Многоприборный трехкомпонентный ориентируемый зонд

 

Союз Советскии

Социалистическим

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 310579 (21} 2771935/18-25 (51 jN. Nll.

G 01 V 1/16 с присоединением заявки HP

{23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по ямам изобретений я открытий

{53) УДК 550. 83 (088. 8 ) Опубликовано 150981. Бюллетень М9 34

Дата опубликования описания 15.0981 (72) Авторы изобретения

A. A.Ìåíüòþêîâ, Ф. М. Суздальницкий и В.И.Максимов

Институт геологии и геофизики Сибирского Ьтделеиия

AH СССР и Сибирская геофизическая экспедиция Управления промысловой и полевой геофизики

p3) Заявители (54 ) МНОРЭПРИБОРНЫЙ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ ОРИЕНТИРУЕМЫЙ

ЗОНД

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

Известны устройства для ориентации сейсмоприемников в скважинах, основанные на использовании: магнитного поля Земли (1), данных инклинометрии скважины P2), гироскопов (33.

Известна также конструкция скважинного прибора с гироскопом (41 .

Скважинные приборы, в которых ориентация сейсмоприемников осуществляется по магнитному полю Земли, могут работать только в необсаженных сква- тз жинах, так как обсадная колонна,обыч-. но 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-эа 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 иэ скважинных приборов зонда снабжен гироскопом, системами слежения, иринудительной 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 BC-.20 диаметром

20 мм. Имея гибкие механические связи, обладающие малой жесткостью изгиба, зонд свободно передвигается по стволу .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 8б4218 ции сейсмонриемников по азимуту относительно кожуха и дистанционной передачи угла на> поверхность все контейнеры с сейсмоприемниками в таком зонде можно ориентировать в заданном направлении $5).

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 7 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 вели- 2О чины 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 стабилизации угла в аэимутальной 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, вы- З5 ход которого связан со входом системы слежения, при этом торцы скважинных приборов снабжены прозрачными окнами.

Для повышения точности ориентации ®Q 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 а;сустические 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 р исключением прибора, содержащего гироскоп, устроены одинаково и работают аналогично, здесь описан зонд, состоящий иэ двух приборов. Каждый прибор имеет охранный кожух 1 с кабелем 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 герI метичной трубкой б, наполненной прозрачной жидкостью. Нижний прибор содержит контейнер 7, вращающийся íà oIIo рах, 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. Ha рру-. гом 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 а 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 сейсмоприемников 7 с фотоприемником 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" (комайда посту ает, 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.3, и поступает в дифференцирующую цепь 10.

Сигнал с выхода дифференцирующей цепочки имеет вид, показанный на фиг.4.

При пересечении сигналом порогового уровня Од р (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 яв- 15 ляет..я периодической функцией с периодом 180. Для устранения неопредео ленности О, Т можно использовать различные методические приемы. Например, при потрассовой.перезаписи получен- 20 ного сейсмического материала в необходимых случаях могут включаться фазовые инверторы на 180 . Эксперименс тально 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 О, У . Дистанционной системой передачи угла измеряются азимуты контейнеров сейсмоприемников верхнего и нижнего,скважинных приборов относительно нх охранных кожухов. Затем вычисляется их разность. При разности азимутов более допустимой (в нашем случае 90 ) системой принудительной ориентации контейнер сейсмоприемников нижнего скважинного прибора поворачивается на 180 ., Эта последовательность40 операций повторяется затем для всех последующих скважинных приборов. Преимуществом такой схемы реализации следящей системы является высокая точность установки фотоприемника в 45 положение минимума его диаграммы направленности при изменении амплитуды сигналов на его выходе и устранение влияния деполяризации света в жидкости, приводящее к увеличению уровня 0

О „я (фиг . 3 )

Положительным эффектом устройства. является существенное уменьшейие количества гироскопов и ликвидация акустических связей между скважиняы-. ми приборами.

Формула изобретения

1. Многоприборный трехкомпонентный ориентируемый зонд, включающий гироскопическую систему ориентации и состоящий из соединенных кабелем скважинных приборов, каждый из которых содержит вращающийся контейнер с сейсмоприемниками, систему дистанционной передачи угла и принудительной ориентации, контейнеров по азимуту от" носительно охранных кожухов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности ориентации, надежности и уменьшения акустической связи между скважинными приборами зонда, один из приборов. зонда содержит гироскопическую систему стабилизации угла в азимутальной плоскости и источник 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.

2. Зонд по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности ориентации в мутных буровых растворах, приборы соединены от окна к окну герметичной гибкой трубкой, заполненной прозрачной жидкостьщ

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 157516, кл. 6 01 Ч 1/40, 1962 .

2. Авторское свидетельство СССР

Р 314165, кл. 6 01,/ 1/16, 1968.

3. Виноградов Ф.В. Некоторые результаты опробования скважинного трехкомпонентного сейсмоприемника с автоматической ориентировкой. Сб. Поперечные и обменные волны в сейсморазведке, N. "Недра", 1967, с.141-145

4. Аксенова Г.A., ы альперин Е.И. и др. Трехкомпонентные снаряды и определение их ориентировки в скважине.

Сб. Вопросы рудной геофизики в Казахстане. Алма-Ата, 1974, Р 7, с.21-23.

5. Лебедев К.A., Гринев В.П. и др.

Отчет о результате .работ тематической партии 9 12/78 по теме. "Усовершенствование методики и техники и трехкомпонентных наблюдений". Сиб. ГЭ

ИГиГ СО AH СССР Новосибирск, 1978.

Фонды ЦТЭ; ВГФ,.Москва (прототип ).

864218 фие1 фие.2

ВНИИПИ Заказ 7778/68

Тираж 735 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4