Способ азимутальной ориентации сейсмоприемников многоприборного трехкомпонентного зонда в скважинах

 

СПОСОБ АЗИМУТАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ МНОГОПРИБОРНОГО ТРЕХКОМПОНБНТНОГО ЗОНДА В СКВАЖИНАХ, заключающийся в ориентации по магнитному полю, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности ориентации сейсмоприемников в скважинах, обсаженных стальными трубами, ориентацию сейсмоприемников зонда осуществляют по предварительно созданному асимметричному магнитному полю. , СП 4; ел 00 ч|

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

3 МЛ Н

РЕСПУБЛИК

3(5В G 01 V 40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ (21,) 3327505/18-25 (22) 06.08.81 (46) 30 09 83. Вюл. Ю ЗЬ (72) A.A.Èåíüòroêîâ, Ф.И.Суэдальницкий, В.И.Максимов и Г.Г.Сафиуллин (71) Институт геологии и геофизики

Сибирского отделения AH СССР и Сибирская геофизичЕская экспедиция

Управления промысловой и полевой геофизики (53) 550 ° 834(088 ° 8) (56) 1. Лебедев К.А. и др. Усовершенатвование методики и техники трехкомпонентных наблюдений.- ОтЧеты о результатах тематической партии 9 12, Новосибирск, СибГЭ ИГиГ СО AH CCCP .

° 1978 - 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

9 157516, кл. G 01 Ч 1/40 1962 (прототип).

„.Я0„„451 7 А (54) (57) СПОСОБ АЗИМУТАЛЬНОЙ ОРНЕНТАЦИИ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ МНОГОПРИВОРНОГО

ТРЕХКОМПОНЕНТНОГО ЗОКЦА В СКВАЖИНАХ эаключакицийся в ориентации по магнитному полю, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и точности ориентации сейсмоприемников в скважинах, обсаженных стальными трубами, ориентацию сейсмоприемников зонда осуществляют по предварительно созданному асимметричному магнитному полю;

1045187

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и сейсмическим наблюдениям и предназначено преимущественно для ориентации сейсмоприемников в обсаженных стальными трубами скважинах. 5

Изэестен х ироскопический способ ориентации в пространстве, основанный на свойстве оси вращения какоголибо тела (волчка) сохранять первоВ начально заданное направление. От 1Î этого направления и отсчитываются углы ориентации.

Для реализации гироскопического способа применяются, например, свободные трехстепенные гироскопы, сох- 15 раняющие первоначально заданное направление осн вращения гиромотора (гироузла), независимо от направления движения основания гироскопа или объекта, на котором ".èðîñêîï устанев- 0 лен.

Для ориентации сейсмоприемников в скважинах по данному способу разработаны многоприборные зонды с гироскопическими системами, содержащими трехстепенной свободный гироскоп, систему слежения за ориентацией сейсмоприемников относительно направления оси вращения гиромотора, систему принудительной ориентации сейсмоприемников в нужном азимуте и систему передачи данных об ориентации сейсмоприемников íà поверхность на .пункт управления tIJ.

Однако использование гироскопичес-35 ких систем ориентации сеймосприемников в скважинных зондах связано с уменьшением надежности, так как гироскоп — это электромеханическая сис:тема с большим количеством элементов,40 высокой сложности; с увеличением стоимости скважинных приборов, так как стоимость гироскопон, отвечающих техническим требованиям разрабатывае-. мой скважинной аппаратуры, исчисляет-4 ся десятками тысяч рублей, а также со снижением производительности,, связанной с большими габаритами и эначительной массой каждого прибора зонда диаметр 110 мм, длина 2 м, масса одного прибора с присоединительной арматурой 100 кг, число приборов в зонде шесть),что приводит к необходимости разработки и эксплуатации специальных спускоподъемных устройств.

Снижение производительности связано также с затратами времени на разгон и торможение гиромоторов.

Известен способ ориентации в пространстве по магнитному полю Земли, основанный на свойстве способных к намагничиванию тел устанавливаться своими длинными осями по касательной к магнитным силовым линиям поля.

Для реализации этого способа разработаны приборы, называемые компасами нли буссолями, главным элементом которых является, например, магнитная стрелка, имеющая свободу вращения в плоскости ориентации. Стрелка устанавливается в магнитном поле, указывая направление на полюс Земли.

От этого направления и отсчитываются углы ориентации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ азимутальной ориенс тации сейсмоприемников в необсаженных скважинах, заключающийся в ориентации по магнитному полю Земли (2).

Устройство, реализующее способ, содержит чувствительный к магнитному полю Земли элемент и систему слежения за ориентацией сейсмоприемников относительно направления на магнитный полЮс Земли, определяемого чувствительным элементом. .Однако в обсаженных скважинах данные устройства не применяются, так как стальная обсадная колонна сильно экранирует земное магнитное поле.

Цель изобретения - повышение надежности и точности ориентации.. сейсмаприемников в скважинах, обса" женных стальными трубами.

Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу азимутальной ориентации сейсмоприемников многоприборного трехкомпонентного зонда в скважинах, заключающемуся в ориентации по магнитному полю, ориентацию сейсмоприемников зонда осуществляют по предварительно созданному асимметричному магнитному полю.

Способ осуществляется с помощью устройства, представляющего собой мИогоприборный ориентируемый зонд, включающий систему передачи угла ори.ентации сейсмоприемников от прибора к прибору, например,по поляризованному лучу света и состоящий не менее чем из двух соединенных кабелем приборов, каждый из которых содержит охранный кожух с прижимным центрирующим устройством, контейнер с сейсмоприемниками и систему дистанционной. передачи сейсмических данных и угла ори" ентации на поверхность.

При этом один иэ приборов зонда содержит чувствительный к магнитному полю элемент, например магнитную стрелку, а другой — устройство для создания внутри обсадной колонны асимметричного магнитного поля, например контактирующую со стенкой скважины магнитную головку.

Способ можно осуществить и посредством многоприборного зонда с фиксированной взаимной ориентацией приборов, когда приборы между собой соединены металлорукавом так, что разворот одного прибора вызовет разворот другого на такой же угол в азимутальной плоскости.

1045187

Способ заключается в том, что при движении зонда вдоль ствола скважины создают асимметричное магнитное поле, а при помощи устройства ориентации по магнитному полю определяют азимутальную ориентацию сейсмоприемникон относительно вектора наведенного поля. Азимутальное направление вектора определяют на каждой точке наблюдения путем суммирования угла азимутальной .ориентации сейсмоприемникон 10 на верхней точке наблюдения (на устье. скважины) и углов расхождения между азимутальными направлениями векторов, определенных посредством устройства ориентации по магнитйому полю íà f5 пройденных точках наблюдения, т.е.

20 где ц — угол истинной азимутальной

l ориентации сейсмоприемников зонда на устье скважины, определяемый инструментальным путем, например, при по-25 моши буссоли и теодолита; угол истинной азимутальной ориентации на i-й точке наблюдения

b(p разность углов ориентации, регистрируемая чувствительным элементом на 1-й и

i-1-й точках наблюдения

1 — номер точки наблюдения, Асимметричное или неоднородное магнитное поле наводится внутри об- 35 садной колонны посредством магнитной головки, создающей при пропускании через нее постоянного электрического тока магнитное, поле, взаимодействующее с обсадной колонной, и наводя-40 щей в ней остаточное (сохраняющееся после выключения тока в магнитной головке) магнитное поле,(в однородном магнитном поле величина вектора поля но всех направлениях одинакова, поэтому в таком поле ориентация невозможна).

Асимметричное магнитное поле внутри обсадной колонны можно создать днумя способами бескоитактным и контактным, причем поле может быть сплошным, непрерывным вдоль всего ствола скважины или прерывистым, дискретным — только на точках наблюдения.

Бесконтактным способом асимметричное магнитное поле можно навести внутри обсадки посредством магнитной головки,,установленной внутри скважинного прибора с немагиитным кожухом. При этом конфигурация поля, re- 60 нерируемая магнитной голонкой, такова, что направление вектора наводимого поля относительно кожуха прибора, в котором установлена магнитная го ловка, определено заранее. 65

B данном примере предполагается, что колонна намагничена дискретно только на точках наблюдения. При этом на стенке скважины контактным способом наносится магнитная метка.

Ориентацию сейсмоприемников зонда можно определять как одновременно с намагничиванием обсацной колонны, так и раздельно, т.е, сначала намагнитить обсадную колонну скважины на нсю глубину, а затем при повторном ходе ориентировать сейсмоприемники и произнодить геофизические наблюдения.

Способ реализуется с помощью устройства, содержащего чувствительный элемент (например, магнитную стрелку, имеющую свободу вращения в азимутальной плоскости), ориентирующий" ся н направлении вектора наведенного магнитного поля. При помощи системы слежения снимается значение угла ориентации чувствительного элемента относительно охранного кожуха и передается посредством дистанционкой системы передачи данных на понерхность.

Повторные работы в скважине можно проводить зондом, содержащим только устройство ориентации по ранее наведенному внутри стальной обсадки магнитному полю, принязка экстремальных значений которого по глубине и азимуту осуществлена ранее при работе по предлагаемому способу. Это ноэможно, поскольку наведенное поле сохраняется практически беэ изменения в течение длительного времени.

На чертеже показан зонд.

Зонд состоит из приборон 1 и 2, соединенных кабелем 3, и оснащен системой передачи угла ориентации сейсмоприемникон от пфйбора к прибору по поляризованному лучу света, которая включает в себя источник 4 поляризованного света, снетонод 5 и приемник 6 поляризованного света. B каждом приборе размещены сейсмоприемники 7 и система 8 дистанционной передачи сейсмических данных и угла ориентации сейсмоприемников на по верхность. В приборе 2 установлена магнитная головка 9, состоящая. из разомкнутого кольцевого ферромагнитного сердечника с катушкой из электропронода, а н приборе 1 - чувствительный к магнитному полю элемент 10, например магнитная стрелка - устрой- ство ориентации по наведенному магнитному полю.

Порядок работы с зондом по предлагаемому способу следующий.

Зонд устананливают на первой верхней базе наблюдения и прижимают все приборы к стенке скважины> ориентируют прибор 1 по сторонам света инструментально (при помощи, например, буссоли и теодолита) и определяют

1045187 ориентацию сейсмоприемников остальных приборов по поляризованному лучу света. Затем производят геоФиэические наблюдения, наносят магнитную метку на обсадную колонну прн помощи магнитной головки 9, расположенной ,в.приборе 2<,.отжимают все приборы, . опускают зонд на следующую базу наблюдения таким образом, чтобы прибор

1 встал на место прибора 2, и снова прижимают приборы к стенке скважины, ориентируют прибор 1 зонда по магнитной метке, положение которой на обсадной колонне относительно сторон света определено на предыдущей точКВе 15

Далее все операции, начиная с геоФизических наблюдений, повторяют.

Угол ориентации сейсмоприемников зонда от одной точки наблюдения к . другой передается по поляризованно- О му лучу света с использованием магнитной метки как начала отсчета угла.

Зонд работает следующим образом.

Приборы зонда устанавливают на верхней базе наблюдения такнм образом, чтобы прибор 1 встал на устье. скважины. Прибор 1 ориентируют по сторонам света инструментально, например, при помощи буссоли и теодолита. Направление вектора поляризации источников света всех приборов зонда определено заранее и совпадает с направлением одной из компонент всех установок сейсмоприемников зонда,. например Х-компоненты. Это направление отмечено на корпусах soex приборов н является началом отсчета угла поворота чувствительного элемента 10 магнитной системы ориентации прибора 1..Поворот прибора 1 в азимутальной плоскости относительно 4О .прибора 2 будет отмечен приемником поляризованного света прибора 2, так как с разворотом прибора 1 поворачивается на тот же угол,и вектор поляризации его источника поляризованного света. Разворот каждого вышестоящего прибора в системе зонда относи- тельно соответствующего ему нижнего прибора будет отмечен благодаря оптической связи по светоцроводу 5 приемником поляризованного света нижнего прибора.

Таким образом может быть определена взаимная ориентаМия всех приборов зонда, т.е. азимутальная ориентация одного прибора относительно другогО, а вместе с тем и ориентация сейсмо приемников на каждой базе наблюдения.

После производства геоФизических. наблюдений на первой базе наблюдения 66 на стенке скважины при помощи магнитВНИИПИ Заказ 7548/49

Филиал ППП "Патент", r . ной головки 9 прибора 2 делается ;;агнитная метка. Положение метки на стенке скважины относительно охранного кожуха прибора известно ° Это заложено в конструкции прибора. Далее

1 приборы отжимаются и зонд перемещается на вторую базу наблюдения так, чтобы прибор 1 занял место прибора 2.<

Чувствительный элемент системы магнитной ориентации сориентируется в направлении магнитной метки и укажет величину расхождейия,,т.е. на какой угол развернулся прибор при передвижении с верхней базы наблюдения. Магнитная метка на этой базе наблюдения становится началом отсчета угла ориентации всех приборов зонда, взаимную ориентацию которых определяют, как и на первой базе наблюдения, по системе передачи угла го поляризованному лучу света.

Устройство для нанесения метки на стенку скважины может представлять собой магнитную головку, состоящую или из разомкнутого кольцевого фер- < ромагннтного сердечника с обмоткой из электропровода„через которую пропускается постоянный электрический ток, или постоянного Магнита.

Магнитная метка наносится при контакте полюсных наконечников выносной магнитной головки со стальной обсад-. кой скважины (магнитная головка условно показана внутри скважинного приборами.

С зондом можно работать и снизу вверх. Но в этом случае приборы 1 и

2 в системе зонда нужно поменять местами оо

Для ориентации по наведенному полю можно испольэовать системы ориен- тации по магнитному полю Земли, Такие устройства используются при работе в необсаженных скважинал, например, для целей инклинометрии. Корпу<.a скважинных приборов, в которых располагается система магнитной ори ентации, должны быть немагнитные.

Точность ориентации по предлагаемому способу зависит от величины экстремального значения наведенного магнитного поля ширины экстремума, чувствительности системы ориентации, точности центрирования приборов в скважине.

Предлагаемый способ предпочтительнее гироскопических, так как может быть реализован посредством разработанных известных систем и способа ориентации по магнитному полю Земли, несложных в эксплуатации, более экономичных по„ энергопитанию, имеющих меньшие габариты при большей надежности„ точности и меньшей стоимости.

Тираж 710 Подписное ужгороду ул.- Проектнаяе4,