УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ СЕЙСМОДАТЧИКОВ В СКВАЖИННОМ ПРИБОРЕ
APPARATUS FOR MOUNTING SEISMIC SENSORS IN BOREHOLE TOOL

Изобретение относится к области скважинной сейсморазведки и предназначено для проведения измерений параметров сейсмических колебаний в скважине.
Известен скважинный трехкомпонентный приемник, содержащий подвешенный на кабеле корпус, к которому на шарнирах с помощью трех звеньев, расположенных через 120 градусов по окружности корпуса, закреплены три герметичных контейнера с помещенными в них сейсмопреобразователями (см. а.с. 1400311, М. Кл. G0IV 1/40). На корпусе установлена силовая пружина, опирающаяся на ползун, соединенный тягами с контейнерами вблизи центра массы. К ползуну подвешен на гибком кабеле груз, снабженный устройством для его закрепления на стенке скважины. При прижатии груза к стенке скважины и напуске кабеля усилие пружины разводит контейнеры по радиусам звеньев, и приемник закрепляется силой трения на стенке скважины.
Недостатками такого прибора является большой диаметр, не позволяющий его использовать для исследования скважин с малым диаметром поперечного сечения. Сложность обеспечения идентичности условий приема колебаний сейсмопреобразователями, находящимися в различных контейнерах и громоздскость конструкции.
Общеизвестно устройство [1] в виде цилиндрического контейнера с гнездами, в которых жестко закрепляются сейсмодатчики и которое затем само жестко закрепляется в корпусе скважинного зонда. При этом один сейсмодатчик - вертикальный, размещается по оси цилиндрического устройства, а два других - горизонтальные, размещаются перпендикулярно его оси. Устройство жестко закрепляется в корпусе прибора таким образом, чтобы ось максимальной чувствительности одного из горизонтальных сейсмодатчиков располагалась в плоскости прижима (направление РР на рис.1). При регистрации колебаний в скважине прибор жестко соединяется со стенкой скважины посредством прижимного рычага.
Недостатком такой конструкции является то, что она не обеспечивает одинаковую чувствительность сейсмодатчиков в зависимости от направления подхода волны в точку регистрации. Так при подходе волны по направлению РР (рис.1), на контакте прибор - стенка скважины возникает деформация сжатия - разрежения. Эта деформация характеризуется модулем Юнга - Е пород, слагающих геологический разрез в месте контакта с прибором. Сейсмодатчик, расположенный в плоскости прижима в этом случае будет сориентирован на оптимальную регистрацию данной волны.
Целью предлагаемого изобретения является:
- повышение точности измерения параметров сейсмических волн;
- возможность контроля качества регистрации сейсмических волн.
Поставленная цель достигается тем, что в контейнере жестко закрепляются четыре датчика - один вертикальный, ось его максимальной чувствительности направлена по оси прибора и три горизонтальных, которые располагаются в плоскости перпендикулярной оси прибора, при этом один горизонтальный датчик располагается, так чтобы ось его максимальной чувствительности располагалась в плоскости прижима перпендикулярно к продольной оси прибора, а два других располагаются под углом 45 град. к вертикальной плоскости прижима по обеим ее сторонам, т.е. под углом 45 град. к направлению РР (см. рис.1), Повышение точности измерения достигается за счет выравнивания чувствительности этих датчиков путем симметричного расположения их относительно плоскости прижима, а данные, получаемые от датчика, расположенного в плоскости прижима дают возможность контролировать и оценивать качество регистрируемой информации.
Заявителю не известны технические решения, отличающие заявляемые решение от прототипа, поэтому можно сделать вывод о соответствии его критерию «Новизна» и «Изобретательский уровень».
На рис.1 изображено положение горизонтального сечения прибора 3 в горизонтальном сечении скважины 1 с раскрытым прижимным рычагом 2 и горизонтальное сечение контейнера 4 с датчиками 5, 6 и 7, закрепленными в контейнере в соответствии с заявляемой схемой, т.е, датчик 5 закреплен так, что ось его максимальной чувствительности располагается по линии (следу) 8 плоскости прижима перпендикулярно продольной оси прибора, а датчики 6 и 7 под углом 45 град. к этой линии по обе стороны от нее.
Устройство работает следующим образом.
После установки зонда в скважине производится возбуждение колебаний, которые распространяясь в геологической среде, достигают скважинного прибора, в корпусе которого размещено устройство с сейсмодатчиками, регистрирующими эти колебания. Пусть волна подходит к датчику Р, расположенному в плоскости прижима (рис.2), под углом α к его оси максимальной чувствительности. Примем, что амплитуда волны А=1, тогда этот датчик зарегистрирует сигнал с амплитудой А=cosα. Соответственно сейсмодатчики Х и Y зарегистрируют сигналы с амплитудами Х=cos(α-45°) и Y=-cos(135°-α)=-cos(90°-(α-45°))=-sin(α-45°). Далее определим проекции Xp и Yp этих амплитуд на ось оптимальной чувствительности датчика Р:Хр=X·cos45° и Yp=Y·cos 45° Как показывают расчеты, при качественной регистрации данных всеми датчиками, должно выполняться равенство А=Xp+Yp. Как показывают следующие расчеты, это равенство выполняется, т.е.
А=Xp+Yp=X·cos45°+Y·cos45°=
=cos (α-45°)·cos45°+(- sin(α-45°))·cos45°=
=(cosα·cos45°+sinα·sin45°)cos45°-(sinα·cos45°-cosα·sin45°)cos45°.
<mrow><mi>sin</mi><msup><mrow><mn>45</mn></mrow><mo>∘</mo></msup><mo>=</mo><mi>cos</mi><msup><mrow><mn>45</mn></mrow><mo>∘</mo></msup><mo>=</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow>
Принимая во внимание, что
и подставляя это значение, получим:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msup><mo stretchy="false">(</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo>/</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo><mn>2</mn></msup><mi>cos</mi><mi>α</mi><mo>+</mo><msup><mo stretchy="false">(</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo>/</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo><mn>2</mn></msup><mi>sin</mi><mi>α</mi><mo>−</mo><msup><mo stretchy="false">(</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo>/</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo><mn>2</mn></msup><mi>sin</mi><mi>α</mi><mo>+</mo><msup><mo stretchy="false">(</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo>/</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo><mn>2</mn></msup><mi>cos</mi><mi>α</mi><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn><mi>cos</mi><mi>α</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn><mi>cos</mi><mi>α</mi><mo>=</mo><mi>cos</mi><mi>α</mi><mo>=</mo><mi>A</mi></mtd></mtr></mtable>
т.е. сумма проекций сигналов, регистрируемых X и Y сейсмоприемниками, при качественной работе всех трех сейсмоприемников, будет совпадать с записью сигнала на сейсмоприемнике P. При этом появляется возможность определить сейсмоприемник, работающий не качественно и исключить его показания из дальнейшей обработки. Для этого необходимо дважды выполнить преобразование поворота системы координат XY на 45°.
Таким образом, после регистрации данных предлагаемой установкой сейсмоприемников имеется возможность проконтролировать качество получаемого материала и при необходимости заменить записи бракованных сейсмоприемников записями кондиционных сейсмоприемников.
Источники
1. J Е. Gaiser, Terrane J. Fulp, Steve G. Petermann, and Gary M. Karner. "Vertical seismic profile sonde coupling"
GEOPHYSICS, vol 53. NO. 2 (February 1988); p.206-214, 18 FIGS.