устройство для измерения геоакустических шумов в скважине

Формула изобретения

Устройство для измерения геоакустических шумов в скважине, содержащее в скважинном приборе три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, коммутатор датчиков, усилитель, отличающееся тем, что в него дополнительно введены соединенные последовательно и подключенные к выходу усилителя блок фильтров, блок выпрямителей, второй коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок приема-передачи цифровой информации, подключенный к каротажному кабелю, а также два гравитационных акселерометра, выходы которых подключены к входам второго коммутатора, укрепленные таким образом, что их оси чувствительности совпадают по направлению с осями чувствительности двух датчиков геоакустических сигналов, направленных перпендикулярно оси скважинного прибора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геофизике и применяется, в частности, для измерения составляющих вектора естественного геоакустического сигнала в скважине. Измерение геоакустических шумов в скважине производится с целью определения местоположения тектонических нарушений в стволе и околоскважинном пространстве, движения флюидов, воды, нефти, газа и т.п. Поэтому вопрос о том, каким образом ориентированы приемники сигналов, имеет большое значение для определения направления на источник шума. Кроме того, учитывая широкое применение устройства в промысловой геофизике, обязательным условием является использование одножильного кабеля для проведения каротажа.

Известны устройства [1, 2], содержащие приемник сигнала, блок предварительного усиления и расположенные на поверхности магнитофон и фоторегистратор. Недостатком данного устройства является то, что невозможно определить направление на источник сигнала в скважине. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является аппаратура [3], содержащая в скважинном приборе три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, коммутатор датчиков, усилитель и блок управления. К недостаткам прибора относится то, что он не позволяет определить направление на источник сигнала в скважине и требует трехжильного кабеля для проведения измерений.

Устройство для измерения геоакустических шумов в скважине, содержащее в скважинном приборе три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, коммутатор датчиков, усилитель, отличается тем, что в него дополнительно введены соединенные последовательно и подключенные к входу усилителя блок фильтров, блок выпрямителей, второй коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок приема-передачи, подключенный к каротажному кабелю, а также два гравитационных акселерометра, выходы которых подключены ко входам второго коммутатора и укрепленные таким образом, что их оси чувствительности совпадают по направлению с осями чувствительности двух датчиков геоакустических сигналов, направленных перпендикулярно оси скважинного прибора.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Устройство содержит: 1, 2, 3 - три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов Z_N, X_N, Y_N, ось чувствительности одного из них Z_N направлена по оси скважинного прибора, а двух других - X_N, Y_N - перпендикулярно оси прибора, 4 - первый коммутатор, 5 - усилитель, 6 - блок фильтров, 7 - блок выпрямителей, 8 - второй коммутатор, 9, 10 - гравитационные акселерометры, которые измеряют проекции ускорения силы тяжести на оси, перпендикулярные осям скважинного прибора X_g, Y_g, 11 - аналого-цифровой преобразователь, 12 - блок приема-передачи, 13 - блок управления, 14 - блок питания.

Работает устройство следующим образом.

Блок приема-передачи 12 осуществляет цифровую двухстороннюю связь скважинного прибора с наземным пультом по одножильному кабелю. По этой же жиле поступает напряжение питания скважинного прибора. Устройство работает в режиме запрос - ответ. При поступлении на вход блока 12 запускающего сигнала инициализируется работа блока управления 13. Устройство содержит блок фильтров 6, разбивающий весь диапазон частот, принимаемых датчиками сигналов, на требуемое число поддиапазонов (например, два). Устройство работает с временным разделением каналов за 8 тактов.

В первый такт коммутатор 4 подключает ко входу усилителя 5 датчик 1. Сигнал, принимаемый датчиком, усиливается и разделяется блоком фильтров 6 на две полосы (верхних и нижних частот). Сигналы в каждой полосе частот отдельно выпрямляются блоком 7, и один из выходов блока 7 подключается вторым коммутатором 8 к входу аналого-цифрового преобразователя 11. После оцифровки он передается блоком 12 на поверхность.

Во второй такт работы датчик 1 остается подключенным ко входу усилителя, а коммутатор 8 подключает второй выход блока 7 ко входу блока 11. Получается цифровое значение сигнала датчика 1 в другой полосе частот.

В третий и четвертый такты аналогичным образом подключается датчик 2 и передаются на поверхность 2 цифровых значения сигнала датчика 2 в двух диапазонах частот.

В пятый и шестой такты таким же образом происходит измерение сигнала датчика 3.

В седьмой и восьмой такты коммутатор 8 подключает ко входу АЦП акселерометры 9, 10. При этом сигналы датчиков 1, 2, 3 на вход АЦП не поступают.

При помощи акселерометров 9, 10 (X_g, Y_g) определяется ориентация датчиков 1, 2, 3 относительно плоскости наклона скважины.

Выходные напряжения акселерометров X_g и Y_g равны

X_g = k₁sinsin,

Y_g = k₂sincos,

где k₁, k₂ - коэффициенты преобразования акселерометров;

- зенитный угол скважины;

- угол поворота оси чувствительности X относительно плоскости наклона скважины.

При равенстве коэффициентов k₁, k₂



Так как оси чувствительности геоакустических датчиков и акселерометров параллельны, то, зная угол , зенитный угол и азимут скважины, можно однозначно определить ориентацию датчиков 1, 2, 3 относительно магнитного меридиана. В простейшем случае (при малых углах наклона скважины) направление оси чувствительности датчика X_N будет определяться так

A_x = A_c ,

где A_с - азимут скважины.

Азимут и зенитный угол скважины берутся из инклинометрических измерений, проведенных до геоакустического каротажа. Так как в данном устройстве не используются магнитные датчики для определения ориентации возможно определение направления на источник шума и в обсаженных скважинах.

Источники информации

1. Каротаев Ю.П., Грузелова К.Л. и др. Акустический способ исследования скважин. Журнал "Газовая промышленность" N 11, М.: Недра, 1983, с. 18-20.

2. Бижанов А.Н., Шакиров Р.А. и др. Использование шумометрии при контроле за разработкой нефтяных месторождений. Журнал "Нефтяное хозяйство" N3, М. : Недра, 1986, с. 45-47.

3. Фадеев В. А. Аппаратура для регистрации естественного сейсмоакустического и электромагнитного излучения горных пород в скважинах. Сб. науч. тр. Геолого-геофизические методы исследования месторождений полезных ископаемых. Караганда, 1991, с. 45-48 (прототип).