Электроразведочная станция Советский патент 1980 года по МПК G01V3/08 

1- ...-U,,.. Изобретение относится к электроразведочной TexHHKie и предназначено для измерения и регистрации компонен электромагнитного поля при э.пектроразведке на нефть и газ по методам магнитотеллурического зондирования (МТЗ) и зондирования становлением по ля (ЗС).. Известна электроразведочная станция, предназначенная для измерения и регистрации компонент электромагни ного поля, содержащая каналы измерения магнитных и электрических компонент естественного электромагнитного поля, включающие датчики магнит ного и электрического поля, усилительно-преобразовательный тракт, уст ройство управления и синхронизации, а также регистратор 1. Недостатком этой станции является то, что результаты измерений пред ставляются в аналоговой форме, что затрудняет использование ЭВМ при ; . интериретации результатов наблюдений Известна также цифровая электроразведочная станция ЦЭС-1, которая состоит из неско.льких каналов, каждый из которых включает последовател но соединенные датчики электрических или магнитных компонент поля и усилители, подключенных к последователь:но включенным коммутатору каналов, преобразователю аналог-код. Магнитному регистратору и системы синхронизации и управления, подсоединенной к управляющим входам коммутатора, преобразователь аналог-код и магнитному регистратору. Станция имеет два канала для измерения электрических компонент поля и -ри канала для измерения магнитных компонент. . Датчиками электрических компонент являются заземленные электрические диполи, а датчиками магнитных компонент -маг н ито с та тич еск ие маги итоме тры и индукционная петля. Частотные характеристики диполей магнитометров и усилителей равномерны до частоты 20 Гц. Динамический диапазон измерений равен 66 дБ (П-ти разрядный двоичный код). Запись результатов измерений производится в цифровой форме на магнитной лента. Система синхронизации и управления обеспечивает . внутреннюю синхронизацию работы всех узлов станции при регистрации магнитотеллуршшского поля и внешнюю синхронизацию ПС радиоканалу работы станции с ра батой генераторной устайовки при регистрации .сиг:налрв становления поля 2.

В связи с совершенствованием ме тодов электроразведки станция ЦЭС-1 не , в полной мере удовлё вор.яет, новым требованиям, предъявляег шгм к электроразведочной аппаратуре. Это приводит Кограйичен:иго информативностй и производительности злектроразведочййх работ по методам МТЗ и ЭС. В ойнов йОй; Efro й язано с дграниченн(эстью .цинамическрто к частотного диапазонов станции,

При работе по методу МТЗ для изучения. большинства геоэлектрических разрезов достаточно регистрировать магнитотеллурическре поле в диапазоне частотО,001-10 Гц.

В диагтазоне частот 0,001-0,1 Гц среднёстатический спектр поля неравномерен. С увеличением частоты рн уменьtaaeTCH в среднем со скоростью 6 дБ/ октава. КрОмё тог.о, в разлит ное время суток уровни сигналов на различных ч стртах изменяется на 30-40 дВ. Йоэтому Йинамического диапазона (66 дБ) станции недостазгочно; для одновременной регистрации всех частот. Приходится увёличивать длительность гистрации поля для-того, чтоб.ц гарантировать регистрацию различна частот с достаточйО высоким уровнем, сигнала. При обработке результатов регистрации на ЭВМ достаточно, чтобы продолжительность регистрации Выла равна 15-20 периодс1м нижней граничной час. тотн.о Это оз начает, что прбДолЖйТеЛьность регистрации должна быть равна 5-6 часам. Однако, из-за ограниченное тй дййамйческого диапа зРна продолжитель ность ретистраций приходится уве яичйвать до 24 часов. - .-.

. Уровень магнитотеллурического поля в диапазоне частот О, 1-10 ГД пр ййёрно на 40 дБ ниже, чей уровень поля на частотах до 0,1 Гц. ЧастотЙле характеристики измерительных каналов станции равномерны до частоты 20 Гц . Скщкё, из-за ограниченного динамнческрго Диапазона за.регйстрйровать с нёоёходймбй точностью вариации поля в диапазоне частот 0,1-10 Гцна фоне более. сильных нйзкочастотнВК варйаций в большинстве случаев не йаётся. Вероятность встретить сильные вариации в этом диапазоне даже при увеличении времени наблюдения ДО нес коЛьких суток мала. Поэтому на практике приходится ограничиваться регистрай;ией поля в диапазоне частот до 0,ГГц. При этом в большинстве случаев на кривых МТЗ получаютсятрлько правые восходящие ветви, что существенно ограничивает информативность метода.

В последнее время широкое распростЩйёййе пРЛу йл метод зондированйя становлением поля в ближней зоне источника. Динамический диапазон..сигна717688

лов становления в ближней зоне увеличился до 80-100 дБ. В связи с ограниченностью динамического диапазона станции такие сигналы приходится регистрировать 5-6 раз на различных пределах измерения с общим диапазоном изменения пределов .,40-50 дБ.

/Вначале на максимальном пределе Й31мерейия регистрируются начальные сТадйИ сигнала. Затем, уменьшая пределы измерения регистрируют более поздние, стадии. При регистрации поздних стадий сигнала на малых пределах .измерёния начальные .стадии сигнала перегружаютусилитель и переходные процессыв усилителе, искажают позд- ние стадии полезного сигнал. Для исключения перегрузок вход усилителя отключается от датчик:а поля на то в;рёмя, кРгда сигнал превышает предел .измерения. В станции используется. специалйнйяг ciceMa сйнхронизации и управления, которая отключает вход усилителя от датчика. При этом время Переключения подбирается при - каждой рёгистрации оператором в зависимое- тй от конкретной формы сигнала.

При регистрации сигнала по частям на. различных пределах и.змерен.ия и при последующем синтезировании всего.сигн.ала неизбежны потери в точности измерения. Кроме того, падает производительность ра.бот за счет повторных регистрации и за счет непроизводительйых затрат времени (до. 50%) на пробные наблюдения сигнала и подбор времени переключения входа усилителя.

Цель предлагаемого изобретения - расширение частотного диапазона измерений. .

Для этого 9 известной электроразведочной станции, сорержащей несколько измеритель нах каналов, кайэдый из которых включает последовательносоединенные, мазгнитрст.атические или электрические датчики и усилители, подключенные к прследовательно включенным коммутатору каналов, преобразователю аналог-код и.магнитному регистратору, атакже системусинхроннзации и управления, подсоединенную к управляющйм входам коммутатора, преобразователя аналог-код ц магнитного регистратора, дополнительно параллельно ма гнитостатическим датчикам ко второму входу усилителей подключена через астотно-корректирующие предусилители индукционные датчики, между усилите- лями и коммутатором каналов в каждом измерительнрм канале включен следя1цйй аналог-цифровЬй преобразователь,

ttexpy. айал6го-цйфр овь1м преобразователем и-маг.нитным регистратором включен сумматор,, соединенный также .с одним из выходов каждого следящего аналогоцифрового преобразователя, а система . синхронизациии управлениядополниельно подключена к управляющим входам следящих аналого-цифровых преобразоваоелей и сумматора. : . Для расширения области рабочего частотного диапазона измерения магни ных компонент магнитотеллурического поля ко входу усилителей магнитных каналов кроме магнитостатических дат чиков подключены индукционные датчики с частотнокорректируквдими предварительными усилителями. Индукционные датчики с предварительными усилителями имеют отношение сигнал/шум в диапазоне частот 0,1-10 Гц на 40 дБ больше, чем магнитостатические датчики, а ослабление чувствительности на частотах ниже О,1 Гц с крутизной 6 дБ/октава. Это позволяет вы равнить уровни сигналов в канале в диапазонах до О,1 Гц и 0,1-10 Гц и р гистрировать эти сигналы единым кана лом. Для расширения области рабочего частотного диапазона измерения элект рических компонент магнитотеллуричес кого поля необходимо расширить Частотную полосу усилителей. Эти усилители имеют повышенный коэффициент усиления в диапазоне частот 0,1-10 Г по сравнению с диапазоном до 0,1 Гц, что позволяет выравнить уровни сигналов для этих .диапазонов на входах основных усилителей электрических ка налов.. . Выходное сопротивление предусилителей (100-200 Ом) мало, по сравне нию с выходными сопротивлениями Д;Иполей (1-10 кОм) и индукционных датчиков (20- кОм). Малое выходное сопротивление и высокий уровень выходного сигнала резко уменьшают влияние доводок на соединительные провода ме ду предварительными -.и основными усилителями и позволяют, применив легки неэкранированные соединительные провода, устанавливать датчики поля на больших расстояниях (до 10 км) от основнойаппаратуры. Это дает возмож ность проводить измерения одновремен но на 3-4.точках МТЗ и, применяя веерную установку, на 4-5 точках ЭС. Реализовать изме эение магнитртеллурического поля в расширенном диапазоне можно при эффективной борьбе с импульснЕами грозовыми помехами, спектр которых попадает в рабочий диапазон частот. Эти помехи, амплиту ды которых могут на 20-бр дБ превышать полезный сигнал, перегружают измерительный канал и вызывают длительные переходные процессы. Для ослабления влияния импульсных помех к выходу усилителя в каждом канале подключен пороговый элемент, выхор которого подключен к дополнительному входу датчика (к дополнительнойобмотке индукционного датчика или к сопротивлению, включенному последовательно с диполем), Порог срабатыв нив элемента равен пределу измерения, приведенному к выходу усилителя. Если сигнал превысит порог, то . избыточная часть.сигнала поступит на вход датчика в противофазе с входным сигналом. Включится глубокая отрицательная обратная связь и сигнал в усилителе будет практически равен пределу измерения. Перегрузки канала не произойдет и после; окончания помехи не возникнет длительного переходного процесса. Пределы измерения изменяются путем изменения коэффициентов усиления усилителей. Поэтому порог срабатывания элементов постоянен для всех пределов , Применение пороговых элементов позволяет увеличить производительность работ при измерений сигналов становления поля в ближней зоне источника. При измерении поздних стадий сигнала пороговые элементы предотвращ.ают перегрузку канала на ранних стадиях сигнала. Это позволяет исключить непроизводительные затраты времени на пробные .наблюдения сигнала и на подбор времени переключения входа усилителя. Особенно существенен выигрыш при одновременном измерении сигналов на нескольких точках наблюдения. При расширении частотного диапазона измерения магнитотеллурического поля необходимо увеличить точность измерений, иначе увеличатся погрешности при спектральном анализе и выделении отдельных спектральных составляющих поля при обработке. , Для увеличения точности измерения между усилителями и коммутатором каналов включено соответствующее количество преобразователей аналог-код следящего действия. На цифровом , выходе преобразователя аналог-код действует код, соответствующий с погрешностью младшего разряда входному сигналу, а на аналоговом выходе действует сигнал рассогласования между входным сигналом и аналоговьм эквивалентом кода на цифровом выходе. Сигнал рассогласования после коммутатора каналов кодируется основным преобразователем аналог-код. Результаты кодирования двух преобразователей суммируются сумматором. Основной пре образователь поочередно кодирует сигналы рассогласования, действующие на выходах преобразователей следящего действия каждого канала. При этом сумматор поочередно вырабатывает суммарные коды сигналов каждого канала. Масштабы кодирования преобразователей и коэффициент усиления коммутатора ка.налов установлены такими, что вес младшего дэазряда каждого предварительного преобразователя, приведенный ко входу основного преобразователя, равен весу старшего разряда основного преобразователя. П ре о бра 3 о в at раЙ о т ают с ле дуйщим 6б1эаэом (пбЙбШШ 7№й-П13бс 3 ы7 что каждый преобразователь является пятира э рядным п рео б ра э ов атёле1м аЩйбГ -иво ичный код). . V В общемслучае такой дву тупёнчатый преобразователь с пятью раз)ядам в каждой ступени экаивалент н §бычно W Д1 ятйра:э дйОй5 ПЕШ(Л|з 1Ш1ШЖ налог-1 :дд. Однако при измерении маг 1Гй ШШШу|$Ж€ейб1 Ь ЛШяГ двуст преобразователь;имеет существенные lifpeMiMyttieCTS а. Допустим, что погрешность кодирования 1{аждой ступени д1вус у ёнча.fore преобр азователя равна младшему раэряду- ступени; Тогда ошибки кодир01вания малых сигналов, действующих в предвл х осйОвного преобразователя, не превышают 1 ед. Если под дейстбйем (Зольчйогй Сигнала начинает изменяться -:..,V-i.-V-: :r -f,,. -i..:r---,:.--.,...,-...;..,..... ;.,..; -.-,.-., .-... ...,...-„. кбд пред арйфельного преобразователя то ошибки возрастают. Так при изменений кода 00001 : 00010 ошибкУ вны 2 ед; при кодах 000117 : 00100 ошиЗкй feiaBHH 4 ед, и т.д. Од1)ако если из- . меряется случайный сигнал с затухавзщим спектром (магнитЬтеллурическре поле), то частота появления ошибок, больших 1 ед., в среднем будет обратно пропорциональна величине этих ошибок; - - -.-., ,.-..... Если же использовать эквивалентный по точнос й одноступенчатый рядный преобра30вЖтёль ; то частота появления,больших ошибок не зависит . от в еличины оимбки и может быть значитёльно выше (в пределах равна частоте кодирования). Например, если между койирьеаниями сигнал изменяешься на t 1 ед. на фоне постоянной состав .лйздей, кой которой, равен ОН 111111, to ошибка будет равна 16 ед. при каждомкодировании. В настоящее время в полевой аппаpaiType иепояЁэуются 11-12 раГ§ШЯГйые одност:упёйчатые преобразователи. Двуступенчатый преобразователь может иметь 21-23 разрядЪ:Йр11 § &й носительная среднес тическая ошйВка измерения магнитотеллурического поля в различных участках его спектра будет прймёрно одйкакбва и 0,1 %. Ошибки больше 1 ед. осноййЬго преобразователя; кофорые возйй сают при изменении кода пре варите гьного првобразбвателя искажают и высокочасTtfTHfcje слабйё ёарйацйи поля, бднакб, щ влияние ослабляется при обработке, так как число неискаженных перио до вариаций растет с ростом частоты этих ва:риаций. На чертеже изображена функциональная схема устройства. .- , Устройство имеет идентичный ка йжййг дЛя измерения компонент агнйтйогй пелй, каждый из которых сбйер«ит магнитрстатический датчик 1, индукционный датчик 2, частотно-корре ктирующий предварительный усилитель 3, усилитель 4, порргрвый элемент 5, преобразователь б аналог-код следящего действия. Устройство имеет идентичные каналы для измерения компонент электрического поля каждый из которых содерзкйт дйтчик 7 электрическр р полЯ, частотно-корректирующий предварительный усилитель 8, усилитель 9, пороговый элемент 10, преоб)разователь 111аналог-крд следящего действия. Аналрговые выходы преобразрвателей аналог-код следящего действия подключены ко, входам комму а;тора каналов 12, С выхода коммутатора сигнал поступает в преобразоваTejib аналог-код 13. Коды с преобразователя поступают в сумматор 14, где суммируются с кодами, поступающими с соответствующих преобразрвателей аналог-код следящего действия. Суммарные, коды поступают в цифровой маг нитный регистратор 15, для записи на йЙЩйтной .ленте. ..Система 16 синхррнизации и уйравления анализирует коды на выходе преобразователя 13 и сумматора 14 и управляет работой преоб-. разрвателей аналог-код следящего действия коммутатора, прербразователя и сумма-тора. Устройство работает следующим ,; образом., . , . : . Электрические сигналы с датчиков электрическргр имагнит ного полей усиливаются и поступают через слег Яящий аналогр-цифровой преобразователь на коммутатор, который поочередно и через заданный интервал опроса 1соммутирует а.налргрвые сигналы и прдает их на вход аналого-цифрового преобразователя. Сигналы в цифро.вой форме поступают с каждого следящего аналого-цифрового преобразователя и аналргр-цифровРго преобразователя на СумматЬр и регистратор. Формула изобретения Электроразведочная станция, содержащая несколько измерит§льных.каналов, каждый из которых включает прследоватёЗтьно соединен,ные магнитрстатичесй;йё или эйектричёйкие датчики и усилители, пЬйключённыё к последовательно включенным коммутатору каналов, преоЬразова телю аналрг-код и магнитному регистратрру, а также систему синхрбнйзйцйи. и управле.йия, подсоединенную к управлякщим.входам коммутатора, реобразователя аналог-код и магнитного регистратора, У т л и ч а ю 7 а я с я тем, что, с целью расширеий частотного диапазона измерений, араллельнр магнитрртатическим датчиам, ко второму вхрду усилителей одключены через частотно-корректируюие предусилители индукционные датчии, между усилителями и коммутатором

каналов в каждом измерительном кав(а ле включен следящий аналого-цифровой преобразователь, между аналого-цифровым преобразователем и магнитным p6fгистратором включен сумматор, соединенный также с одним из выходов каждого следящего аналого-цифрового преобразрвателя, а система синхронизации и управления дополнительно подключена к управляющим вход;ам iSJleдящих аналого-цифровых преобразователей и сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Кротевич И. Ф. Магнитные микрОвариационные измерения и аппаратура для магнитотеллурических исследований, Новосибирск, Наука, 1972, с. 122-138.

2.Якубовский Ю. В. ЭлектроразведНедра

1973, 223ка М. , 224.