СЕЙСМОРЕГИСТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области сейсморазведки и может быть применена при поисках и разведке нефтегазовых месторождений, преимущественно в сложных геологических условиях, с использованием регистрации определенных типов волн, распространяющихся в среде.
Из уровня техники известен многокомпонентный сейсморазведочный комплекс, содержащий от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных сейсмодатчиков линейных движений; от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных сейсмодатчиков угловых движений; от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных датчика линейных движений и градиента давления; цифровой блок регистрации и сбора данных, при этом все датчики содержат в качестве рабочей среды жидкость и молекулярно-электронный чувствительный элемент, преобразующий движение жидкости в электрический сигнал [1].
Известное техническое решение позволяет получать достаточно полную информацию о волновом поле в точке регистрации, необходимую для практической реализации методов обработки данных, обеспечивающих разделение сейсмического сигнала на волны различных типов и обработку каждого типа волн наиболее приспособленными для этого методами, обеспечивает измерения с низкими собственными шумами и приспособлено для работы в широком температурном диапазоне, характерном для полевых сейсморазведочных экспериментов. Однако данному техническому решению присущи следующие недостатки, такие как неудобство эксплуатации из-за отсутствия возможности работы комплекса в любом положении и необходимость ориентировать датчики относительно вертикали и местного меридиана, что значительно увеличивает время, необходимое для развертывания сейсмического комплекса.
Задачей полезной модели является разработка сейсморегистрирующего устройства, лишенного упомянутых недостатков.
Технический результат заключается в повышении удобства эксплуатации за счет исключения необходимости выставлять датчики относительно вертикали и местного меридиана, при сохранении качества полученных данных, в том числе при переходе суша-море. Полезная модель позволяет получать одинаковое качество данных при регистрации на суше, где устройство может быть ориентировано вручную и под водой, где управление ориентацией практически невозможно.
Технический результат достигается тем, что сейсморегистрирующее устройство, содержащее источник питания, соединенный с блоком питания, блок датчиков, соединенный с блоком сбора и обработки данных, который включает в себя блок АЦП и модуль синхронизации времени, соединенные с микроконтроллером, который соединен с накопителем данных и модулем приемо-передачи данных, при этом блок датчиков содержит, по меньшей мере, один ортогонально ориентированный высокочувствительный широкополосный сейсмодатчик линейных движений, один ортогонально ориентированный высокочувствительный широкополосный сейсмодатчик угловых движений и один ортогонально ориентированный высокочувствительный датчик линейных движений и градиента давления, причем все датчики содержат в качестве рабочей среды жидкость и молекулярно-электронный чувствительный элемент, преобразующий движение жидкости в электрический сигнал, дополнительно содержит подключенный к микроконтроллеру блок определения ориентации датчиков, содержащий трехосный акселерометр и магнетометр, при этом источник питания, все упомянутые блоки, модуль синхронизации времени, микроконтроллер, накопитель данных и модуль приемо-передачи данных установлены в корпусе.
Заявляемое техническое решение позволяет реализовать возможность работы сейсморегистрирующего устройства, ориентированного в любом положении, за счет определения ориентации в пространстве датчиков на основе данных трехосного акселерометра и магнетометра, которые измеряют проекцию ускорения свободного падения и напряженности магнитного поля Земли на свои оси чувствительности и осуществления необходимой коррекции выходных сигналов датчиков. Возможность определения ориентации в пространстве датчиков реализуется за счет того, что блок датчиков и блок определения ориентации датчиков жестко закреплены на несущем шасси, установленном в корпусе устройства, исключая возможность взаимного смещения друг относительно друга упомянутых блоков.
Сущность полезной модели поясняется функциональной схемой, представленной на фиг. 1.
Сейсморегистрирующее устройство содержит блок 1 датчиков, включающий от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных сейсмодатчиков 2 линейных движений, от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных сейсмодатчиков 3 угловых движений и от одного до трех ортогонально ориентированных высокочувствительных датчиков 4 линейных движений и градиента давления, причем все датчики 2-4 содержат в качестве рабочей среды жидкость и молекулярно-электронный чувствительный элемент, преобразующий движение жидкости в электрический сигнал; блок 5 сбора и обработки данных, который включает в себя блок 6 АЦП, содержащий модули 7-9 АЦП сигналов соответственно с датчиков 2-4, и модуль 10 синхронизации времени, соединенные с микроконтроллером 11, который взаимосвязан с накопителем 12 данных и модулем 13 приемо-передачи данных; подключенный к микроконтроллеру И блок 14 определения ориентации датчиков, содержащий трехосный акселерометр и магнетометр; блок 15 электропитания, связанный с источником 16 питания. Все составные части заявляемого устройства установлены во водонепроницаемом корпусе (на схеме не показан) и находятся в конструктивном единстве и функциональной взаимосвязи, внутренний электромонтаж составных частей осуществляется проводами через разъемы.
Технический результат обеспечивается совокупностью признаков всех элементов конструкции, при этом исключение одного из элементов конструкции исключает и возможность функционирования комплекса в целом.
В настоящее время существуют компактные интегрированные цифровые модули для определения ориентации объекта, сочетающие в одном чипе трехкомпонентные магнетометр и акселерометр, температурный сенсор, а так же цепи аналого-цифрового преобразования и всю необходимую цифровую логику для управления системой и обмена данными и командами с центральным микроконтроллером. Использование подобного модуля в качестве блока 14 позволяет значительно уменьшить количество используемых электронных компонентов и, таким образом, упростить дизайн печатной платы и архитектуру программных решений, а так же снизить стоимость разработки.
В качестве блока 14 определения ориентации датчиков может быть использована микросхема LSM303C производства ST Microelectronics, сочетающая в себе все необходимые датчики и имеющая габаритные размеры всего 2×2×1 мм. Чувствительные элементы, интегрированные в данную микросхему выполнены по микромеханической (MEMS) и анизотропной магниторезистивной технологии (AMR). Шумовые характеристики датчиков модуля приведены в документации на микросхему и являются следующими:
- значение спектральной плотности собственного шума акселерометра составляет 1 м g rms. Это позволяет установить ориентацию устройства относительно вертикальной оси с точностью вплоть до 1 мрад, или 0.06°;
- значение спектральной плотности собственного шума магнетометра составляет 3.5 м Гаусс RMS. Учитывая, что в напряженность современного магнитного поля Земли составляет приблизительно 0.3 Гаусс в районе экватора и 0.7 Гаусс в полярных районах, приведенная точность датчика позволяет достичь точности определения азимутальной ориентации 12-5 мрад, или 0.6-0.3°;
характеристика выходного цифрового сигнала микросхемы - 16 разрядов, 100 Гц;
Сейсморегистрирующее устройство работает следующим образом.
Блок 1 датчиков служит для получения сейсмической информации от датчиков 2, 3, 4. После того как информация получена, она оцифровывается блоком 6 АЦП - для каждого из набора датчиков 2, 3, 4 блока 1 соответствующим модулем 7, 8, 9 аналого-цифрового преобразования блока 6.
После того, как данные оцифрованы блоком 6 АЦП, они в цифровом виде передаются на центральный микроконтроллер И для обработки. Микроконтроллер 11 производит обработку полученных данных и с определенными интервалами производит их запись в накопитель 12, в котором данные хранятся, а затем используются для последующей обработки и интерпретации.
При поступлении внешнего запроса на модуль 13 проводной или беспроводной приемо-передачи данных, данный запрос обрабатывается микроконтроллером 11, и в зависимости от команды происходит передача накопленной сейсмической информации из накопителя 12 данных через микроконтроллер 11 в модуль 13 для передачи.
Модуль 10 служит для синхронизации внутреннего таймера микроконтроллера 11 для повышения точности временных отсчетов между измерениями.
Блок 14 определения ориентации соединен с микроконтроллером 11 и передает ему информацию о расположении датчиков блока 1.
Все блоки устройства получают электрическое питание от блока 15 питания, соединенного с источником 16 питания, конструктивно выполненным в виде сменного блока, который расположен в корпусе устройства.
Предлагаемая полезная модель может найти широкое применение при проведении сейсморазведочных работ, поскольку обеспечивает повышение удобства эксплуатации при сохранении качества полученных данных в сложных геологических условиях, в том числе при переходе суша-море.
Источники информации.
1. Патент на полезную модель РФ №142159. Многокомпонентный сейсморазведочный комплекс, МПК G08B 13/24, опубл. 2014.