SU864218A1 - Многоприборный трехкомпонентный ориентируемый зонд - Google Patents

Description

Изобретение относится к сейсмическим исследованиям и предназначено для ориентации сейсмоприемников в скважинах. с

Известны устройства для ориентации ³ сейсмоприемников в скважинах, основанные на использовании: магнитного поля Земли fl], данных инклинометрии скважины [2], гироскопов Гз]. «д

Известна также конструкция скважинного прибора с гироскопом f43 .

Скважинные приборы, в которых ориентация сейсмоприемников осуществляется по магнитному полю Земли, могут работать только в необсаженных сква- 15 жинах, так как обсадная колонна,обычно стальная, очень сильно экранирует магнитное поле Земли.

Скважинные зонды, основанные на использовании данных инклинометрии 20 могут работать только в наклонных скважинах. При малых углах наклона скважины точность ориентации резко падает.

Использование гироскопической сис- ²⁵ темы ориентации сейсмоприемников связано с уменьшением надежности из-за большого количества сложных элементов, с увеличением стоимости работ: малогабаритные гироскопы малой 30 точности - на тысячи и высокой точности - на десятки тысяч рублей, со снижением производительности из-за затрат времени на разгон и торможение гиромотора, а также с увеличением потребляемой мощности, что особенно важно в полевых условиях при питании от аккумуляторов.

Известно устройство, представляющее собой многоприборный зонд, скважинные приборы которого соединены между собой бронированным кабелем, каждый из скважинных приборов зонда снабжен гироскопом, системами слежения, принудительной ориентации и Дистанционной передачи угла на поверхность, контейнером с трехкомпонентной установкой се'йсмоприемников и прижимным устройством. Кроме того, скважинные приборы этого зонда соединены между собой гибким валом типа ВС-.20 диаметром 20 мм. Имея гибкие механические связи, обладающие малой жесткостью изгиба, зонд свободно передвигается по ствблу скважины, повторяя все ее отклонения от вертикали. А так как гибкий вал обладает большой жесткостью кручения, охранные кожухи приборов этого зонда сохраняют один и тот же азимут. При Наличии систем принудительной ориента ции сейсмоприемников по азимуту относительно кожуха и дистанционной передачи угла на> поверхность все контейнеры с сейсмоприемниками в таком зонде можно ориентировать в заданном направлении [~5j .

Недостатком этого устройства является то, что гибкая механическая связь на основе гибкого вала типа ВС-20 длиной 10 м при приложении момента сил 20 кг/см (расчетный мрмент сил трения для зонда массой 300 кг, угле наклона скважины 7⁰ и коэффициенте трения скважинного прибора о стенки скважины 0,15) дает ошибку в определении угла в азимутальной плоскости около 30°. Кроме того, гибкие механические связи между скважинными приборами неизбежно создают дополнительные' акустические связи.

Цель изобретения - повышение точности ориентации и уменьшение величины акустической связи между скважинными приборами ориентируемого трехкомпонентного зонда.

Указанная цель достигается тем, что в многоприборном трехкомпонентном ориентируемом зонде, состоящем из соединенных кабелем скважинных приборов, один из приборов зонда содержит гироскопическую систему стабилизаций угла в азимутальной плоскости и дополнительно оснащен источником поляризованного света, а каждый из остальных приборов зонда содержит на одном конце в контейнере с сейсмоприемниками источник поляризованного света, а на другом - приемник, выход которого связан со входом системы» слежения, при этом торцы скважинных приборов снабжены прозрачными окнами.

для повышения точности ориентации при работе в мутных буровых растворах скважинные приборы зонда от окна к окну соединены между собой герметичной гибкой трубкой, заполненной прозрачной жидкостью.

Контейнеры всех скважинных приборов , кроме одного (с гироскопической стабилизацией), ориентируются в направлении поляризации света. При этом уменьшается число гироскопических приборов в зонде и, следовательно, увеличивается его надежность, устраняются дополнительные акустические Связи Между скважинными приборами и повышается точность ориентации.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства) на фиг,2 - функциональная ' схема следящей, системы/ на фиг.3,4, 5 - эпюры напряжений, поясняющие работу следящей системы.

Так как все приборы зонда, за исключением прибора, содержащего гироскоп, устроены одинаково и работают аналогично, здесь описан зонд, состоящий из двух приборов. Каждый · прибор имеет охранный кожух 1 с ка белем и прижимным устройством (не показано). Верхний прибор содержит кон-/ тейнер 2 с трехкомпонентной установкой системоприемников (СП ),гироскоп, системы принудительной ориентации и дистанционной передачи угла на поверхность (не показан) . В контейнере 2 помещен источник 3 поляризованного света. Контейнер вращается в охранном кожухе на опорах 4. Охранные кожухи снабжены прозрачными окнами 5. Приборы соединены гибкой герметичной трубкой б, наполненной прозрачной жидкостью. Нижний прибор содержит контейнер 7, вращающийся на опорах, с размещенными в нем сейсмоприемниками СП, фотоприемником 8 поляризованного света, следящей системы 9, включающей в себя системы принудительной ориентации контейнера относительно охранного кожуха и дистанционной передачи угла на поверхность. На другом торце контейнера установлен источник 3 поляризованного света.

Зонд работает следующим образом.

Контейнер 2 сейсмоприемников верхнего прибора ориентируется по азимуту гироскопической системой. Направление поляризации света источника 3 при этом совпадает с направлением осей о одной из компонент сейсмоприемника, например У-компонентой. Поляризованный свет от источника 3 попадает на фотоприемник 8 нижнего скважинного прибора; напряжение с выхода фотоприемника 8, являющееся функцией взаимного азимутального положения источника 3 света и фотоприемника 8, усиливается, логически обрабатывается и подается на исполнительный двигатель следящей системы, который поворачивает контейнер сейсмоприемников¹ 7 с фото прием ни ком 8' до тех пор, пока 'сигнал с выхода фотоприемника не уменьшится до минимума. Установление минимального уровня сигнала с фотоприемника 7 говорит о том, что у-компоненты верхнего и нижнего приборов совпали. Таким образом, сейсмоприемники верхнего и нижнего приборов сохраняют одинаковую ориентацию в пространстве.

Следящая система 9 может быть реализована по функциональной схеме, представленной на фиг.2. Она состоит из дифференцирующей цепи 10, порогового устройства 11, формирователя импульсов (например, ждущего мультивибратора) 12, триггера 13 и исполнительного двигателя 14.

Следящая система работает следующим образом.

При поступалении команды с поверхности Начало работы (команда поступает, когда зонд стоит на точке наблюдения) формирователь 12 формирует импульс, от которого срабатывает триггер 13 и включается двигатель 14. Двигатель поворачивает контейнер сейсмо864218 приемников с установленным на нем приемником поляризованного света. Сигнал на выходе фотоприемника при этом изменяется, как показано на фиг.З, и поступает в дифференцирующую цепь 10. Сигнал с выхода дифференцирующей цепочки имеет вид, показанный на фиг.4. При пересечении сигналом порогового уровня и_пор. (фиг.4) снизу вверх срабатывает пороговое устройство 11 и переводит триггер 13 в исходное состояние. Двигатель 14 при этом останавливается в положении, соответствующем минимуму сигнала на выходе фотоприемника (фиг. 5 ). Диаграмма направленности системы с поляризованными источниками и приемниками света является периодической функцией с периодом 180? Для устранения неопределенности 0, JT можно, использовать различные методические приемы. Например, при потрассовой·перезаписи полученного сейсмического материала в необходимых случаях могут включаться фазовые инверторы на 18и°. Экспериментально измерялось закручивание каротажного кабеля в скважине. При длине каротажного кабеля не более 10 м угол его закручивания не превышает ‘90°. На основании этого факта может быть предложен другой способ устранения неоднозначности 0 , Jf . Дистанционной системой передачи угла измеряются азимуты контейнеров сейсмоприемников верхнего и нижнего .скважинных приборов относительно их охранных кожухов. Затем вычисляется их разность. При разности азимутов более допустимой (в нашем случае 190°) системой принудительной ориен- , тации контейнер сейсмоприемников нижнего скважинного прибора поворачивается на 180°..Эта последовательностьДО операций повторяется затем для всех последующих скважинных приборов. Преимуществом такой схемы реализации следящей системы является высокая точность установки фотоприемника в положение минимума его диаграммы направленности при изменении амплитуды сигналов на его выходе и устранение влияния деполяризации света в жидкости, приводящее к'увеличению уровня и_Мии>(фиг.З ).

Положительным эффектом устройства является существенное уменьшение количества гироскопов и. ликвидация акустических связей между скважинными приборами.

Claims (5)

1. Изобретение относитс  к сейсмичес ким исследовани м и предназначено дл  ориентации сейсмоприеМников в скважинах. Известны устройства дл  ориентаци сейсмоприемников в скважинах, основанные на использовании: магнитного пол  Земли И, данных инклинометрии скважины f2, гироскопов ГзЗ. Известна также конструкци  скважи ного прибора с гироскопом 41 . Скважинные приборы, в которых ори таци  сейсмоприемников осуществл етс  по магнитному полю Земли, могут работать только в необсаженных скважинах , так как обсадна  колонна,обыч но стальна , очень сильно экранирует магнитное поле Земли. Скважинные зонды, основанные на использовании данных инклинометрии могут работать только в наклонных скважинах. При малых углах наклона скважины точность ориентации резко падает. Использование гироскопической сие темы ориентации сейсмоприемников св  зано с уменьшением надежности из-за большого количества сложных элементов , с увеличением стоимости работ: малогабаритные гироскопы малой точности - на тыс чи и высокой точности - на дес тки тыс ч рублей, со снижением производительности из-за затрат времени на разгон и торможение гиромотора, а также с увеличением потребл емой мощности, что особенно важно в полевых услови х при питании от аккумул торов. Известно устройство, представл ющее собой многоприборный зонд, скважинные приборы которого соединены между собой бронированным кабелем. Каждый из скважинных приборов зонда снабжен гироскопом, системами слежени  принудительной ориентации и Дистанционной передачи угла на поверхность, контейнером с трехкомпонентной установкой сейсмоприемников и прижимным устройством . Кроме того, Скважинные приборы этого зонда соединены между собой гибким валом типа ВС-.20 диаметром 20 мм. Име  гибкие механические св зи, обладающие малой жесткостью изгиба, зонд свободно передвигаетс  по ствблу .скважины, повтор   все ее отклонени  от вертикали. А так как гибкий вал обладает большой жесткостью кручени , охранные кожухи приборов этого з,онда сохран ют один и тот же азимут. При йаличии систем принудительной ориента .ции сейсмоприемников по азимуту отно сительно кожуха и дистанционной пере дачи угла Hai поверхность все контейнеры с сейсмоприемниками в таком зон де можно ориентировать в заданном направлении fs}. Недостатком этого устройства  вл  етс  то, что гибка  механическа  св  на основе гибкого вала типа ВС-20 длиной 10 м при приложении момента сил 20 кг/см (расчетный мрмент сил трени  дл  зонда массой 300 кг, угле наклона скважины 7 ° и коэффициенте трени  скважинного прибора о стенки скважины 0,15) дает ошибку в определении угла в азимутальной плоскости около 30°. Кроме того, гибкие механические св зи между скважинными при борами неизбежно создают дополнитель ные акустические св зи. Цель изобретени  - повышение точности ориентации и уменьшение величины акустической св зи между скважи ными приборами ориентируемого трехкомпонентного зонда. Указанна  цель достигаетс  тем, что в многоприборном трехкомпонентном ориентируемом зонде, состо щем из соединенных кабелем скважинных приборов, один из приборов зонда содержит гироскопическую систему стабилизации угла в азимутальной плоскости и дополнительно оснащен источником пол ризованного света, а кажды из остальных приборов зонда содержит на одном конце в контейнере с сейсмо приемниками источник пол ризованного света, а на другом - приемник, вы ход которого св зан со входом системы ) слежени , при этом торцы скважинных приборов снабжены прозрачными окнами. Дл  повышени  точности ориентации при работе в мутных буровых растворах скважинные приборы зонда от окна к окну соединены между собой герметичной гибкой трубкой, заполненной прозрачной жидкостью. Контейнеры всех скважинных приборов , кроме одного (с гироскопической стабилизацией), ориентируютс  в направлении пол ризации света. При этом уменьшаетс  число гироскрпических приборов в зонде и, следовательно , увеличиваетс  его надежность, устран ютс  дополнительные в.хустичес кие Св зи Между скважи ч-ными приборами и повышаетс  точность ориентации На фиг.1 приведена блок-схема ус ройства} на фиг,2 - функциональна  схема след щей,-системы/ на фиг. 3,4, 5 - эпюры напр жений, по сн ющие работу след щей системы. Так как все приборы зонда, за исключением прибора, содержащего ги роскоп, устроены одинаково и работа ют аналогично, здесь описан зонд, состо щий из двух приборов. Каждый прибор имеет охранный кожух 1 с кабелем и прижимным устройством (не показано ). Верхний прибор содержит контейнер 2 с трехкомпонентной установкой системоприемников (СП ) .гироскоп, системы принудительной ориентации и дистанционной передачи угла на поверхность (не показан) . В контейнере 2 помещен источник 3 -пол ризованного света. Контейнер вращаетс  в охранном кожухе на опорах 4. Охранные кожухи снабжены прозрачными окнами 5. Приборы соединены гибкой герметичной трубкой б, наполненной прозрачной жидкостью. Нижний прибор содержит контейнер 7, вращающийс  на опорах , с размещенными в нем сейсмоприемниками СП, фотоприемником 8 пол ризованного света, след щей системы 9, включающей в себ  системы принудительной ориентации контейнера относительно охранного кожуха и дистанционной передачи угла на поверхность. На дру-гом торце контейнера установлен источник 3 пол ризованного света. Зонд работает следующим образом. Контейнер 2 сейсмоприемников верхнего прибора ориентируетс  по азимуту гироскопической системой. Направление пол ризации света источника 3 при этом совпадает с направлением осей одной из компонент сейсмоприемника, например у-компонентой. Пол ризованный свет от источника 3 попадает на фотоприемник 8 нижнего скважинного прибора; напр жение с выхода фотоприемника 8,  вл ющеес  функцией взаимного азимутального положени  источника 3 света и фотоприемника 8, усиливаетс , логически обрабатываетс  и подаетс  на исполнительный двигатель след щей системы, который поворачивает контейнер сейсмоприемников 7 с фото прием ни ком 8 до тех пор, пока сигнал с выхода фотоприемника не уменьшитс  до минимума. Установление минимального уровн  сигнала с фотоприемника 7 говорит о том, что У-компокенты верхнего и нижнего приборов совпали. ТакимОбразом, сейсмоприемники верхнего и нижнего приборов сохран ют одинаковую ориентацию в пространстве . След ща  система 9 может быть реализована по функциональной схеме, представленной на фиг.2. Она состоит из дифференцирующей цепи 10, порогового устройства 11, формировател  импульсов (например, ждущего мультивибратора ) 12, триггера 13 и исполнительного двигател  14. След ща  система работает следующим образом.. При поступалении команды с поверхнести Начало работы (комайда поступает , когда зонд стоит на точке наблюдени ) формирователь 12 формирует импульс, от которого срабатывает триггер 13 и включаетс  двигатель 14. Двигатель поворачивает контейнер сейсмоприемников с установленным на нем приемником пол ризованного света. Си нал на выходе фотоприемника при этом измен етс , как показано на фиг.З, и поступает в дифференцирующую цепь 10 Сигнал с выхода дифференцирующей цепЪчки имеет вид, показанный на фиг.4 При пересечении сигналом порогового уровн  ипорЛФиг.4) снизу вверх сра батывает пороговое устройство 11 и переводит триггер 13 в исходное состо ние . Двигатель 14 при этом останавливаетс  в положении, соответству щем минимуму сигнала на выходе фотоприемника (фиг.З ). Диаграмма направленности системы с пол ризованными источниками и приемниками света  вл етс  периодической функцией с периодом 180 Дл  устранени  неопределенности О, JT можно использовать раз личные методические приемы. Например при потрассовой.перезаписи полученного сейсмического материала в необходимых случа х могут включатьс  фазовые инверторы на 18и°. Экспериментально измер лось закручивание каротажного кабел  в скважине. При длине каротажного кабел  не более 10 м ; угол его закручивани  не превышает 90. На основании этого факта может быть предложен другой спеэсоб устранени  неоднозначности О , J . Дистанционной системой передачи угла измер ютс  азимуты контейнеров сейсмоприемников верхнего и нижнего .скважинных приборО1з относительно их охранных кожухов. Затем вычисл етс  их разность. Ори разности азимутов более допустимой (в нашем случае t90°) системой принудительной ориентации контейнер сейсмоприемников ниж него скважинного прибора поворачиваетс  на 180°..Эта последовательнос операций повтор етс  затем дл  всех последующих скважинных приборов. Пре имуществом такой схемы реализации след щей системы  вл етс  высока  точность установки фотоприемника в положение минимума его диаграммы -нап равленности при изменении амплитуды сигналов на его выходе и устранение вли ни  депол ризации света в жидкости , привод щее кувеличению уровн и„,,„,{фиг.З). Положительным эффектом устройства  вл етс  существенное уменьшение koличecтвa гироскопов и. ликвидаци  акустических св зей между скважинными приборами. Формула изобретени  1.Многоприборный трехкомпонентный ориентируемый зонд, включающий гироскопическую систему ориентации и состо щий из соединенных кабелем скважинных приборов, каждый из которых содержит вращающийс  контейнер с сейсмоприемниками, систему дистанционной передачи угла и принудительной ориентации, контейнеров по азимуту относительно охранных кожухов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности ориентации, надежности и уменьшени  акустической св зи между скважинными приборами зонда, один из приборов.зонда содержит гироскопическую систему стабилизации угла в азимутальной плоскости и источник пол ризованного света, а каждый из остальных приборов зонда содержит на одном конце в контейнере с сейсмоприемниками источник .пол ризованного света, а на другом - приемник , выход которого св зан со входом системы слежени , при этом торцы скважинных приборов снабжены прозрачньзми окнами. 2.Зонд по П.1, о тличаю щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности ориентации в мутных буровых растворах, приборы соединены от окна к окну герметичной гибкой трубкой , заполненной прозрачной жидкостьщ Источники инфор 4ации, прин тые во внимание при экспертизе I 1. Авторское свидетельство СССР 157516, кл. G 01 V. 1/40, 1962.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 314165, кл. 6 01 V 1/16, 1968.
3. 3.Виноградов Ф. В. Некоторые результаты опробовани  скважинного трехкс ипонентного сейсмоприемника с автоматической ориентировкой. Сб. Поперечные и обменные волны в сейсморазведке , М., Недра, 1967, с.141-145.
4. 4.Аксенова Г.А., Гальперин Е.И. и др. Трехкомпонентные снар да и определение их ориентировки в скважине. Сб. Вопросы рудной геофизики в Казахстане . Алма-Ата, 1974, 7 с.21-23.
5. 5.Лебедев К.А., Гринев В.П. и др. Отчет о результате работ тематической партии № 12/78 по теме: Усовершенствование методики и техники и трехкомпонентных наблюдений. Сиб. ГЭ ИГиГ СО АН СССР. Новосибирск, 1978. Фонды ЦТЭ,- ВГФ,.Москва (прототип).