Устройство для проведения исследований динамического состояния горных пород в скважине

Авторы патента:

Белоглазова Надежда Анатольевна (RU)

G01V3/18 - электрический или магнитный каротаж

G01V11/00 - Разведка или обнаружение с использованием комбинированных способов, представляющих собой сочетание двух и более способов, отнесенных к группам G01V 1/00-G01V 9/00

Владельцы патента RU 2533334:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при каротажных работах. Сущность: устройство содержит следующие элементы: датчики (1-3) геоакустических сигналов, первый коммутатор (4), первый усилитель (5), блок фильтров (6), блок выпрямителей (7), второй коммутатор (8), аналого-цифровой преобразователь (9), блок (10) передачи цифрового сигнала, датчик (11) магнитной восприимчивости, измерительная схема (12) магнитометра, аналоговые запоминающие устройства (13, 14), вычитающий усилитель (15), генератор (16) прямоугольного напряжения, ферритовая антенна (17), третий коммутатор (18), три конденсатора (19), второй усилитель (20), смеситель (21), фильтр нижних частот (22), переключаемый генератор (23), выпрямитель (24), блок (25) управления, блок (26) питания. Технический результат: повышение информативности исследований. 1 ил.

Изобретение относится к геофизике и применяется для исследования динамического состояния горных пород в скважине.

Процесс трещинообразования в горных породах сопровождается сейсмоакустической эмиссией, а при возникновении электрических разрядов на границе разрыва трещин - электромагнитным излучением. Однако наличие сейсмоакустического излучения не всегда сопровождается интенсивным электромагнитным излучением, поскольку в разных условиях релаксация электрических зарядов происходит с учетом свойств, характеризующих электропроводность среды. С другой стороны, электромагнитное излучение более чувствительно к деформации пород, так как прежде, чем произойдет хрупкий разрыв, идет разделение электрических зарядов расходящихся стенок трещин. Динамически активными зонами являются, как правило, зоны контактов пород с различными физическими свойствами, зоны оруденения. Измерение магнитной восприимчивости и напряженности геомагнитного поля по стволу скважины позволяет проводить геологическое расчленение пород по магнитным свойствам и выделять потенциально активные зоны для дальнейших исследований.

Одновременное измерение трех составляющих вектора естественного геоакустического излучения, электромагнитной эмиссии на различных частотах, осевой составляющей вектора геомагнитного поля и величины магнитной восприимчивости горных пород в скважине значительно увеличивают объем информации о геодинамическом состоянии горных пород в их естественном залегании, получаемой за одну спускоподъемную операцию. Это значительно понижает стоимость геофизических исследований и расширяет область применения предлагаемого устройства.

Известно устройство [1], содержащее три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, коммутатор, блок управления, антенну для приема электромагнитных сигналов, высокочастотный перестраиваемый усилитель.

К недостаткам данного устройства относится то, что он обладает низкой чувствительностью электромагнитного канала, не содержит канала измерения магнитной восприимчивости и геомагнитного поля. Требует трехжильного кабеля и не преобразует измеряемые сигналы в цифровую форму.

Известно устройство [2], содержащее три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов.

Однако применение частотно-импульсного модулятора, работающего на частотах очень близко к частоте регистрируемых электромагнитных сигналов, приводит к большой погрешности их измерения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство [3], содержащее в скважинном приборе три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, коммутаторы, усилитель сигналов, блок фильтров, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, блок передачи.

Недостатком данного устройства является отсутствие в нем каналов измерения электромагнитных сигналов, магнитной восприимчивости и геомагнитного поля, что существенно снижает возможность определения динамики среды.

Предлагаемое устройство для проведения исследований динамического состояния горных пород в скважине, содержащее три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, первый коммутатор, усилитель, блок фильтров, блок выпрямителей, второй коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок передачи, ферритовую антенну, отличается тем, что в него дополнительно введены третий коммутатор, конденсаторы, второй усилитель, смеситель, переключаемый генератор, фильтр нижних частот, выпрямитель, датчик магнитной восприимчивости, измерительная схема магнитометра, низкочастотный генератор прямоугольных импульсов, два аналоговых запоминающих устройства, вычитающий усилитель, при этом ферритовая антенна через третий коммутатор подключается поочередно к конденсаторам и далее, через второй усилитель и смеситель к фильтру нижних частот и далее к выпрямителю, который, в свою очередь, подключен к входу второго коммутатора, а низкочастотный генератор прямоугольных импульсов подключен к намагничивающей катушке датчика магнитной восприимчивости, а феррозонд датчика через измерительную схему магнитометра ко входам аналоговых запоминающих устройств, которые в свою очередь через вычитающий усилитель подключены ко входу второго коммутатора.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

1, 2, 3 - датчики геоакустических сигналов

4 - первый коммутатор датчиков

5 - усилитель

6 - блок фильтров

7 - блок выпрямителей

8 - второй коммутатор

9 - аналого-цифровой преобразователь

10 - блок передачи

11 - датчик магнитной восприимчивости

12 - измерительная схема магнитометра

13, 14 - аналоговые запоминающие устройства

15 - вычитающий усилитель

16 - генератор прямоугольного напряжения

17 - ферритовая антенна

18 - третий коммутатор

19 - три конденсатора

20 - усилитель

21 - смеситель

22 - фильтр нижних частот

23 - переключаемый генератор

24 - выпрямитель

25 - блок управления

26 - блок питания.

Работает устройство следующим образом. Цикл работы устройства состоит из 15 тактов. Управляет работой устройства блок управления 25. В первый такт отключается блок передачи 10, что позволяет синхронизировать последовательность тактов, следующих за паузой в передаче информации. Во второй, третий и четвертый такт коммутатор 4 подключает датчик геоакустических сигналов 1 к усилителю 5. Выходной сигнал блока 5 подается на блок фильтров 6, который разделяет сигнал на три полосы и подает эти частоты на входы блока выпрямителей 7 и, далее, через коммутатор 8 на вход аналого-цифрового преобразователя 9. Выход АЦП 9 подсоединен к блоку передачи 10, подключенному к каротажному кабелю 27. По этому же кабелю, кроме цифрового сигнала, подается напряжение питания скважинного прибора на блок питания 26.

В пятый, шестой, седьмой такты коммутатор 4 подключает датчик геоакустических сигналов 2 к усилителю 5. Устройство работает аналогично 2-4 тактам.

В восьмой, девятый, десятый такты подключается датчик геоакустических сигналов 3. Процесс работы повторяется, как в 2-4 такты.

В одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый такты третий коммутатор 18, управляемый блоком управления 25, подключает поочередно к ферритовой антенне 17 три различных конденсатора 19, изменяя резонансную частоту входного контура, образованного из ферритовой антенны 17 и конденсаторов 19. Одновременно с этим изменяется частота генератора 23, которая в каждый такт соответствует частоте входного контура. Усиленный блоком 20 входной сигнал и сигнал с переключаемого генератора 23 поступают на входы смесителя 21. На выходе смесителя 21 образуется сигнал в полосе частот:

(f_вх±f_нч)-f_г,

где f_вх - частота принимаемого сигнала;

f_нч - верхняя частота пропускания фильтра нижних частот 22;

f_г - частота генератора 23 и входного контура 17, 19.

При этом сигнал на частоте f_г будет равен нулю.

Выходной сигнал смесителя 21 через фильтр нижних частот 22 и выпрямитель 24 поступает на вход коммутатора 8, АЦП 9 и полученный цифровой сигнал через блок передачи 10 на каротажный кабель 27.

В четырнадцатый и пятнадцатый такты на входы коммутатора 8 и, далее, на АЦП 9 поступают сигналы магнитной восприимчивости с блока 15 и осевой составляющей геомагнитного поля с блока 12.

Датчик магнитной восприимчивости 11 состоит из намагничивающей катушки НК, компенсирующей катушки КК и феррозонда ФЗ. Феррозонд подключен ко входу измерительной схемы магнитометра 12. В двенадцатый и тринадцатый такты генератор 16 подает в последовательно соединенные катушки НК и КК два прямоугольных импульса тока разной полярности. Компенсирующая катушка компенсирует прямое поле намагничивающей катушки НК. После преобразования сигнала феррозонда блоком 12 в импульсные сигналы постоянного тока, характеризующие магнитную восприимчивость χ и осевую составляющую геомагнитного поля Z_ос, они подаются на входы аналоговых запоминающих устройств 13, 14, которые включаются один в положительный такт генератора 16, а другой в отрицательный такт генератора 16.

Напряжение на выходах блоков 13, 14 будет равно:

U₊=Z_ос+K·H·χ

U_-=Z_ос-K·H·χ

Напряжение на выходе вычитающего усилителя 15 будет равно:

U=U₊+U_-=2KH_χ,

где Z_ос - осевая составляющая геомагнитного поля;

K - коэффициент преобразования магнитного поля регистрируемого феррозондом в сигнал постоянного тока;

H - напряженность поля, создаваемого намагничивающей катушкой HK;

χ - величина магнитной восприимчивости.

Таким образом, за 15 тактов работы устройства производится регистрация и передача данных от трех датчиков геоакустических сигналов в трех диапазонах частот, электромагнитных сигналов на трех частотах, магнитной восприимчивости горных пород и осевой составляющей геомагнитного поля. Одновременное измерение комплекса сигналов трех геофизических полей в скважине позволяет получать новую информацию о геодинамическом состоянии массивов горных пород в их естественном залегании.

Источники информации

1. 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.

2. Астраханцев Ю.Г., Троянов А.К. Устройство для проведения геоакустического каротажа. Патент РФ №2445653, G01V 1/40.

3. Астраханцев Ю.Г., Троянов А.К. Устройство для измерения геоакустических шумов скважине. Патент РФ №2123711, G01V 1/40.

Устройство для проведения исследований динамического состояния горных пород в скважине, содержащее три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, первый коммутатор, усилитель, блок фильтров, блок выпрямителей, второй коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок передачи, ферритовую антенну, отличающееся тем, что в него дополнительно введены третий коммутатор, конденсаторы, второй усилитель, смеситель, переключаемый генератор, фильтр нижних частот, выпрямитель, датчик магнитной восприимчивости, измерительная схема магнитометра, низкочастотный генератор прямоугольных импульсов, два аналоговых запоминающих устройства, вычитающий усилитель, при этом ферритовая антенна через третий коммутатор подключается поочередно к конденсаторам и далее через второй усилитель и смеситель к фильтру нижних частот и далее к выпрямителю, который в свою очередь подключен к входу второго коммутатора, а низкочастотный генератор прямоугольных импульсов подключен к намагничивающей катушке датчика магнитной восприимчивости, а феррозонд датчика через измерительную схему магнитометра - ко входам аналоговых запоминающих устройств, которые в свою очередь через вычитающий усилитель подключены ко входу второго коммутатора.

Устройство для измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород относится к области геофизических исследований в нефтегазовых скважинах и может быть использовано для изучения электрических свойств горных пород (коллекторов), окружающих скважину, зондами (скважинными излучателями) методом электромагнитного каротажа.

Способ измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород // 2525149

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при изучении электрических свойств горных пород. Заявлен способ измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород, включающий электромагнитное возбуждение тока, текущего вдоль проводящей поверхности металлического корпуса каротажного прибора, тороидальной катушкой.

Устройство для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи // 2513432

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин, а именно к приборам для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения.

Способ и устройство для определения во время бурения насыщения водой пласта // 2503981

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения насыщения флюидом порового пространства пород исследуемых пластов. Способ определения насыщения водой в подземном пласте включает в себя определение глубины проникновения в пласт на основании множества измерений, выполняемых в стволе скважины, пробуренном сквозь пласт.

Способ оценки тока вызванной поляризации среды в заколонном пространстве обсаженных скважин // 2499284

Изобретение относится к области исследования обсаженных скважин и предназначено для оценки электрохимической активности среды в заколонном пространстве методом вызванной поляризации (ВП).

Уплотнительный узел зонда для электрического каротажа // 2488851

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при электрическом каротаже скважин. .

Способ отвода паров криогенных жидкостей из криогенной системы погружного каротажного оборудования // 2488147

Изобретение относится к области изготовления, градуировки и обслуживания приборов и устройств для геофизических измерений и может быть использовано в оборудовании для каротажа, содержащем систему охлаждения с использованием криогенных жидкостей.

Обработка изображения на основе объема исследования // 2483333

Изобретение относится к обработке изображения или каротажной информации, а более конкретно, к обработке изображения или результатов исследований в скважине на основе объема исследования.

Устройство для проведения каротажа в рудных скважинах // 2456643

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения каротажа на рудных скважинах. .

Способ определения формы и размеров области заводнения нефтяного пласта в окрестностях скважины // 2402046

Изобретение относится к области исследований нефтяных скважин, а именно к акустическим измерениям, проводимым для определения формы и размеров области заводнения нефтяного пласта в окрестностях скважины.

Акустическое каротажное устройство // 2532759

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения свойств горных пород в процессе акустического каротажа. Акустическое каротажное устройство содержит по меньшей мере один излучатель и по меньшей мере два приемника, причем приемники расположены в точках с разными азимутальными координатами и выполнены с возможностью проведения измерений волнового поля в точках, расположенных на разных расстояниях от вертикальной оси устройства.

Наложение форм акустических сигналов с использованием группирования по азимутальным углам и/или отклонениям каротажного зонда // 2528279

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении акустического каротажа при бурении подземных формаций. Способ проведения измерений акустического каротажа включает группирование полученных форм акустических сигналов в одну из множества групп.

Порт связи для использования на скважинном измерительном приборе // 2522340

Группа изобретений относится к скважинному измерительному прибору, который может быть использован в горнодобывающей промышленности, а также к способу изготовления соединительного устройства связи для данного прибора.

Способ дистанционного тестирования приборов акустического каротажа в полевых условиях // 2521144

Изобретение относится к нефтепромысловой геофизике и может быть использовано в процессе акустического каротажа. Согласно заявленному изобретению обеспечивается моделирование реального акустического волнового сигнала и полное дистанционное тестирование прибора акустического каротажа в полевых условиях путем разложения входного акустического волнового сигнала на спектральные составляющие и сравнение полученной спектральной характеристики с эталонной спектральной характеристикой.

Скважинная геофизическая аппаратура // 2520733

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при геофизических исследованиях в скважинах. Скважинная геофизическая аппаратура содержит геофизический кабель с кабельным наконечником и герметичный корпус с находящимися внутри него датчиками для регистрации параметров геофизического поля, например сейсмоприемниками.

Способ передачи данных изображения буровой скважины и система для его осуществления // 2511026

Настоящее изобретение в целом относится к формированию изображения буровой скважины. Более конкретно, настоящее изобретение относится к передаче в режиме реального времени видеоданных о буровой скважине из некоторого места внутри скважины в некоторое место на поверхности.

Скважинный сейсмический прибор // 2503978

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении скважинных сейсморазведочных работ. В скважинном сейсмическом приборе, содержащем герметичный корпус и управляемое прижимное устройство, выполненное в виде прижимного рычага, к корпусу прибора со стороны, противоположной рычагу, соосно с корпусом жестко прикреплен по меньшей мере один съемный башмак, выполненный в виде тонкой пластины с возможностью ее изгибания под действием прижимного усилия, оказываемого на пластину прижимным рычагом.

Способ сейсморазведки с использованием данных инклинометрии скважин // 2498350

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при поиске и разведке полезных ископаемых методами сейсморазведки. Согласно заявленному способу линии наблюдений при наземной сейсморазведке следует задавать на прямолинейных участках проекции ствола криволинейной скважины на дневную поверхность.

Способ скважинной сейсморазведки // 2490669

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении скважинной сейсморазведки. .

Направленный стержневой пьезокерамический излучатель для устройства акустического каротажа, устройство и способ акустического каротажа // 2490668

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении акустического каротажа скважин. .

Способ функционирования и постановки притопленного океанологического буя и устройство для его осуществления // 2529940

Группа изобретений относится к технике изучения океана с помощью автономных и автоматических подводных станций заякоренного типа. Способ заключается в том, что для движения зонда в составе буя используют изменение и управление соотношением действия разнонаправленных сил - водоизмещения и веса, которые воздействуют на аппарат по вертикали.