RU2209449C1 - Method establishing orientation of geophones and facility for its implementation - Google Patents
Method establishing orientation of geophones and facility for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2209449C1 RU2209449C1 RU2002111203/28A RU2002111203A RU2209449C1 RU 2209449 C1 RU2209449 C1 RU 2209449C1 RU 2002111203/28 A RU2002111203/28 A RU 2002111203/28A RU 2002111203 A RU2002111203 A RU 2002111203A RU 2209449 C1 RU2209449 C1 RU 2209449C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- geophones
- angular velocity
- coordinate system
- axes
- sensitivity axes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к геофизическому приборостроению и предназначено для использования в системах вертикального сейсмопрофилирования в буровых скважинах при поиске полезных ископаемых. The invention relates to geophysical instrumentation and is intended for use in systems of vertical seismic profiling in boreholes when searching for minerals.
При поиске и разведке нефтегазовых месторождений все более широкое применение находит метод вертикального сейсмического профилирования (ВСП), который проводится в глубоких вертикальных или близких к вертикальным обсаженных и необсаженных скважинах. Он позволяет детально изучить строение и упругие параметры горных пород в околоскважинном пространстве, а также процессы распространения сейсмических волн различной поляризации (продольных и поперечных) во внутренних точках среды. Для регистрации в скважинах упругих колебаний, возбуждаемых на поверхности при помощи взрывов или вибраторов, применяются трехкомпонентные сейсмические зонды. В их состав входят наземный блок управления, регистрации и обработки данных и 3-6 идентичных скважинных приборов, последовательно соединенных между собой отрезками каротажного кабеля. Измерения этой аппаратурой производятся поточечно, путем последовательного старт-стопного перемещения всех скважинных приборов зонда с заданным шагом по стволу скважины. Поскольку при взрыве в земле возбуждаются одна продольная (Р) и две поперечные волны (SV и SH) с различной пространственной поляризацией (направлением смещения частиц), для их раздельной регистрации во внутренних точках среды используются блоки сейсмоприемников, расположенные в каждом скважинном приборе. Оси чувствительности сейсмоприемников каждого блока ориентированы ортогонально друг другу для раздельной регистрации соответственно Р-, SV- и SH-волн. In the search and exploration of oil and gas fields, the method of vertical seismic profiling (VSP), which is carried out in deep vertical or close to vertical cased and uncased wells, is increasingly used. It allows you to study in detail the structure and elastic parameters of rocks in the near-wellbore space, as well as the processes of propagation of seismic waves of different polarization (longitudinal and transverse) at internal points of the medium. Three-component seismic probes are used to register in the wells elastic vibrations excited on the surface by explosions or vibrators. They include a ground control unit, recording and processing data and 3-6 identical downhole tools connected in series with each other by pieces of wireline cable. Measurements with this equipment are made pointwise, by sequential start-stop movement of all the downhole tools of the probe with a given step along the wellbore. Since an explosion in the ground excites one longitudinal (P) and two transverse waves (SV and SH) with different spatial polarization (direction of particle displacement), for their separate registration at the internal points of the medium, the blocks of geophones located in each borehole device are used. The sensitivity axes of the geophones of each block are oriented orthogonally to each other for separate registration of P, SV, and SH waves, respectively.
Одна из проблем, возникающих при анализе информации сейсмоприемников, заключается в выделении сигналов каждой из компонент сейсмоволны в случае анизотропного строения геологических пород. Идеальный случай, позволяющий получить однозначные характеристики каждой из компонент в изотропных геологических породах, представляет собой ситуацию, когда оси чувствительности сейсмоприемников соответствующих каналов направлены по осям системы координат, две оси которой лежат в вертикальной плоскости, содержащей точку пункта возбуждения и центр измерительного блока скважинного прибора. Однако такое положение осей чувствительности сейсмоприемников при неуправляемом движении скважинного прибора маловероятно. Поэтому сейсмоприемники регистрируют результаты интерференции SV- и SH-волн, что существенно затрудняет получение достоверной информации о состоянии околоскважинного пространства. One of the problems that arise when analyzing information from seismic receivers is the separation of signals from each of the components of the seismic wave in the case of anisotropic structure of geological rocks. An ideal case, which allows obtaining unambiguous characteristics of each component in isotropic geological formations, is a situation when the sensitivity axes of the geophones of the corresponding channels are directed along the axes of the coordinate system, the two axes of which lie in a vertical plane containing the point of the excitation point and the center of the measuring unit of the downhole tool. However, this position of the sensitivity axes of the geophones with uncontrolled movement of the downhole tool is unlikely. Therefore, geophones record the results of interference of SV and SH waves, which makes it difficult to obtain reliable information about the state of the near-wellbore space.
Одним из возможных приемов повышения точности и достоверности сейсмических исследований является способ определения угла поворота приборной системы координат, связанной с направлениями осей чувствительности сейсмоприемников, относительно локальной системы координат. В этом случае с помощью величины найденного угла можно осуществить приведение сигналов сейсмоприемников к направлениям осей локальной системы координат, ориентированной относительно пункта возбуждения. One of the possible methods for improving the accuracy and reliability of seismic surveys is a method for determining the angle of rotation of the instrument coordinate system associated with the directions of the sensitivity axes of geophones, relative to the local coordinate system. In this case, using the value of the angle found, it is possible to bring the signals of the geophones to the directions of the axes of the local coordinate system, oriented relative to the point of excitation.
Один из возможных способов определения этого угла принят в качестве аналога предлагаемого изобретения [Никольский А.А. К вопросу об обработке PS- и SS-волн в анизотропных средах. В кн. "Алгоритмические проблемы обработки данных сейсморазведки". - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1987. - С. 66-79]. При этом искомый угол определяется косвенным путем при одновременной обработке сигналов, снимаемых с сейсмоприемников. В общем случае алгоритм разделения SV- и SH-волн, а следовательно, и определения угла поворота приборной системы координат относительно локальной, включает в себя этапы выделения группы колебаний, соответствующей времени отражения от изучаемой границы и ограниченной двумя соседними максимумами функций; получения полярных сейсмограмм путем подстановки дискретных значений приращения искомого угла; вычисления критерия подобия сигналов для каждого значения угла; нахождения экстремального значения критерия подобия и отождествления SV- и SH-волн с полярными сейсмограммами; определения времени задержки между SV- и SH-волнами (сдвига, соответствующего максимальному значению функции взаимной корреляции волн). Указывается, что успех в разделении SV- и SH-волн зависит прежде всего от возможности выбора информативного критерия подобия. В частности, функция взаимной корреляции может быть применена в качестве критерия подобия лишь в случае, если разделяемые сигналы имеют не более 2-3 положительных экстремумов, их энергии приблизительно равны и по крайней мере в 2 раза превышают уровень помех. One of the possible ways to determine this angle is accepted as an analogue of the invention [Nikolsky A.A. On the question of processing PS and SS waves in anisotropic media. In the book. "Algorithmic problems of processing seismic data." - Novosibirsk: Science, Siberian Branch, 1987. - S. 66-79]. In this case, the desired angle is determined indirectly by simultaneously processing the signals taken from the geophones. In the general case, the algorithm for separating SV and SH waves, and hence the determination of the angle of rotation of the instrument coordinate system relative to the local one, includes the steps of isolating a group of oscillations corresponding to the reflection time from the studied boundary and limited by two neighboring function maxima; obtaining polar seismograms by substituting discrete values of the increment of the desired angle; calculating the similarity criterion for signals for each angle value; finding the extreme value of the similarity criterion and the identification of SV and SH waves with polar seismograms; determining the delay time between the SV and SH waves (the shift corresponding to the maximum value of the cross-correlation function of the waves). It is indicated that success in the separation of SV and SH waves depends primarily on the possibility of choosing an informative similarity criterion. In particular, the cross-correlation function can be used as a similarity criterion only if the shared signals have no more than 2-3 positive extrema, their energies are approximately equal and at least 2 times higher than the noise level.
Приведенный выше подход позволяет разделить информацию сейсмоприемников на компоненты SV- и SH-волн, однако он требует вычисления спектральных характеристик и связан с весьма большими затратами машинного времени. Также утверждается, что уверенное и однозначное разделение сигналов, непосредственно связанное с определением угла поворота приборной и локальной систем координат, возможно далеко не всегда и в первую очередь затруднения возникают при существенно нелинейной поляризации сейсмических волн. Кроме того, приведенный выше метод не учитывает возможности отклонения осей приборной системы координат от горизонтальной плоскости. The above approach makes it possible to separate the information of seismic receivers into components of SV and SH waves, however, it requires the calculation of spectral characteristics and is associated with a very large expenditure of machine time. It is also argued that confident and unambiguous signal separation, directly related to determining the angle of rotation of the instrument and local coordinate systems, is far from always possible and, in the first place, difficulties arise with substantially nonlinear polarization of seismic waves. In addition, the above method does not take into account the possibility of deviations of the axes of the instrument coordinate system from the horizontal plane.
Известны сейсмоизмерительные системы, в которых производится непосредственное определение угла между осями чувствительности сейсмоприемников и направлением на пункт возбуждения. Способ измерения искомого угла, реализуемый в скважинной аппаратуре "МОСТ", выбран в качестве прототипа [Лебедев К.А., Суздальницкий Ф.М., Максимов В.И., Меньтюков А.А., Сафиулин Г.Г. Скважинная трехкомпонентная аппаратура. В кн. "Многоволновые сейсмические исследования". - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1987. - С.103-108]. Положение блока сейсмоприемников, размещенного в скважинном приборе указанной аппаратуры, определяется с помощью трехстепенного гироскопа в кардановом подвесе. Ось вращения ротора гироскопа, сохраняя неизменным свое направление в пространстве, является носителем этого опорного направления в азимуте, задаваемого на поверхности перед началом исследований в скважине. По мере спуска скважинного прибора, подвешенного на каротажном кабеле, происходит его вращение и, следовательно, поворот осей чувствительности сейсмоприемников, связанных с корпусом скважинного прибора. Но так как угол поворота скважинного прибора относительно неподвижного в пространстве направления главной оси гироскопа фиксируется с помощью датчика угла, определяется и положение осей чувствительности сейсмоприемников относительно неподвижного в азимуте направления, заданного на поверхности при начальной выставке (ориентировании) гироскопа скважинного прибора. Known seismic measuring systems in which a direct determination of the angle between the axes of sensitivity of the geophones and the direction to the point of excitation. The method of measuring the desired angle, implemented in the borehole equipment "MOST", is selected as a prototype [Lebedev K.A., Suzdalnitsky F.M., Maksimov V.I., Mentyukov A.A., Safiulin G.G. Well three-component equipment. In the book. "Multiwave seismic surveys." - Novosibirsk: Science, Siberian Branch, 1987. - P.103-108]. The position of the block of seismic receivers located in the downhole tool of the indicated equipment is determined using a three-stage gyroscope in a gimbal. The axis of rotation of the gyro rotor, while maintaining its direction in space, is the carrier of this reference direction in azimuth, set on the surface before the start of research in the well. As the downhole tool is suspended from the logging cable, it rotates and, consequently, the sensitivity axes of the geophones associated with the body of the downhole tool rotate. But since the angle of rotation of the downhole tool relative to the space-free direction of the main axis of the gyroscope is fixed using an angle sensor, the position of the sensitivity axes of the geophones relative to the direction that is motionless in azimuth given on the surface during the initial exhibition (orientation) of the gyroscope of the downhole tool is also determined.
Способ определения ориентации сейсмоприемников состоит из нескольких этапов. Перед началом исследований из точки устья скважины определяют географический азимут пункта возбуждения. Затем механически фиксируют корпус скважинного прибора в скважине так, чтобы он был неподвижен, разгоняют ротор заарретированного гироскопа, определяют положение в азимуте характерной оси корпуса скважинного прибора (например, связанной с механизмом прижимного устройства), проводят разарретирование гироскопа, измеряют с помощью датчика угла, установленного по внешней оси гироскопа, угол положения главной оси последнего относительно направления характерной оси корпуса скважинного прибора. Суммируя два вышеупомянутых угла, получают азимут главной оси гироскопа. The method for determining the orientation of geophones consists of several stages. Before starting the study, the geographical azimuth of the point of excitation is determined from the point of the wellhead. Then the casing of the downhole tool is mechanically fixed in the borehole so that it is stationary, the rotor of the locked gyroscope is dispersed, the position in the azimuth of the characteristic axis of the casing of the downhole tool is determined (for example, associated with the mechanism of the clamping device), the gyroscope is uncaged, measured using an angle sensor installed along the external axis of the gyroscope, the angle of the main axis of the latter relative to the direction of the characteristic axis of the body of the downhole tool. Summing up the two above-mentioned angles, the azimuth of the main axis of the gyroscope is obtained.
После этого скважинный прибор опускают в скважину на точку замера, где его с помощью прижимного устройства заякоривают относительно стенки скважины. С помощью датчика угла гироскопа определяют угол поворота корпуса скважинного прибора (соответственно и осей чувствительности сейсмоприемников) относительно неподвижной в пространстве главной оси гироскопа. Величину полученного угла алгебраически суммируют со значением азимута главной оси гироскопа, получая тем самым азимут нового положения характерной оси скважинного прибора, а так как взаимное положение упомянутой характерной оси и осей чувствительности сейсмоприемников задано однозначно, то находят и азимут последних. Угол между направлением на пункт возбуждения и осью чувствительности сейсмоприемника находят вычитанием азимута пункта возбуждения из азимута оси чувствительности сейсмоприемника. Полученное значение этого угла может быть использовано как для аналитического приведения сигналов сейсмоприемников к направлениям осей локальной системы координат, так и для осуществления механического разворота блока сейсмоприемников (что реализовано, в частности, в аппаратуре "МОСТ"). Затем гироскоп арретируют и гиромотор отключают от сети. After that, the downhole tool is lowered into the well at the measuring point, where it is anchored relative to the wall of the well with the help of a clamping device. Using the gyro angle sensor, the angle of rotation of the body of the downhole tool (respectively, and the sensitivity axes of the geophones) is determined relative to the main axis of the gyro that is stationary in space. The value of the obtained angle is algebraically summed up with the azimuth of the main axis of the gyroscope, thereby obtaining the azimuth of the new position of the characteristic axis of the downhole tool, and since the relative position of the mentioned characteristic axis and sensitivity axes of the geophones is unambiguous, they also find the azimuth of the latter. The angle between the direction to the point of excitation and the sensitivity axis of the geophone is found by subtracting the azimuth of the point of excitation from the azimuth of the sensitivity axis of the geophone. The obtained value of this angle can be used both for analytical reduction of the signals of the geophones to the directions of the axes of the local coordinate system, and for the mechanical reversal of the geophones block (which is implemented, in particular, in the MOST equipment). Then the gyroscope is arrested and the gyromotor is disconnected from the network.
После полной остановки гиромотора, когда исчезают создаваемые им шумы, производят возбуждение сейсмических колебаний и их измерение. Вслед за этим производятся запуск гиромотора, разарретирование гироскопа, согласование показания датчика угла гироскопа со значением азимута характерной оси скважинного прибора (т.е. получение информации о новом азимуте главной оси гироскопа), отключение прижимного устройства и перемещение скважинного прибора на новую точку замера, где повторяют приведенный выше набор операций. Точность азимутального ориентирования осей чувствительности сейсмоприемников определяется точностью хранения заданного направления трехстепенным гироскопом на переходах из одной точки замера к другой (в промежутках между операциями разарретирования и арретирования), а также точностью определения начальной ориентации гироскопа на поверхности. After the gyromotor is completely stopped, when the noise it creates disappears, seismic vibrations are excited and measured. Following this, the gyromotor is started, the gyroscope is uncovered, the gyro angle sensor readings are matched with the azimuth value of the characteristic axis of the downhole tool (i.e., obtaining information about the new azimuth of the gyroscope main axis), the clamping device is turned off and the downhole tool is moved to a new measuring point, where repeat the above set of operations. The accuracy of the azimuthal orientation of the sensitivity axes of the geophones is determined by the accuracy of storing a given direction with a three-degree gyro at the transitions from one measuring point to another (in the intervals between sizing and locking), as well as the accuracy of determining the initial orientation of the gyro on the surface.
Трудности создания трехстепенного гироскопа для геофизической скважинной аппаратуры, имеющего малую скорость дрейфа, а также необходимость учета видимого ухода, технические и организационные сложности определения начальной ориентации главной оси гироскопа являются причинами получения информации невысокой точности об ориентации осей чувствительности сейсмоприемников. The difficulties in creating a three-stage gyroscope for geophysical downhole equipment with a low drift velocity, as well as the need to take into account visible drift, technical and organizational difficulties in determining the initial orientation of the gyroscope's main axis are the reasons for obtaining low accuracy information about the orientation of the sensitivity axes of geophones.
В этой связи поставлена задача повышения точности и производительности сейсморазведки методом вертикального сейсмического профилирования. In this regard, the task of increasing the accuracy and productivity of seismic exploration by the method of vertical seismic profiling.
Поставленная задача решается следующим образом. При определении на устье скважины географического азимута пункта возбуждения дополнительно измеряют проекции векторов угловой скорости вращения Земли и ускорения силы тяжести на оси приборной системы координат, которая образована направлениями осей чувствительности сейсмоприемников. Затем рассчитывают угловое положение приборной системы координат относительно горизонтальной географически ориентированной системы координат, после чего определяют географические азимуты проекций осей чувствительности сейсмоприемников, а углы в горизонтальной плоскости между проекциями осей чувствительности сейсмоприемников и направлением на пункт возбуждения определяют алгебраическим вычитанием азимута пункта возбуждения из азимутов горизонтальных проекций осей чувствительности сейсмоприемников. The problem is solved as follows. When determining the geographic azimuth of the point of excitation at the wellhead, the projections of the angular velocity of the Earth’s rotation and gravity acceleration vectors on the axis of the instrument coordinate system, which is formed by the directions of the sensitivity axes of the geophones, are additionally measured. Then, the angular position of the instrument coordinate system relative to the horizontal geographically oriented coordinate system is calculated, after which the geographic azimuths of the projections of the sensitivity axis of the geophones are determined, and the angles in the horizontal plane between the projections of the sensitivity axes of the geophones and the direction to the excitation point are determined by algebraic subtraction of the azimuth of the point of excitation from the azimuths of the horizontal projections of the axes sensitivity of geophones.
Сущность изобретения заключается в следующем. Угловое положение объекта в пространстве, в том числе и внутри буровой скважины, можно определить, зная направления относительно объекта хотя бы двух векторов, которыми характеризуются внешние физические поля. Замеряя составляющие каждого из этих векторов на оси приборной системы координат, образованной направлениями осей чувствительности измерителей, и оценивая их величины, можно рассчитать угол между осью чувствительности измерителя и вектором того физического поля, для определения характеристики которого предназначен данный измеритель. Так как оси чувствительности измерителей однозначно связываются с корпусом объекта, то естественно, что положение последнего также будет однозначно определено относительно опорной системы координат, связанной с направлением векторов выбранных физических полей. The invention consists in the following. The angular position of the object in space, including inside the borehole, can be determined by knowing the directions relative to the object of at least two vectors that characterize the external physical fields. By measuring the components of each of these vectors on the axis of the instrument coordinate system formed by the directions of the sensitivity axes of the meters, and estimating their values, we can calculate the angle between the sensitivity axis of the meter and the vector of the physical field for which this meter is intended to determine the characteristics. Since the sensitivity axes of the meters are uniquely associated with the body of the object, it is natural that the position of the latter will also be uniquely determined relative to the reference coordinate system associated with the direction of the vectors of the selected physical fields.
Предлагается использовать два вектора, лежащих в вертикальной плоскости - вектор ускорения силы тяжести
Сущность способа поясняется фиг.1, на которой представлена схема определения углов ориентации приборной системы координат относительно опорной. The essence of the method is illustrated in figure 1, which shows a diagram for determining the orientation angles of the instrument coordinate system relative to the reference.
Способ осуществляется следующим образом. На фиг.1 представлена опорная, горизонтальная географически ориентированная система координат Oξηζ, где ось Oζ направлена на Север, ось Oζ- вертикально вниз, а ось Oη,- на Восток. На фиг. 1 показаны:
где g - величина ускорения силы тяжести в точке замера;
ax, ay - составляющие кажущегося ускорения, измеряемые акселерометрами;
ΩЗ - величина угловой скорости вращения Земли;
ωx, ωy - составляющие абсолютной угловой скорости, измеряемые гироскопическими измерителями угловой скорости.The method is as follows. Figure 1 shows the reference, horizontal, geographically oriented coordinate system Oξηζ, where the Oζ axis is directed to the North, the Oζ axis is vertically down, and the Oη axis is to the East. In FIG. 1 are shown:
where g is the value of the acceleration of gravity at the point of measurement;
a x , a y - components of apparent acceleration measured by accelerometers;
Ω З - the magnitude of the angular velocity of rotation of the Earth;
ω x , ω y are the components of the absolute angular velocity, measured by gyroscopic meters of angular velocity.
Приведенные выражения (1) соответствуют случаю, когда используются два акселерометра (двухкомпонентный акселерометр) с осями чувствительности, направленными по осям ОХ и OY приборной системы координат; кроме того, измерение компонент вектора угловой скорости вращения Земли производится также только по двум осям ОХ и OY. Естественно, при наличии чувствительных элементов, установленных по оси OZ, выражения для определения углов ориентации могут принять иной вид, в которых будут присутствовать и значения аz и ωz. Азимуты горизонтальных проекций OX', OY', OZ' осей приборной системы координат на фиг.1 представлены углами Ax, Ay, Az. Величины этих углов определяют следующими выражениями:
Искомые углы в горизонтальной плоскости αx, αy, αz между проекциями осей чувствительности сейсмоприемников и направлением на пункт возбуждения определяют алгебраическим вычитанием азимута пункта возбуждения из азимутов проекций осей чувствительности сейсмоприемников:
Полученные таким образом значения углов αx, αy, αz применяются в дальнейшем при обработке результатов сейсмических исследований. Отметим, что приведенные выше выкладки применимы только для вертикальных (и близких к вертикальным) скважин, когда перемещение скважинного прибора по скважине не приводит к изменению азимута пункта возбуждения относительно текущей точки замера, т.е. Апв=const.The above expressions (1) correspond to the case when two accelerometers are used (two-component accelerometer) with sensitivity axes directed along the axes OX and OY of the instrument coordinate system; in addition, the measurement of the components of the vector of the angular velocity of the Earth’s rotation is also carried out only along two axes OX and OY. Naturally, if there are sensitive elements installed along the OZ axis, the expressions for determining the orientation angles can take a different form, in which the values of a z and ω z will be present. The azimuths of the horizontal projections OX ', OY', OZ 'of the axes of the instrument coordinate system in Fig. 1 are represented by the angles A x , A y , A z . The values of these angles are determined by the following expressions:
The desired angles in the horizontal plane α x , α y , α z between the projections of the sensitivity axes of the geophones and the direction to the point of excitation are determined by the algebraic subtraction of the azimuth of the excitation point from the azimuths of the projections of the sensitivity axes of the geophones:
The angles α x , α y , α z obtained in this way are used later in processing the results of seismic studies. Note that the above calculations are applicable only to vertical (and close to vertical) wells, when moving the downhole tool along the well does not change the azimuth of the excitation point relative to the current measurement point, i.e. And pv = const.
Знание азимута оси чувствительности сейсмоприемника наряду с известным значением азимута направления на пункт возбуждения позволяет определить угол в горизонтальной плоскости между проекцией оси чувствительности сейсмоприемника и направлением на пункт возбуждения. В свою очередь знание величины упомянутого угла позволит разделить аналитически сигналы сейсмоприемников на компоненты SV- и SH-волн и дать достоверную информацию о параметрах геологических пород в околоскважинном пространстве. The knowledge of the azimuth of the axis of sensitivity of the geophone along with the known azimuth of the direction to the point of excitation allows you to determine the angle in the horizontal plane between the projection of the axis of sensitivity of the geophone and the direction of the point of excitation. In turn, the knowledge of the magnitude of the mentioned angle will allow analytically separating the signals of the geophones into the components of SV and SH waves and provide reliable information about the parameters of geological rocks in the near-wellbore space.
При проведении сейсмических исследований в скважинах применяется трехкомпонентная аппаратура с ориентированными по азимуту сейсмоприемниками: шестиприборный трехкомпонентный ориентируемый зонд с гироскопической ориентацией и системой передачи сейсмической информации способом времяимпульсной модуляции; трехприборный трехкомпонентный зонд с взаимной ориентацией скважинных приборов и др. [Лебедев К. А., Суздальницкий Ф.М., Максимов В.И., Меньтюков А.А., Сафиулин Г.Г. Скважинная трехкомпонентная аппаратура. В кн. "Многоволновые сейсмические исследования" - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1987. - С. 103-108]. К настоящему времени технические решения, которые лежат в основе построения указанной аппаратуры, не отвечают современным требованиям точности, надежности, производительности сейсморазведочных работ. When conducting seismic studies in wells, three-component equipment with azimuth-oriented seismic receivers is used: a six-instrument three-component orientable probe with gyroscopic orientation and a system for transmitting seismic information using a time-pulse modulation method; three-instrument three-component probe with relative orientation of downhole tools, etc. [Lebedev K.A., Suzdalnitsky F.M., Maksimov V.I., Mentyukov A.A., Safiulin G.G. Well three-component equipment. In the book. "Multiwave seismic research" - Novosibirsk: Science, Siberian Branch, 1987. - S. 103-108]. To date, the technical solutions that underlie the construction of this equipment do not meet modern requirements for accuracy, reliability, and productivity of seismic surveys.
В качестве прототипа устройства выбрана сейсмоизмерительная аппаратура "СТО-М", состоящая из наземного блока и скважинного прибора с магнитной ориентацией, связанных каротажным кабелем [Лебедев К.А., Суздальницкий Ф.М., Максимов В. И. , Меньтюков А.А., Сафиулин Г.Г. Скважинная трехкомпонентная аппаратура. В кн. "Многоволновые сейсмические исследования". - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1987. - С.103-108]. Суть магнитной ориентации заключается в том, что датчики магнитного поля (магнитометры) замеряют компоненты вектора магнитного поля Земли, а магнитный азимут оси чувствительности конкретного магнитометра либо определяется аналитически с учетом величин сигналов других магнитометров, либо механически задается определенной величиной (+90o) при помощи следящего привода, на вход которого поступает сигнал с магнитометра.The “STO-M” seismic measuring equipment consisting of a ground block and a downhole tool with a magnetic orientation connected by a logging cable [K. Lebedev, F. Suzdalnitsky, V. Maksimov, A. Menchiuk, A. Mentyukov, was selected as a prototype of the device. ., Safiulin G.G. Well three-component equipment. In the book. "Multiwave seismic surveys." - Novosibirsk: Science, Siberian Branch, 1987. - P.103-108]. The essence of the magnetic orientation is that the magnetic field sensors (magnetometers) measure the components of the Earth’s magnetic field vector, and the magnetic azimuth of the sensitivity axis of a particular magnetometer is either determined analytically taking into account the values of the signals of other magnetometers, or is mechanically set to a certain value (+90 o ) using servo drive, the input of which receives a signal from the magnetometer.
Основой системы ориентации скважинного прибора устройства-прототипа является феррозондовый дифференциальный датчик. Этот датчик служит нуль-органом магнитного поля Земли и для исключения влияния вертикальной составляющей поля находится в маятниковом подвесе. В зонде использована импульсная следящая система с электродвигателем, который устанавливает ось датчика в направлении Запад-Восток. Угол положения блока трех сейсмоприемников относительно оси чувствительности феррозондового датчика всегда известен, так как задается оператором перед началом исследований, поэтому также будут известны и магнитные азимуты осей чувствительности сейсмоприемников, однозначно определяемые через этот угол. Угол между направлением на пункт возбуждения и каждой из осей чувствительности сейсмоприемников определяется вычитанием магнитного азимута пункта возбуждения из магнитного азимута оси чувствительности данного сейсмоприемника. The basis of the downhole tool orientation system of the prototype device is a flux-gate differential sensor. This sensor serves as a null organ of the Earth’s magnetic field and is located in a pendulum suspension to exclude the influence of the vertical component of the field. The probe uses a pulsed servo system with an electric motor, which sets the axis of the sensor in the West-East direction. The position angle of the block of three geophones relative to the sensitivity axis of the fluxgate probe is always known, since it is set by the operator before the start of research, therefore, the magnetic azimuths of the sensitivity axes of geophones, which are uniquely determined through this angle, will also be known. The angle between the direction to the point of excitation and each of the sensitivity axes of the geophones is determined by subtracting the magnetic azimuth of the point of excitation from the magnetic azimuth of the sensitivity axis of the geophone.
Недостатком устройства-прототипа является невысокая точность, присущая большинству систем ориентации по магнитному полю Земли, вызываемая нестабильностью во времени последнего, а также абсолютная невозможность работы такой аппаратуры в обсаженных стальными трубами скважинах. The disadvantage of the prototype device is the low accuracy inherent in most orientation systems for the Earth's magnetic field, caused by instability in the time of the latter, as well as the absolute impossibility of such equipment in wells cased with steel pipes.
Задача изобретения - создание устройства, позволяющего определять в горизонтальной плоскости угловое положение проекций осей чувствительности сейсмоприемников относительно направления на пункт возбуждения с большей точностью как в необсаженных, так и в обсаженных буровых скважинах. The objective of the invention is the creation of a device that allows you to determine in the horizontal plane the angular position of the projections of the axes of sensitivity of the geophones relative to the direction to the point of excitation with greater accuracy both in uncased and cased boreholes.
Поставленная задача решается следующим образом. Скважинный прибор, в котором установлен блок трех сейсмоприемников, оси чувствительности которых взаимно ортогональны, оснащен чувствительными элементами - многокомпонентным гироскопическим измерителем угловой скорости и многокомпонентным акселерометром, оси чувствительности которых параллельны соответствующим осям сейсмоприемников. Кроме того, в состав скважинного прибора входит блок режимов работы, управляемый сигналом с выхода наземного блока и в свою очередь задающий режимы работы чувствительных элементов посредством связи его выхода с управляющими входами многокомпонентного гироскопического измерителя угловой скорости и многокомпонентного акселерометра. Выходы чувствительных элементов (гироскопического измерителя и акселерометра) посредством кабельного канала связи соединены со вторым и третьим входами наземного блока, которые являются входами вычислителя, представляющего собой составную часть наземного блока. С четвертым входом наземного блока связан блок ввода констант, который предназначен для ввода в вычислитель параметров, характеризующих конкретные условия проведения исследования скважины. С первым входом наземного блока, как и в устройстве-прототипе, связаны выходы блока сейсмоприемников. The problem is solved as follows. The downhole tool, in which a block of three geophones is installed, the sensitivity axes of which are mutually orthogonal, is equipped with sensitive elements - a multicomponent gyroscopic angular velocity meter and a multicomponent accelerometer, the sensitivity axes of which are parallel to the corresponding axes of the geophones. In addition, the downhole tool includes a block of operating modes controlled by a signal from the output of the ground block and, in turn, setting the operating modes of sensitive elements by connecting its output to the control inputs of a multicomponent gyroscopic angular velocity meter and multicomponent accelerometer. The outputs of the sensitive elements (gyroscopic meter and accelerometer) via a cable channel are connected to the second and third inputs of the ground block, which are the inputs of the computer, which is an integral part of the ground block. The input block of constants is connected to the fourth input of the ground block, which is intended for input into the computer of parameters characterizing the specific conditions of the well study. With the first input of the ground block, as in the prototype device, the outputs of the block of geophones are connected.
Сущность изобретения заключается в том, что положение блока сейсмоприемников в пространстве определяется относительно опорной горизонтальной, географически ориентированной системы координат, две оси которой лежат в вертикальной плоскости (плоскости географического меридиана), образованной векторами ускорения силы тяжести и угловой скорости вращения Земли. The essence of the invention lies in the fact that the position of the block of geophones in space is determined relative to the reference horizontal, geographically oriented coordinate system, the two axes of which lie in a vertical plane (plane of the geographic meridian) formed by vectors of acceleration of gravity and angular velocity of rotation of the Earth.
Угловое положение осей чувствительности сейсмоприемников относительно осей опорной системы координат, а также искомые углы в горизонтальной плоскости определяются аналитическим путем наземным вычислителем, на вход которого поступают сигналы с чувствительных элементов: с акселерометра - соответствующие компонентам вектора ускорения силы тяжести, с измерителя угловой скорости - соответствующие компонентам вектора угловой скорости вращения Земли. В данном случае на качество информации чувствительных элементов не влияют наличие ферромагнитных обсадных труб и вариации магнитного поля Земли. Кроме того, современные акселерометры и гироскопические измерители угловой скорости обладают чувствительностью, существенно превышающей чувствительность датчиков, реагирующих на магнитное поле Земли, что в конечном итоге позволяет ожидать и повышение точности определения углов ориентации. The angular position of the sensitivity axes of the geophones relative to the axes of the reference coordinate system, as well as the desired angles in the horizontal plane, are determined analytically by a ground computer, the input of which receives signals from sensitive elements: from the accelerometer — corresponding to the components of the gravity acceleration vector, from the angular velocity meter — corresponding to the components Earth angular velocity vector. In this case, the information quality of the sensitive elements is not affected by the presence of ferromagnetic casing and variations in the Earth’s magnetic field. In addition, modern accelerometers and gyroscopic angular velocity meters have a sensitivity that significantly exceeds the sensitivity of sensors that respond to the Earth's magnetic field, which ultimately allows one to expect an increase in the accuracy of determining orientation angles.
Конструкция изобретения поясняется фиг.2, на которой изображена блок-схема устройства для определения ориентации сейсмоприемников. The design of the invention is illustrated in figure 2, which shows a block diagram of a device for determining the orientation of geophones.
Скважинный прибор 1 содержит блок трех сейсмоприемников 2, оси чувствительности которых взаимно ортогональны. Выходные сигналы сейсмоприемников по кабельному каналу связи 3 передаются на первый вход наземного блока 4. В состав скважинного прибора также включены многокомпонентный гироскопический измеритель угловой скорости 5 и многокомпонентный акселерометр 6, направление осей чувствительности которых совпадает с направлением осей чувствительности блока сейсмоприемников. Блок режимов работы 7, также входящий в состав скважинного прибора, по командам с выхода наземного блока 4 изменяет режим работы многокомпонентного гироскопического измерителя угловой скорости 5 и многокомпонентного акселерометра 6 (в частности, отключает питание этих чувствительных элементов перед проведением измерений параметров сейсмоволны и подключает перед проведением процесса ориентирования осей чувствительности в новой точке замера). Передача команд на блок режимов работы 7 и сигналов с гироскопического измерителя угловой скорости 5 и акселерометра 6 также производится посредством кабельного канала связи 3. С четвертым входом наземного блока 4 связан блок ввода констант 8, предназначенный для введения в вычислитель наземного блока некоторых заранее известных постоянных, необходимых для расчета по соответствующим алгоритмам параметров ориентации. С помощью блока ввода констант 8 в вычислитель вводятся значения географического азимута пункта возбуждения из точки устья скважины, широты места проведения исследований, величина ускорения силы тяжести в данной точке пространства, другие величины, которые присутствуют в алгоритме расчета параметров ориентации. The downhole tool 1 contains a block of three
Устройство работает следующим образом. В наземный блок 4 посредством блока ввода констант 8 вводятся значения азимута пункта возбуждения и других параметров, необходимых для проведения расчетов. Скважинный прибор 1 опускается в скважину на первую точку измерений и заякоривается в ней при помощи прижимного устройства. С наземного блока 4 поступает команда на блок режимов работы 7, который подает питание на многокомпонентный гироскопический измеритель угловой скорости 5 и многокомпонентный акселерометр 6. После выхода указанных приборов на рабочий режим с них снимается информация и по кабельному каналу связи 3 передается в наземный блок 4. Вычислитель, входящий в состав последнего, по алгоритмам, построенным на основании выражений (1), определяет параметры ориентации приборной системы координат, по осям которой направлены оси чувствительности гироскопического измерителя и акселерометра. Но так как оси чувствительности блока трех сейсмоприемников 2 совпадают по направлению с соответствующими осями чувствительности гироскопического измерителя и акселерометра, то рассчитанными параметрами ориентации будет характеризоваться и положение трехгранника осей чувствительности блока сейсмоприемников, следовательно, географические азимуты осей чувствительности сейсмоприемников определятся выражениями (2). The device operates as follows. In the
Искомые азимуты осей чувствительности сейсмоприемников относительно направления на пункт возбуждения находятся путем алгебраического вычитания величины географического азимута пункта возбуждения (определенного перед началом исследований с помощью гирокомпаса, топографической карты и пр.) из рассчитанных вычислителем величин географического азимута осей чувствительности сейсмоприемников (3). После определения ориентации осей чувствительности блока сейсмоприемников 2 с наземного блока 4 поступает сигнал на блок режимов работы 7, который отключает питание многокомпонентного гироскопического измерителя угловой скорости 5 и многокомпонентного акселерометра 6. После остановки вращения ротора гироскопа, когда исчезают создаваемые им шумы, производится вибровозбуждение (взрыв) в пункте возбуждения и регистрация блоком сейсмоприемников 2 параметров пришедшей сейсмоволны. Сигналы с сейсмоприемников поступают по кабельному каналу связи 3 на первый вход наземного блока 4, где осуществляется их регистрация и обработка. После проведения замера и записи сейсмосигналов прижимное устройство отключается, скважинный прибор освобождается и его перемещают на новую точку замеров, где он вновь заякоривается. Далее производится новый цикл операций, аналогичный рассмотренному выше. The required azimuths of the sensitivity axes of the geophones relative to the direction to the point of excitation are found by algebraically subtracting the geographic azimuth of the point of excitation (determined before using the gyrocompass, topographic map, etc.) from the geographic azimuth of the sensitivity axes of the geophones calculated by the calculator (3). After determining the orientation of the sensitivity axes of the
Техническая реализация данного изобретения может быть осуществлена при помощи гироскопических измерителей угловой скорости и акселерометров, широко применяемых в настоящее время в системах ориентации и навигации подвижных объектов. В качестве блока режимов работы скважинного прибора может быть использован дистанционный электромагнитный переключатель. Блок ввода констант - клавиатура ЭВМ, входящей в состав наземного блока. Technical implementation of the present invention can be carried out using gyroscopic angular velocity meters and accelerometers, widely used at present in orientation systems and navigation of moving objects. As a block of operating modes of the downhole tool, a remote electromagnetic switch can be used. The input block constants - the keyboard of the computer, which is part of the ground block.
Данное изобретение позволит повысить точность проведения и производительность сейсморазведочных исследований, а также снизить себестоимость разведочных работ на нефть и газ. This invention will improve the accuracy and performance of seismic surveys, as well as reduce the cost of exploration for oil and gas.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002111203/28A RU2209449C1 (en) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | Method establishing orientation of geophones and facility for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002111203/28A RU2209449C1 (en) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | Method establishing orientation of geophones and facility for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2209449C1 true RU2209449C1 (en) | 2003-07-27 |
Family
ID=29211857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002111203/28A RU2209449C1 (en) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | Method establishing orientation of geophones and facility for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2209449C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2306529C2 (en) * | 2005-09-02 | 2007-09-20 | Борис Михайлович Смирнов | Device for determining angular position of movable object |
| RU2482270C1 (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-20 | Закрытое Акционерное общество Научно-производственная фирма по геофизическим и геоэкологическим работам "Каротаж" | Method for determining orientation of downhole instrument in borehole |
| RU2787967C1 (en) * | 2022-03-04 | 2023-01-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for measuring the azimuth of the horizontal sensitivity components of borehole gears |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4987684A (en) * | 1982-09-08 | 1991-01-29 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Wellbore inertial directional surveying system |
| RU2022302C1 (en) * | 1990-03-27 | 1994-10-30 | Вычислительный центр СО РАН | Method of measuring orientation of three-component seismometer |
| RU2057924C1 (en) * | 1993-03-29 | 1996-04-10 | Томский политехнический университет | Gyroinclinometer complex |
-
2002
- 2002-04-24 RU RU2002111203/28A patent/RU2209449C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4987684A (en) * | 1982-09-08 | 1991-01-29 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Wellbore inertial directional surveying system |
| RU2022302C1 (en) * | 1990-03-27 | 1994-10-30 | Вычислительный центр СО РАН | Method of measuring orientation of three-component seismometer |
| RU2057924C1 (en) * | 1993-03-29 | 1996-04-10 | Томский политехнический университет | Gyroinclinometer complex |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| К.А. ЛЕБЕДЕВ и др. Скважинная трехкомпонентная аппаратура в сб. Многоволновые сейсмические исследования. /Под. ред. Н.Н. Пузырева, - Новосибирск: Наука, 1987, с.103-108. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2306529C2 (en) * | 2005-09-02 | 2007-09-20 | Борис Михайлович Смирнов | Device for determining angular position of movable object |
| RU2482270C1 (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-20 | Закрытое Акционерное общество Научно-производственная фирма по геофизическим и геоэкологическим работам "Каротаж" | Method for determining orientation of downhole instrument in borehole |
| RU2787967C1 (en) * | 2022-03-04 | 2023-01-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for measuring the azimuth of the horizontal sensitivity components of borehole gears |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7069780B2 (en) | Gravity techniques for drilling and logging | |
| Nabighian et al. | The historical development of the magnetic method in exploration | |
| Dransfield et al. | Airborne gravity gradiometry in the search for mineral deposits | |
| US4710708A (en) | Method and apparatus employing received independent magnetic field components of a transmitted alternating magnetic field for determining location | |
| US10495775B2 (en) | Method to predict local geomagnetic disturbance field and its practical application | |
| US20090157321A1 (en) | Determining Wellbore Position Within Subsurface Earth Structures and Updating Models of Such Structures using Azimuthal Formation Measurements | |
| EP0299862B1 (en) | Method for evaluating parameters related to the elastic properties of subsurface earth formations | |
| CN109882157B (en) | Optical Fiber Inertial Navigation System of Downhole Multi-component Measuring Instrument and Its Data Processing Method | |
| MX2011009298A (en) | Methods to estimate subsurface deviatoric stress characteristics from borehole sonic log anisotropy directions and image log failure directions. | |
| EA012792B1 (en) | Method for phase and amplitude correction in controlled source electromagnetic survey data | |
| CN113671263B (en) | Method and system for detecting downhole magnetic interference for measurement while drilling operations | |
| US10444399B2 (en) | Multiaxial well logging instrument response in dipping and crossbedded formations | |
| US4507958A (en) | Surveying of a borehole for position determination | |
| Fairhead et al. | Advances in airborne gravity and magnetics | |
| US20060070432A1 (en) | Gravity techniques for drilling and logging | |
| RU2209449C1 (en) | Method establishing orientation of geophones and facility for its implementation | |
| US10222506B2 (en) | System and methodology for orientation of a borehole seismic source | |
| Yang et al. | A novel method for determining geophone orientations from zero-offset VSP data constrained by scalar field | |
| Blake et al. | Interpretation of borehole-inclinometer data: a general theory applied to a new instrument | |
| Diez Zaldívar et al. | Misalignment angle correction of borehole seismic sensors: The case study of the Collalto seismic network | |
| Chapin et al. | Applying gravity in petroleum exploration | |
| Goussev | Gravity and magnetic encyclopedic dictionary | |
| CN111856613A (en) | Land multi-parameter physical data acquisition device | |
| Xue | Dynamic Measurement of Spatial Attitude at the Bottom Rotating Drillstring | |
| Brzezowski et al. | Analysis of alternate borehole survey systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060425 |