УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ В СКВАЖИНАХ ДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
DEVICE FOR STUDIES OF DYNAMIC STATE OF ROCKS IN A WELL

Процесс трещинообразования в горных породах сопровождается сейсмоакустической эмиссией и электромагнитным излучением среды, однако наличие сейсмоакустического излучения и электромагнитного излучения в объеме геосреды происходит по-разному. В анизотропных средах распределение сигналов по направлениям не одинаково. Это позволяет классифицировать зоны нарушенности по их тектонофизической природе. Применение 3-компонентных измерений рассматриваемых процессов позволяет по расхождению амплитуд сигналов определять интервалы трещиноватости с разной направленностью трещин и тем самым выделять анизотропные и изотропные зоны по разрезу скважин. Применение трехкомпонентных измерений сейсмоакустической эмиссии и электромагнитного излучения позволяет увеличить объем информации в нарушенных зонах при естественном залегании пород и осуществляется впервые. Это также снижает стоимость геофизических исследований и расширяет область применения предлагаемого устройства.
Известно устройство [1], содержащее три взаимно ортогональных датчика акустических сигналов, коммутатор, блок управления, антенну для приема электромагнитных сигналов, высокочастотный перестраиваемый усилитель. К недостаткам устройства следует отнести то, что оно измеряет только одну составляющую электромагнитного сигнала, что существенно снижает его возможности. Кроме того, требуется трехжильный кабель и дополнительные устройства для преобразования измеряемых сигналов в цифровую форму.
Известно устройство [2], содержащее три взаимно ортогональных датчика акустических сигналов, термометр, блок гамма-каротажа. Это устройство не позволяет измерять электромагнитные сигналы. Кроме того, применение частотно-импульсного модулятора, работающего на частоте, близкой к частотам электромагнитных сигналов, исключает возможность их измерения из-за высоких помех со стороны модулятора.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство [3], содержащее в скважинном приборе три взаимно ортогональных датчика акустических сигналов, первый и второй коммутаторы, усилитель, блок фильтров, аналого-цифровой преобразователь, ферритовую антенну, блок передачи. К недостаткам устройства следует отнести то, что оно измеряет только одну составляющую электромагнитного сигнала, что может привести к ошибкам измерений при определении динамического состояния среды.
Устройство для исследования в скважинах динамического состояния горных пород, содержащее ферритовую антенну, три конденсатора, первый коммутатор конденсаторов, первый усилитель, смеситель, фильтр нижних частот, переключаемый генератор, выпрямитель, три взаимно ортогональных датчика акустических сигналов, второй коммутатор, второй усилитель, блок полосовых фильтров, блок выпрямителей, четвертый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок передачи, блок гамма-каротажа, отличается тем, что в него дополнительно введены две ферритовые антенны, расположенные перпендикулярно оси скважинного прибора таким образом, что с первой антенной они образуют взаимно ортогональную систему, оси чувствительности которой параллельны осям геоакустических датчиков, третий коммутатор ферритовых антенн, выход которого подключен к входу первого коммутатора конденсаторов и входу первого усилителя, а также заграждающий фильтр, вход которого подключен к выходу второго усилителя, а выход - к входу блока полосовых фильтров.
На чертеже изображена функциональная схема устройства. Устройство содержит:
1, 2, 3 - три ферритовых антенны,
4 - третий коммутатор ферритовых антенн,
5 - первый коммутатор конденсаторов,
6 - три конденсатора,
7 - первый усилитель,
8 - смеситель сигналов,
9 - переключаемый генератор,
10 - фильтр нижних частот,
11 - выпрямитель электромагнитных сигналов,
12, 13, 14 - три датчика геоакустических сигналов,
15 - второй коммутатор геоакустических сигналов,
16 - второй усилитель,
17 - заграждающий фильтр,
18 - блок-гамма каротажа,
19 - блок полосовых фильтров,
20 - блок выпрямителей,
21 - четвертый коммутатор,
22 - аналого-цифровой преобразователь,
23 - блок передачи,
24 - блок питания,
25 - блок управления,
26 - каротажный кабель.
Устройство работает следующим образом: связь скважинного прибора с наземным пультом осуществляется при помощи одножильного каротажного кабеля, по которому также подается напряжение питания скважинного прибора. Скважинный прибор устройства работает с временным разделением каналов за 19 тактов. Управляет работой устройства блок управления 25. Синхронизация принимаемой наземным пультом информации осуществляется в момент паузы ее передачи со скважинного прибора. В первый, второй, третий такты коммутатор 4 подключает ферритовую антенну 1 к входу первого коммутатора конденсаторов 5, при этом в каждый из этих тактов параллельно катушке ферритовой антенны подключаются коммутатором 5 различные конденсаторы 6, образуя входной колебательный контур с частотами измеряемого сигнала (например, 40 кГц, 80 кГц, 120 кГц). Синхронно с этим изменяется частота генератора 9, которая в каждый такт соответствует частоте колебательного контура. После усиления блоком 7 сигнал поступает на один из входов смесителя 8, на второй вход которого поступает сигнал с генератора 9. На выходе смесителя 8 в каждый такт образуется сигнал в полосе частот
(fвx±fнч)-fч,
где fвx - частота принимаемого сигнала;
fнч - верхняя частота пропускания фильтра нижних частот 10;
fч - частота генератора 9 и входного контура, образованного ферритовой антенной 1 и одним из конденсаторов 6.
Выходной сигнал смесителя 8 через фильтр нижних частот 10 и выпрямитель 11 поступает на вход коммутатора 21, АЦП 22, и полученный цифровой сигнал через блок передачи 23 поступает на каротажный кабель 26. В четвертый, пятый, шестой такты коммутатор 4 подключает ферритовую антенну 2 к входу коммутатора 5 и, соответственно, к конденсаторам 6. В седьмой, восьмой, девятый такты аналогичным образом коммутатор 4 подключает ферритовую антенну 3. В такты с четвертого по девятый устройство работает таким же образом, как в первый, второй, третий такты, при подключении антенн 2, 3. Индуктивность антенн 1, 2, 3 подбирается одинаковой с достаточно высокой точностью. В десятый, одиннадцатый, двенадцатый такты коммутатор 15 подключает датчик геоакустических сигналов 12 к усилителю 16 и, далее, к заграждающему фильтру 17. Выходной сигнал блока 17 подается на блок полосовых фильтров, который разделяет этот сигнал на три полосы и подает эти частоты на входы блока выпрямителей, выходы которого через коммутатор 21 подаются на вход аналого-цифрового преобразователя 22, блок передачи 23 и каротажный кабель 26. В тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый такт коммутатор 15 подключает датчик 13, а в шестнадцатый, семнадцатый, восемнадцатый такты - датчик 14 к входу усилителя 16. Устройство работает аналогично работе в десятый, одиннадцатый, двенадцатый такты. В девятнадцатый такт выходной сигнал блока гамма-каротажа постоянного тока через коммутатор 21 поступает на вход АЦП 22. Из-за большой инерционности блока 18 он не выключается при измерении геоакустических сигналов. Блок гамма-каротажа содержит блокинг-генератор, работающий на частотах 5-10 кГц, который создает вибрацию корпуса скважинного прибора, создавая помехи при измерении геоакустических сигналов. Помехи эти могут быть значительными, и блок полосовых фильтров 19 зачастую не может их подавить или требует существенного усложнения. Для ликвидации этих помех между выходом блока 16 и входом блока 19 установлен заграждающий фильтр 17, настроенный на частоту блокинг-генератора.
Конструктивно ферритовые антенны и датчики геоакустических сигналов представляют собой две взаимно ортогональные системы. Оси чувствительности обеих систем расположены параллельно, что позволяет при интерпретации повысить информативность определения динамического состояния горных пород в скважине в интервалах с различной направленностью трещин и других нарушенностей.
Источники информации
1. Фадеев В.А. Аппаратура для регистрации естественного сейсмоакустического и электромагнитного излучения горных пород в скважинах. Сб. научн. тр. Геофизические методы исследования месторождений полезных ископаемых. - Караганда, 1991, с. 45-48.
2. Астраханцев Ю.Г., Троянов А.К. Устройство для проведения геоакустического каротажа. Патент РФ №2445653, GO1V 1/40.
3. Астраханцев Ю.Г., Белоглазова Н.А., Троянов А.К. Устройство для проведения исследований динамического состояния горных пород в скважинах. Патент РФ №2533334, GO1V 1/40, GO1V 11/00, GO1V 3/18.