Способ определения взаимного расположения объектов, расположенных в горных выработках (скважинах) Российский патент 2020 года по МПК G01V3/12 E21B47/09 

Настоящее изобретение применяется для определения взаимного расположения направленной антенной системы и приемника в горных выработках или скважинах, с помощью источника электромагнитного поля, в ближней зоне действия направленной антенной системы.

Настоящее изобретение также пригодно для обнаружения объектов, скрытых в других материалах, например в бетоне, в других строительных материалах, в скальных породах, что может рассматриваться как материалы земли по отношению к электромагнитным волнам.

Проблема определения взаимного расположения в горных выработках или скважинах заключается в том, что нет возможности визуально определить хотя бы примерное положение приемников относительно источников сигнала, а использование систем геопозиционирования на больших глубинах вызывает определенные трудности.

При проведении геофизических исследований необходимо предварительно знать кратчайшие расстояния от различных видов источников (ударных, электромагнитных, взрывных и т.д.) до приемников, в роли которых выступают датчики различных типов. Это позволяет получить качественные записи сигналов с наименьшей погрешностью и существенно сократить время проведения исследований.

Для определения взаимного расположения приемника и источника применяются различные типы аппаратуры с использованием широкого диапазона методов (сейсмических, электромагнитных, магнитных и т.д.).

Например, способы, описанные в патентах Евразийского патентного ведомства, используют антенную систему для наведения электромагнитного поля в заданное место и приемник (множество приемников), который

перемещается для получения максимально точного измерения параметров электромагнитного поля.

Патент Евразийского патентного ведомства №002451 В1 «Радиолокационная установка и способ измерения для определения ориентации и глубины объекта, находящегося под землей» от 25.04.2002 года [1], раскрывает способ, с использованием электромагнитного излучения, излучаемого антенной системой и регистрируемого приемником, связанным с установкой.

Установка содержит передатчик и приемник для генерирования электромагнитного излучения совместно с антенной системой и для приема электромагнитного излучения, отраженного от объекта, совместно с антенной системой. Антенная система содержит множество индивидуальных антенных элементов, имеющих, по существу, линейную поляризацию, преимущественно дипольных антенн, которые размещены по отношению к геометрическому центру антенной системы так, что каждый из центров антенных элементов смещен относительно геометрического центра антенной системы, при этом установка содержит средство для вращения антенной системы механическим или электронным способом.

Патент Евразийского патентного ведомства №018145 В1 «Способ определения ориентации датчика для электромагнитной разведки» от 30.05.2013 года [2], раскрывает способ где датчик расположен на дне водоема. В водоеме в выбранном месте наводят электромагнитное поле. Напряженность электромагнитного поля регистрируют, по меньшей мере, вдоль двух взаимно ортогональных направлений вблизи датчика. Зарегистрированную напряженность идентифицируют как прошедшую только в вертикальной плоскости, включающей место расположения источника электромагнитного поля и место расположения датчика. Направление поляризации электромагнитного поля определяют на основе зарегистрированной напряженности и известных мест расположений источника и приемника. Определенное таким образом, направление поляризации используют для определения ориентации датчика.

В патенте, выданном Институту химии Дальневосточного отделения Российской академии [3] (патент РФ №2298202, опубликованный 27.04.2007 г., автор Курявый В.Г.) описан способ измерения напряженности магнитных полей или магнитных потоков.

Способ измерения напряженности магнитного поля включает регистрацию изменения мощности СВЧ-излучения, проходящего через помещенный в это магнитное поле СВЧ-резонатор с находящимся внутри него магниточувствительным элементом, при этом в качестве магниточувствительного элемента используют магнитное вещество в дисперсном состоянии, в частности порошок ферромагнетика, который располагают в СВЧ-резонаторе с возможностью свободного перемещения составляющих его частиц, а регистрацию величины напряженности осуществляют непосредственно с помощью предварительно прокалиброванного электроизмерительного прибора.

В патенте RU №2490663 [4], автор Гузевич С.Н., описан способ определения положения объекта относительно источника электромагнитного поля и устройство для его осуществления.

Предлагаемый способ включает прием на объекте сигналов электромагнитного поля источника двумя параллельными дипольными антеннами, расположенными на постоянном расстоянии - базе, измерение времени между тремя последовательными экстремальными значениями принимаемых сигналов и времени прохождения вспомогательного электромагнитного сигнала между антеннами.

Все эти способы, можно принять в качестве способов-прототипов.

Основной недостаток способов - прототипов состоит в том, что указанные способы требуют размещения и перестановок до десятка приемных антенн, а также много времени на обработку зарегистрированной информации с использованием специализированных программ.

Целью изобретения является повышение эффективности проведения работ с одновременным уменьшением общего времени проведения работ.

Технический результат достигается тем, что для повышения проникающей способности электромагнитных волн через породу используют направленную антенную систему непрерывного излучения со ступенчатым изменением частоты электромагнитного излучения, а в приемнике с целью уменьшения погрешности определения и времени проведения измерений используют схему с прямой зависимостью изменения внутреннего сопротивления приемника в электромагнитном поле.

Способ основан на регистрации электромагнитного излучения, передаваемого направленной антенной системой, приемником, внутреннее сопротивление которого меняется под действием электромагнитного поля.

Сущность предлагаемого способа заключается в выполнении следующих операций:

с помощью направленной антенной системы из одной горной выработки или скважины наводят электромагнитное поле в другую горную выработку или скважину, в которой установлен датчик;

антенная система перестраивается на ту частоту, которая обеспечивает наибольшую напряженность электромагнитного поля в другой горной выработке или скважине;

приемник, перемещают в месте установки датчика, по меньшей мере, вдоль двух взаимно ортогональных направлений для определения точки на поверхности, куда направлена антенная система;

направленность антенной системы определяют по максимальному изменению внутреннего сопротивления приемника в электромагнитном поле, что отображается на его экране;

по результатам измерений определяют взаимное расположение приемника и источника;

датчик для проведения геофизических исследований выставляется относительно источника.

Процедура повторяется для последующих датчиков.

Сущность способа представлена на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 представлена схема определения взаимного расположения направленной антенной системы (3) и приемника (1) при встречной проходке, расположенных в разных горных выработках (2, 4).

Приемник (1), перемещается, по меньшей мере, вдоль двух взаимно ортогональных направлений в горной выработке (2), и фиксирует сигнал антенной системы (3), находящейся во встречной горной выработке (4).

На фиг. 2 представлена схема определения взаимного расположения направленной антенной системы и приемника при межскважинном просвечивании.

Приемник (1), перемещается, по меньшей мере, вдоль двух взаимно ортогональных направлений в приемной скважине (5), и фиксирует сигнал антенной системы [3], находящейся в активной скважине [6].

Данное изобретение упрощает процесс определения взаимного расположения и может использоваться как для встречного бурения или определение направления, так и для расстановки датчиков и источника для геофизической разведки в ближней зоне действия направленной антенной системы.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что для работы требуется только одна стандартная (входящая в состав аппаратуры для электроразведки) антенна и малогабаритное приемное устройство, легко перемещаемое оператором. При этом результат измерений отображается непосредственно на экране приемника и не требует дополнительной обработки.

Способ реализован при проведении геофизических исследований в межскважинном варианте. Время, затраченное при определении положения датчиков относительно источника, по сравнению со способами-прототипами было уменьшено более, чем в два раза.

Список источников

1. Медведев В.Н., Павловский А.Н. Радиолокационная установка и способ измерения для определения ориентации и глубины объекта, находящегося под землей. - Евразийское патентное ведомство,2002 г.

2. Нилова М.И. Способ определения ориентации датчика для электромагнитной разведки. - Евразийское патентное ведомство,2013 г.

3. Курявый В.Г. Способ измерения напряженности магнитного поля. - Патент РФ, 2007 г.

4. Гузевич С.Н. Способ определения положения объекта относительно источника электромагнитного поля и устройство для его осуществления. - Патент РФ, 2007 г.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и может быть использовано для определения взаимного расположения объектов, расположенных в горных выработках (скважинах), с помощью источника электромагнитного поля. Технический результат - повышение эффективности проведения работ с одновременным уменьшением общего времени проведения работ. Сущность: способ определения взаимного расположения направленной антенной системы и приемника в горных выработках или скважинах основан на регистрации электромагнитных волн, излучаемых направленной антенной системой из одной горной выработки или скважины, приемником, расположенным в другой горной выработке или скважине. При этом используют направленную антенную систему непрерывного излучения со ступенчатым изменением частоты электромагнитного излучения и перестраивают частоту антенной системы на ту частоту, которая обеспечивает наибольшую напряженность электромагнитного поля в горной выработке или скважине, в которой расположен приемник. В приемнике используют схему с прямой зависимостью изменения внутреннего сопротивления приемника в электромагнитном поле. Приемник перемещают, по меньшей мере, вдоль двух взаимно ортогональных направлений для определения направленности антенной системы по максимальному изменению внутреннего сопротивления приемника в электромагнитном поле, что отображается на его экране. 2 ил.

Способ определения взаимного расположения направленной антенной системы и приемника в горных выработках или скважинах, основанный на регистрации электромагнитных волн, излучаемых направленной антенной системой из одной горной выработки или скважины, приемником, расположенным в другой горной выработке или скважине, отличающийся тем, что используют направленную антенную систему непрерывного излучения со ступенчатым изменением частоты электромагнитного излучения, перестраивают частоту антенной системы на ту частоту, которая обеспечивает наибольшую напряженность электромагнитного поля в горной выработке или скважине, в которой расположен приемник, при этом в приемнике используют схему с прямой зависимостью изменения внутреннего сопротивления приемника в электромагнитном поле и перемещают приемник, по меньшей мере, вдоль двух взаимно ортогональных направлений для определения направленности антенной системы по максимальному изменению внутреннего сопротивления приемника в электромагнитном поле, что отображается на его экране, и определяют взаимное расположение приемника и антенной системы.