СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АЗИМУТА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СКВАЖИННЫХ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ
METHOD FOR MEASURING THE AZIMUTH OF THE HORIZONTAL SENSITIVITY COMPONENTS OF BOREHOLE GEARS

Изобретение относится к измерительной технике и системам обработки информации и может быть использовано для измерения азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников.
Известны способы определения азимутов и зенитных углов скважин, основанные на эффекте гироскопа, т.е. способности инертной массы сохранять свою ориентацию при вращении вокруг своей оси. Исаченко В.X. Инклинометрия скважин. - М: Недра, 1987.
Недостатками этих способов являются:
- низкая виброустойчивость и, соответственно, большая погрешность измерений при внешних динамических воздействиях;
- необходимость включения такого устройства определения азимута в конструкцию скважинного сейсмоприемника, что приводит к повышению его стоимости и снижению надежности, при этом устройство используется однократно - при установке сейсмоприемника в скважину.
Известен способ определения азимута путем сравнения направления с направлением осей чувствительности контрольного сейсмоприемника при механическом повороте контрольного сейсмоприемника вокруг вертикальной оси на заданный угол с использованием поворотного стола. Патент РФ №2233459, МПК G01V 1/16, G01V 1/40, 27.04.2004.
Недостатками способа являются:
- необходимость использования дополнительных (кроме контрольного сейсмоприемника) приспособлений;
- высокая погрешность измерений, связанная с однократными измерениями азимута для установленного угла поворотного стола;
- отсутствие описания порядка расчета погрешности измерений и способов достижения нормируемых показателей точности при их наличии.
Известен способ определения азимута путем сравнения направления с направлением осей чувствительности контрольного сейсмоприемника при математическом повороте контрольного сейсмоприемника вокруг вертикальной оси на заданный угол. Guralp ЗТВ. Operator's Guide. Document No. MAN-BHO-0001, Issue G. Guralp Systems Ltd, Nov. 2019. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Прототип обладает следующими недостатками:
- для расчетов используются данные регистрации во всем рабочем диапазоне частот, что приводит к увеличению погрешности однократных вычислений из-за некоррелированности сигналов скважинного и контрольного сейсмоприемников в области высоких частот;
- отсутствует описание порядка расчета азимута, погрешности измерений азимута и способов достижения нормируемых показателей точности при их наличии;
- расчет реализован в программном продукте, позволяющем работать только с одним уникальным типом исходных данных в соответствии со спецификацией разработчика программного продукта.
Техническим результатом является измерение азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников с приемлемой точностью без применения дополнительных технических средств, размещенных в скважине.
СС
CC
КС
КС
1
3
5
7
2
4
6
j
СС
КС
КС
ССi
r
КСi
r
КСi
r
j
j
СС
КС
КС
j
ССi
r
КСi
r
КСi
r
ССi
r
КСi
r
КСi
r
k
r
j
SSi
j
KSi
j
Технический результат достигается тем, что в скважине размещают проверяемый сейсмоприемник, на поверхности над ним размещают контрольный сейсмоприемник, измеряют угол ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север; в течение определенного интервала времени регистрируют массивы наборов мгновенных значений откликов проверяемого и контрольного сейсмоприемников {Х}, {Y}, {Х}, {У} соответственно, полученные с выходов каналов регистрации горизонтальных осей чувствительности с определенной частотой дискретизации; из рабочих диапазонов частот указанных сейсмоприемников выделяют диапазон частот от 0,1 Гц до 1,6 Гц, который разбивают на два набора октав (Δƒ, Δƒ, Δƒ, Δƒ) и (Δƒ, Δƒ, Δƒ), при этом четные октавы смещены на ½ октавы относительно нечетных; в каждой октаве Δƒ, где j=1,…,7, из массивов {Х}, {Х}, {У} цифровой фильтрацией полосовым фильтром формируют наборы мгновенных значений  по которым создается ряд наборов значений {Х}, {Х}, {Y}, где r=1,…,M - номер выборки объемом N в полных выборках {Х}, {Х}, {У}, i=1,…,N - номер мгновенного значения в массивах {Х}, {Х}, {Y} соответственно; для каждого набора значений {Х}, {Х}, {Y} из набора углов {ϕ}, формируемого путем последовательного перебора значений угла в диапазоне от 0 до 360° с шагом Δϕ, определяется угол поворота оси координат ϕ, для которого в текущей октаве Δƒ будет максимальным коэффициент взаимной корреляции набора мгновенных значений {X} и набора {X'}, полученного по формуле
KSi
i
k
i
k
X'=X⋅cosϕ+Y⋅sinϕ,
i
i
КСi
r
КСi
r
где X, Y - мгновенные значения из наборов {Х}, {Y};
j
j
j
L
CCКC
j
1
5
N
CCКC
КC
для каждой октавы Δƒ определяют угол между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников ϕ усреднением полученных значений углов; для полученного набора средних значений углов {ϕ} определяется набор средних значений {ϕ}, L≤7, для которого среднее значение угла между осями чувствительности сейсмоприемников Az имеет минимальную абсолютную неопределенность, а само значение имеет минимальное смещение относительно средних значений угла {ϕ} в октавах Δƒ-Δƒ, определяют азимут Az горизонтальных компонент чувствительности как сумму значений угла между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников Az, угла ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север Az и магнитного склонения М в месте установки сейсмоприемников по формуле
N
CCКC
КC
Az=Az+Az+M.
При определении азимута оси X проверяемого сейсмоприемника выполняют следующие действия:
- в скважине размещают проверяемый сейсмоприемник;
- на поверхности над ним размещают контрольный сейсмоприемник;
КC
- измеряют угол Az ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север;
СС
CC
КС
КС
- регистрируют массивы наборов мгновенных значений откликов проверяемого и контрольного сейсмоприемников {Х}, {Y}, {Х}, {У} соответственно, полученные с выходов каналов регистрации горизонтальных осей чувствительности за определенный интервал времени Т с определенной частотой дискретизации Fd;
1
3
5
7
2
4
6
- диапазон частот от 0,1 до 1,6 Гц разбивают на два набора октав (Δƒ, Δƒ, Δƒ, Δƒ) и (Δƒ, Δƒ, Δƒ), при этом четные октавы смещены на ½ октавы относительно нечетных в соответствии с таблицей 1:
j
СС
КС
КС
ССi
r
КСi
r
КСi
r
j
j
СС
КС
КС
j
ССi
r
КСi
r
КСi
r
- на каждой октаве Δƒ, где j=1,…,7, из массивов {Х}, {Х}, {У} цифровой фильтрацией полосовым фильтром формируют наборы мгновенных значений  по которым создается ряд наборов значений {Х}, {Х}, {Y}, где r=1,…,M - номер выборки объемом N, в полных выборках {Х}, {Х}, {У}, i=1,…,N - номер мгновенного значения в массивах {Х}, {Х}, {Y} соответственно;
ССi
r
КСi
r
КСi
r
k
r
j
SSi
j
KSi
j
- для каждого набора значений {Х}, {Х}, {Y} из набора углов {ϕ}, формируемого путем последовательного перебора значений угла в диапазоне от 0 до 360° с шагом Δϕ=0,25°, определяют угол поворота оси координат ϕ для которого в текущей октаве Δƒ будет максимальным коэффициент взаимной корреляции набора мгновенных значений {X} и набора {X'} полученного по формуле
KSi
i
k
i
k
X' = X ⋅ cosϕ+ Y⋅ sinϕ,
i
i
КСi
r
КСi
r
где X, Y - мгновенные значения из наборов {Х}, {Y};
j
j
- для каждой октавы Δƒ определяют угол между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников ϕ усреднением полученных значений углов;
j
L
CCКC
j
1
5
- для полученного набора средних значений {ϕ} определяют набор средних значений {ϕ}, L≤7, для которого среднее значение угла между осями чувствительности сейсмоприемников Az имеет минимальную абсолютную неопределенность, а само значение имеет минимальное смещение относительно средних значений угла {ϕ} в октавах Δƒ-Δƒ;
CCКC
КC
- определяют азимут горизонтальных компонент чувствительности как сумму значений угла между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников Az угла ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север Az и магнитного склонения М в месте установки сейсмоприемников:
N
CCКC
КC
Az= Az + Az + М.