Многоприборный трехкомпонентный ориентируемый зонд Советский патент 1981 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к сейсмичес ким исследованиям и предназначено для ориентации сейсмоприеМников в скважинах. Известны устройства для ориентаци сейсмоприемников в скважинах, основанные на использовании: магнитного поля Земли И, данных инклинометрии скважины f2, гироскопов ГзЗ. Известна также конструкция скважи ного прибора с гироскопом 41 . Скважинные приборы, в которых ори тация сейсмоприемников осуществляется по магнитному полю Земли, могут работать только в необсаженных скважинах, так как обсадная колонна,обыч но стальная, очень сильно экранирует магнитное поле Земли. Скважинные зонды, основанные на использовании данных инклинометрии могут работать только в наклонных скважинах. При малых углах наклона скважины точность ориентации резко падает. Использование гироскопической сие темы ориентации сейсмоприемников свя зано с уменьшением надежности из-за большого количества сложных элементов, с увеличением стоимости работ: малогабаритные гироскопы малой 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 из скважинных приборов зонда снабжен гироскопом, системами слежения принудительной 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 ВС-.20 диаметром 20 мм. Имея гибкие механические связи, обладающие малой жесткостью изгиба, зонд свободно передвигается по ствблу .скважины, повторяя все ее отклонения от вертикали. А так как гибкий вал обладает большой жесткостью кручения, охранные кожухи приборов этого з,онда сохраняют один и тот же азимут. При йаличии систем принудительной ориента.ции сейсмоприемников по азимуту отно сительно кожуха и дистанционной пере дачи угла Hai поверхность все контейнеры с сейсмоприемниками в таком зон де можно ориентировать в заданном направлении fs}. Недостатком этого устройства явля ется то, что гибкая механическая свя 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 при борами неизбежно создают дополнитель ные акустические связи. Цель изобретения - повышение точности ориентации и уменьшение величины акустической связи между скважи ными 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 азимутальной плоскости и дополнительно оснащен источником поляризованного света, а кажды из остальных приборов зонда содержит на одном конце в контейнере с сейсмо приемниками источник поляризованного света, а на другом - приемник, вы ход которого связан со входом системы) слежения, при этом торцы скважинных приборов снабжены прозрачными окнами. Для повышения точности ориентации 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 гироскрпических приборов в зонде и, следовательно, увеличивается его надежность, устраняются дополнительные в.хустичес кие Связи Между скважи ч-ными приборами и повышается точность ориентации На фиг.1 приведена блок-схема ус ройства} на фиг,2 - функциональная схема следящей,-системы/ на фиг. 3,4, 5 - эпюры напряжений, поясняющие работу следящей системы. Так как все приборы зонда, за исключением прибора, содержащего ги роскоп, устроены одинаково и работа ют аналогично, здесь описан зонд, состоящий из двух приборов. Каждый прибор имеет охранный кожух 1 с кабелем и прижимным устройством (не показано). Верхний прибор содержит контейнер 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 герметичной трубкой б, наполненной прозрачной жидкостью. Нижний прибор содержит контейнер 7, вращающийся на опорах, 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. На дру-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 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 фото прием ни ком 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-компокенты верхнего и нижнего приборов совпали. ТакимОбразом, 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 поверхнести Начало работы (комайда поступает, когда зонд стоит на точке наблюдения) формирователь 12 формирует импульс, от которого срабатывает триггер 13 и включается двигатель 14. Двигатель поворачивает контейнер сейсмоприемников с установленным на нем приемником поляризованного света. Си нал на выходе фотоприемника при этом изменяется, как показано на фиг.З, и поступает в дифференцирующую цепь 10 Сигнал с выхода дифференцирующей цепЪчки имеет вид, показанный на фиг.4 При пересечении сигналом порогового уровня ипорЛФиг.4) снизу вверх сра батывает пороговое устройство 11 и переводит триггер 13 в исходное состояние. Двигатель 14 при этом останавливается в положении, соответству щем минимуму сигнала на выходе фотоприемника (фиг.З ). Диаграмма направленности системы с поляризованными источниками и приемниками света является периодической функцией с периодом 180 Для устранения неопределенности О, JT можно использовать раз личные методические приемы. Например при потрассовой.перезаписи полученного сейсмического материала в необходимых случаях могут включаться фазовые инверторы на 18и°. Экспериментально 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 спеэсоб устранения неоднозначности О , J . Дистанционной системой передачи угла измеряются азимуты контейнеров сейсмоприемников верхнего и нижнего .скважинных приборО1з относительно их охранных кожухов. Затем вычисляется их разность. Ори разности азимутов более допустимой (в нашем случае t90°) системой принудительной ориентации контейнер сейсмоприемников ниж него скважинного прибора поворачивается на 180°..Эта последовательнос операций повторяется затем для всех последующих скважинных приборов. Пре имуществом такой схемы реализации следящей системы является высокая точность установки фотоприемника в положение минимума его диаграммы -нап равленности при изменении амплитуды сигналов на его выходе и устранение влияния деполяризации света в жидкости, приводящее кувеличению уровн и„,,„,{фиг.З). Положительным эффектом устройства является существенное уменьшение koличecтвa гироскопов и. ликвидация акустических связей между скважинными 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 относительно охранных кожухов, отличающийся 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 прозрачньзми окнами. 2.Зонд по П.1, о тличаю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности ориентации в мутных буровых растворах, приборы соединены от окна к окну герметичной гибкой трубкой, заполненной прозрачной жидкостьщ Источники инфор 4ации, принятые во внимание при экспертизе I 1. Авторское свидетельство СССР 157516, кл. G 01 V. 1/40, 1962. 2.Авторское свидетельство СССР 314165, кл. 6 01 V 1/16, 1968. 3.Виноградов Ф. В. Некоторые результаты опробования скважинного трехксяипонентного сейсмоприемника с автоматической ориентировкой. Сб. Поперечные и обменные волны в сейсморазведке, М., Недра, 1967, с.141-145. 4.Аксенова Г.А., Гальперин Е.И. и др. Трехкомпонентные снаряда и определение их ориентировки в скважине. Сб. Вопросы рудной геофизики в Казахстане. Алма-Ата, 1974, 7 с.21-23. 5.Лебедев К.А., Гринев В.П. и др. Отчет о результате работ тематической партии № 12/78 по теме: Усовершенствование методики и техники и трехкомпонентных наблюдений. Сиб. ГЭ ИГиГ СО АН СССР. Новосибирск, 1978. Фонды ЦТЭ,- ВГФ,.Москва (прототип).