Скважинный сейсмоприемник Российский патент 2024 года по МПК G01V1/16 G01V1/52 

Изобретение относится к области инженерной геофизики и может быть использовано для регистрации упругих колебаний в вертикальной обсаженной скважине, глубиной до 100 метров. Представляет собой герметичный скважинный зонд (фиг. 1), состоящий из металлического цилиндра, выполненного из немагнитного материала, внутри которого расположены три ортогональных датчика электродинамического типа (геофон). В качестве детектирующих элементов использованы датчики GS-ONE-LF, с коэффициентом преобразования 100 В/м/с, частотным диапазоном от 0,1 до 1000 Гц, сохраняющие свои рабочие характеристики при наклоне датчика до 30 градусов (технический паспорт прибора www.geospace.com). Применение указанных геофонов позволяет реализовать пассивный сейсмоприемник без подачи электрического питания, а также возможность записи низкочастотной составляющей сейсмического поля от 0,1 Гц. С целью исключения добавочных паразитных колебаний внутри скважинного зонда, гнезда под каждый геофон выточены в размер из цельного куска немагнитного материала (фиг. 2). Тип крепления шасси к нижней крышке цилиндра - винтовой. Связь зонда с регистратором осуществляется посредством усиленного шестижильного кабеля, благодаря чему запись колебаний может производиться на трехканальный сейсмический регистратор с любым вариантом разъема, расположенный на дневной поверхности. Дополнительно в качестве подвеса используются металлический трос, лебедка и специальная система крепления (фиг. 3).

Известны аналоги:

- патент SU №754 344 А1, МПК G01V 1/20, (2006.01) [1]. Опубликовано: 15.08.1980. Скважинный пьезоэлектрический геофон. В качестве детектирующих элементов прибор использует пьезоэлектрические пластины, рабочий частотный диапазон - килогерцы. Может применяться для вертикального сейсмического профилирования, где в качестве источника сигнала применяется взрыв. Недостаток указанной разработки - это частотный диапазон регистрируемого сигнала выше 100 Гц;

- патент RU №2 305 299 С2, МПК G01V 1/52, (2006.01) [2]. Опубликовано: 27.08.2007. Скважинный сейсмический зонд «СПАН-6». Данный прибор изготовлен для глубинных исследований (глубина - километр и более), вследствие чего в состав зонда включен электронный блок обработки, усиления сигнала, а также электродвигатель для работы прижимного устройства. Такой прибор нецелесообразно применять для сейсмологических наблюдений в скважинах глубиной до 100 метров, соответствующих области инженерной геофизики. Из недостатков изобретения следует упомянуть конструктивную сложность реализации, а также наличие электрического питания для работы прибора;

- патент RU №2 033 631 С1, МПК G01V 1/16, (1995.01) [3]. Опубликовано: 20.04.1995. Скважинный сейсмоприемник. Прибор использует геофоны электродинамического типа. Данный сейсмоприемник возможно использовать для регистрации микросейсмических колебаний при сейсмологических наблюдениях, однако в описании патента не указаны частотный диапазон сейсмопреобразователей, наличие прижимного устройства и системы подвеса. Данный прибор является наиболее близким аппаратным решением и выбран в качестве прототипа. Из недостатков изобретения следует упомянуть конструктивную сложность прибора, избыточное количество детектирующих элементов, а также низкий технологический уровень использованных электродинамических преобразователей, изготовленных в 90-е годы прошлого века.

Целью изобретения является реализация возможности регистрации низкочастотных микросейсмических колебаний (от 0,5 Гц) в скважине на глубине до 100 метров при региональных сейсмологических наблюдениях. Данный прибор не предназначен для регистрации длиннопериодных колебаний (Т>10 с).

В инженерных сейсмических скважинных исследованиях применяют геофоны электродинамического типа с частотным диапазоном от 5 Гц [4]. Это оправданно, так как удар кувалды генерирует сигнал в диапазоне 10-60 Гц, а взрыв - более 100 Гц. Когда речь идет о сейсмологических наблюдениях, то необходимо расширять частотный диапазон в сторону уменьшения нижней границы.

Регистрация фонового микросейсмического поля - это основной путь получения данных в сейсмологии. Известно, что проведение сейсмологических наблюдений на дневной поверхности или в специально оборудованном сейсмологическом пункте наблюдения (бункере) - это устоявшаяся практика. Однако зачастую данным измерениям мешают техногенные шумы, которые по своей величине могут превышать амплитуду зарегистрированных событий (удаленные землетрясения, близкие карьерные взрывы) [5]. Эксперимент подтвердил уменьшение амплитуды фонового микросейсмического поля с увеличением глубины погружения зонда в скважину.

Как результат - повышение эффективности регистрации данных при проведении региональных сейсмологических наблюдений.

Указанная цель достигается использованием в скважинном зонде геофонов с конкретными характеристиками (GS-ONE-LF), а также благодаря конструкции внутренней части измерительного блока (немагнитное винтовое шасси с гнездами под каждый геофон, см. фиг. 2). Так как глубина исследований не превышает 100 метров, из конструкции зонда исключены избыточные узлы, такие как схема оцифровки, усиления и передачи сигнала, схема электропитания.

Работает устройство следующим образом: зонд, подключенный к регистратору, погружается в скважину на требуемую глубину (до 100 метров); прижимным устройством временно фиксируется в стволе обсадной колонны; производится регистрация упругих колебаний микросейсмического поля заданной длительности. Для подвеса и движения по стволу скважины дополнительно используются металлический трос и лебедка.

Преимущества: скважинный сейсмоприемник не требует электропитания, оснащен современными детектирующими элементами, может быть подключен к любому устройству, предназначенному для регистрации сейсмических сигналов. При определенных настройках может быть использован для сейсмического мониторинга, а также для проведения вертикального сейсмического профилирования или сейсмического каротажа.

Краткое описание чертежей:

Фиг. 1. Скважинный сейсмоприемник выполнен в виде герметичного цилиндрического металлического немагнитного корпуса (1). Верхняя часть зонда оснащена системой для крепления троса (2). Посадочные гнезда под каждый геофон выточены в размер из цельного куска немагнитного материала, выполняющего функцию шасси (3). Тип крепления шасси к нижней части цилиндра - винтовой, на верхней части реализованы элементы системы подвеса для фиксации шестижильного кабеля (4);

Фиг. 2. Внешний вид шасси с посадочными гнездами для датчиков;

Фиг. 3. Система крепления металлического троса.

Источники информации:

1. Патент SU №754 344 А1, МПК G01V 1/20, (2006.01). Опубликовано: 15.08.1980.

2. Патент RU №2 305 299 С2, МПК G01V 1/52, (2006.01). Опубликовано: 27.08.2007.

3. Патент RU №2 033 631 C1, МПК G01V 1/16, (1995.01). Опубликовано: 20.04.1995.

4. Кузнецов В.М., Шехтман Г.А., Череповский А.В. Технические средства в многоволновой сейсморазведке / Технологии сейсморазведки, №1, 2013, с. 74-86.

5. Воскресенский М.Н., Парыгин Г.И., Косоротова Е.А., Курданова А.А. Исследование процесса регистрации, обработки и интерпретации сейсмических событий / Уральский геофизический вестник №3(45), 2021, с. 11-18.

Изобретение относится к приемникам для регистрации сейсмических сигналов и может быть использовано для регистрации сейсмических сигналов в вертикальных обсаженных скважинах глубиной менее 100 м. Сущность: сейсмоприемник выполнен в виде герметичного цилиндрического зонда с системой подвеса в верхней части. Внутри зонда жестко прикреплены три геофона, выполненные с возможностью регистрации низкочастотной составляющей сейсмического поля. Корпус (1) зонда выполнен из немагнитного материала. Под каждый геофон в корпусе зонда выточены гнезда из цельного куска немагнитного материала. Связь зонда с регистратором осуществляется через шестижильный кабель (4) с усилием на разрыв не менее 180 кг. Система (2) подвеса для крепления шестижильного кабеля (4) включает металлический трос и лебедку. Технический результат: повышение эффективности регистрации сейсмических данных. 3 ил.

Сейсмоприемник для регистрации упругих колебаний в вертикальной обсаженной скважине глубиной до 100 метров, выполненный в виде герметичного цилиндрического зонда с системой подвеса в верхней части, вмещающего три ортогональных геофона, отличающийся тем, что корпус зонда выполнен из немагнитного материала, под каждый геофон в корпусе зонда выточены гнезда из цельного куска немагнитного материала, связь зонда с регистратором осуществляется через шестижильный кабель с усилием на разрыв не менее 180 кг, при этом геофоны выполнены с возможностью регистрации низкочастотной составляющей сейсмического поля, а система подвеса для крепления шестижильного кабеля включает металлический трос и лебедку.