышению его стоимости и снижению надежности, при этом устройство используется однократно - при установке сейсмоприемника в скважину.

Известен способ определения азимута путем сравнения направления с направлением осей чувствительности контрольного сейсмоприемника при механическом повороте контрольного сейсмоприемника вокруг вертикальной оси на заданный угол с использованием поворотного стола. Патент РФ №2233459, МПК G01V 1/16, G01V 1/40, 27.04.2004.

Недостатками способа являются:

- необходимость использования дополнительных (кроме контрольного сейсмоприемника) приспособлений;

- высокая погрешность измерений, связанная с однократными измерениями азимута для установленного угла поворотного стола;

- отсутствие описания порядка расчета погрешности измерений и способов достижения нормируемых показателей точности при их наличии.

Известен способ определения азимута путем сравнения направления с направлением осей чувствительности контрольного сейсмоприемника при математическом повороте контрольного сейсмоприемника вокруг вертикальной оси на заданный угол. Guralp ЗТВ. Operator's Guide. Document No. MAN-BHO-0001, Issue G. Guralp Systems Ltd, Nov. 2019. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Прототип обладает следующими недостатками:

- для расчетов используются данные регистрации во всем рабочем диапазоне частот, что приводит к увеличению погрешности однократных вычислений из-за некоррелированности сигналов скважинного и контрольного сейсмоприемников в области высоких частот;

- отсутствует описание порядка расчета азимута, погрешности измерений азимута и способов достижения нормируемых показателей точности при их наличии;

- расчет реализован в программном продукте, позволяющем работать только с одним уникальным типом исходных данных в соответствии со спецификацией разработчика программного продукта.

Техническим результатом является измерение азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников с приемлемой точностью без применения дополнительных технических средств, размещенных в скважине.

Технический результат достигается тем, что в скважине размещают проверяемый сейсмоприемник, на поверхности над ним размещают контрольный сейсмоприемник, измеряют угол ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север; в течение определенного интервала времени регистрируют массивы наборов мгновенных значений откликов проверяемого и контрольного сейсмоприемников {Х_СС}, {Y_CC}, {Х_КС}, {У_КС} соответственно, полученные с выходов каналов регистрации горизонтальных осей чувствительности с определенной частотой дискретизации; из рабочих диапазонов частот указанных сейсмоприемников выделяют диапазон частот от 0,1 Гц до 1,6 Гц, который разбивают на два набора октав (Δƒ₁, Δƒ₃, Δƒ₅, Δƒ₇) и (Δƒ₂, Δƒ₄, Δƒ₆), при этом четные октавы смещены на ½ октавы относительно нечетных; в каждой октаве Δƒ_j, где j=1,…,7, из массивов {Х_СС}, {Х_КС}, {У_КС} цифровой фильтрацией полосовым фильтром формируют наборы мгновенных значений

по которым создается ряд наборов значений {Х_ССi}_r, {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r, где r=1,…,M_j - номер выборки объемом N_j в полных выборках {Х_СС}, {Х_КС}, {У_КС}, i=1,…,N_j - номер мгновенного значения в массивах {Х_ССi}_r, {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r соответственно; для каждого набора значений {Х_ССi}_r, {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r из набора углов {ϕ_k}, формируемого путем последовательного перебора значений угла в диапазоне от 0 до 360° с шагом Δϕ, определяется угол поворота оси координат ϕ_r, для которого в текущей октаве Δƒ_j будет максимальным коэффициент взаимной корреляции набора мгновенных значений {X_SSi}_j и набора {X'_KSi}_j, полученного по формуле

X'_KSi=X_i⋅cosϕ_k+Y_i⋅sinϕ_k,

где X_i, Y_i - мгновенные значения из наборов {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r;

для каждой октавы Δƒ_j определяют угол между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников ϕ_j усреднением полученных значений углов; для полученного набора средних значений углов {ϕ_j} определяется набор средних значений {ϕ}_L, L≤7, для которого среднее значение угла между осями чувствительности сейсмоприемников Az_CCКC имеет минимальную абсолютную неопределенность, а само значение имеет минимальное смещение относительно средних значений угла {ϕ_j} в октавах Δƒ₁-Δƒ₅, определяют азимут Az_N горизонтальных компонент чувствительности как сумму значений угла между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников Az_CCКC, угла ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север Az_КC и магнитного склонения М в месте установки сейсмоприемников по формуле

Az_N=Az_CCКC+Az_КC+M.

При определении азимута оси X проверяемого сейсмоприемника выполняют следующие действия:

- в скважине размещают проверяемый сейсмоприемник;

- на поверхности над ним размещают контрольный сейсмоприемник;

- измеряют угол Az_КC ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север;

- регистрируют массивы наборов мгновенных значений откликов проверяемого и контрольного сейсмоприемников {Х_СС}, {Y_CC}, {Х_КС}, {У_КС} соответственно, полученные с выходов каналов регистрации горизонтальных осей чувствительности за определенный интервал времени Т с определенной частотой дискретизации Fd;

- диапазон частот от 0,1 до 1,6 Гц разбивают на два набора октав (Δƒ₁, Δƒ₃, Δƒ₅, Δƒ₇) и (Δƒ₂, Δƒ₄, Δƒ₆), при этом четные октавы смещены на ½ октавы относительно нечетных в соответствии с таблицей 1:

- на каждой октаве Δƒ_j, где j=1,…,7, из массивов {Х_СС}, {Х_КС}, {У_КС} цифровой фильтрацией полосовым фильтром формируют наборы мгновенных значений

по которым создается ряд наборов значений {Х_ССi}_r, {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r, где r=1,…,M_j - номер выборки объемом N_j, в полных выборках {Х_СС}, {Х_КС}, {У_КС}, i=1,…,N_j - номер мгновенного значения в массивах {Х_ССi}_r, {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r соответственно;

- для каждого набора значений {Х_ССi}_r, {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r из набора углов {ϕ_k}, формируемого путем последовательного перебора значений угла в диапазоне от 0 до 360° с шагом Δϕ=0,25°, определяют угол поворота оси координат ϕ_r для которого в текущей октаве Δƒ_j будет максимальным коэффициент взаимной корреляции набора мгновенных значений {X_SSi}_j и набора {X'_KSi}_j полученного по формуле

X'_KSi = X_i ⋅ cosϕ_k + Y_i ⋅ sinϕ_k,

где X_i, Y_i - мгновенные значения из наборов {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r;

- для каждой октавы Δƒ_j определяют угол между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников ϕ_j усреднением полученных значений углов;

- для полученного набора средних значений {ϕ_j} определяют набор средних значений {ϕ}_L, L≤7, для которого среднее значение угла между осями чувствительности сейсмоприемников Az_CCКC имеет минимальную абсолютную неопределенность, а само значение имеет минимальное смещение относительно средних значений угла {ϕ_j} в октавах Δƒ₁-Δƒ₅;

- определяют азимут горизонтальных компонент чувствительности как сумму значений угла между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников Az_CCКC угла ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север Az_КC и магнитного склонения М в месте установки сейсмоприемников:

Az_N = Az_CCКC + Az_КC + М.

Claims (5)

1. Способ измерения азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников, заключающийся в том, что в скважине размещают проверяемый сейсмоприемник, на поверхности над ним размещают контрольный сейсмоприемник, измеряют угол ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север; в течение определенного интервала времени регистрируют массивы наборов мгновенных значений откликов проверяемого и контрольного сейсмоприемников {Х_СС}, {Y_CC}, {Х_КС}, {Y_КС} соответственно, полученные с выходов каналов регистрации горизонтальных осей чувствительности с определенной частотой дискретизации; из рабочих диапазонов частот указанных сейсмоприемников выделяют диапазон частот от 0,1 Гц до 1,6 Гц, который разбивают на два набора октав (Δƒ₁, Δƒ₃, Δƒ₅, Δƒ₇) и (Δƒ₂, Δƒ₄, Δƒ₆), при этом четные октавы смещены на ½ октавы относительно нечетных; в каждой октаве Δƒ_j, где j=1,…,7, из массивов {Х_СС}, {Х_КС}, {Y_КС} цифровой фильтрацией полосовым фильтром формируют наборы мгновенных значений

   

   

   

   по которым создается ряд наборов значений {X_CCi}_r, {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r, где r=1,…,M_j - номер выборки объемом N_j - в полных выборках {Х_СС}, {Х_КС}, {Y_КС}, i=1,…,N_j - номер мгновенного значения в массивах {X_CCi}_r, {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r соответственно; для каждого набора значений {X_CCi}_r, {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r из набора углов {ϕ_k}, формируемого путем последовательного перебора значений угла в диапазоне от 0 до 360° с шагом Δϕ, определяется угол поворота оси координат ϕ_r, для которого в текущей октаве Δƒ_j будет максимальным коэффициент взаимной корреляции набора мгновенных значений {X_SSi}_j и набора {X'_KSi}_j, полученного по формуле
2. X'_KSi=X_i ⋅ cosϕ_k + Y_i ⋅ sinϕ_k,
3. где X_i Y_i - мгновенные значения из наборов {Х_КСi}_r, {Y_КСi}_r;
4. для каждой октавы Δƒ_j определяют угол между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников ϕ_j усреднением полученных значений углов; для полученного набора средних значений углов {ϕ_j} определяется набор средних значений {ϕ}_L, L≤7, для которого среднее значение угла между осями чувствительности сейсмоприемников Az_CCКC имеет минимальную абсолютную неопределенность, а само значение имеет минимальное смещение относительно средних значений угла {ϕ_j} в октавах Δƒ₁-Δƒ₅, определяют азимут Az_N горизонтальных компонент чувствительности как сумму значений угла между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников Az_CCКC, угла ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север Az_КC и магнитного склонения М в месте установки сейсмоприемников по формуле
5. Az_{N =} Az_CCКC + Az_КC + М.