Способ определения местоположения источников акустической эмиссии в массиве горных пород

Авторы патента:

G01V2210/123 - Геофизика; гравитационные измерения; обнаружение скрытых масс или объектов; кабельные наконечники (обнаружение или определение местоположения инородных тел для целей диагностики, хирургии или опознавания личности A61B; средства для обнаружения местонахождения людей, засыпанных, например, снежной лавиной A63B 29/02; измерение химических или физических свойств материалов геологических образований G01N; измерение электрических или магнитных переменных величин вообще, кроме измерения направления или величины магнитного поля Земли G01R; устройства, использующие магнитный резонанс вообще G01R 33/20)

G01V1/28 - обработка сейсмических данных, например их анализ для интерпретации, коррекции (G01V 1/48 имеет преимущество)

G01V1/00 - Сейсмология; сейсмическая или акустическая разведка

Владельцы патента RU 2753166:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук обособленное подразделение Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к геофизическим методам диагностики и контроля разрушения горных пород и может быть использовано на рудных и нерудных месторождениях для исследования и локации образовавшихся несплошностей. Для достоверности и точности определения местоположения источников акустической эмиссии в антенне используют дополнительное количество датчиков, причем не менее трех из них являются приемно-излучающими датчиками, при этом точные координаты приемно-излучающих датчиков определяют относительно реперной точки в массиве горных пород. Дополнительно поочередно излучают приемно-излучающими датчиками акустический сигнал в массив горных пород и принимают его всеми датчиками, не привязанными к реперной точке, измеряя при этом время распространения акустического сигнала между датчиками. По измеренному времени распространения акустического сигнала между датчиками определяют акустические координаты датчиков, не привязанных к реперной точке, с учетом особенностей распространения акустического сигнала, а местоположение источников акустической эмиссии вычисляется по известным формулам с учетом найденных значений координат приемно-излучающих датчиков и датчиков, не привязанных к реперной точке. Технический результат - повышение достоверности и точности определения местоположения источников акустической эмиссии в массиве горных пород. 2 ил.

Изобретение относится к геофизическим методам диагностики и контроля разрушения горных пород, и может быть использовано на рудных и нерудных месторождениях для исследования и локации образовавшихся несплошностей.

Известен способ [1], по которому контролируемый участок горного массива оконтуривается приемными датчиками и по разности времен прихода упругой волны, от образовавшейся несплошности, определяется местоположение источника.

К недостаткам способа следует отнести низкую достоверность и точность ввиду некорректности задания координат приемных датчиков внутри контролируемой зоны и - как следствие, выдача ложного результата.

Более близким по существу является способ определения координат источников акустической эмиссии в горном массиве [2], в котором приемные датчики устанавливают в углах геометрической фигуры тетраэдр и расстояние между ними выбирают по формуле.

К недостаткам следует отнести низкую достоверность и точность результатов.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении достоверности и точности определения местоположения источников акустической эмиссии в массиве горных пород.

Технический результат достигается за счет того, что в способе определения местоположения источников акустической эмиссии в массиве горных пород, заключающемся в бурении скважин, размещении в них датчиков антенны, измерении временной разности прихода волн, в выборе расстояний между приемными датчиками по формуле для достоверности и точности определения местоположения источников акустической эмиссии в антенне используют дополнительное количество датчиков, причем не менее трех из них являются приемно-излучающими датчиками, при этом точные координаты приемно-излучающих датчиков определяют относительно реперной точки в массиве горных пород, дополнительно поочередно излучают приемно-излучающими датчиками акустический сигнал в массив горных пород и принимают его всеми датчиками, не привязанными к реперной точке, измеряя при этом время распространения акустического сигнала между датчиками, а по измеренному времени распространения акустического сигнала между датчиками определяют акустические координаты датчиков, не привязанных к реперной точке, с учетом особенностей распространения акустического сигнала, а местоположение источников акустической эмиссии вычисляется по известным формулам с учетом найденных значений координат приемно-излучающих датчиков и датчиков, не привязанных к реперной точке.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

На фиг. 1 - результаты численного моделирования ошибок локации без учета предложенного способа; на фиг. 2. - результаты численного моделирования ошибок локации с учетом предложенного способа.

Способ определения местоположения источников акустической эмиссии в массиве горных пород выполняется следующим образом.

На выбранном участке массива горных пород пробуривают скважины и размещают в дно скважин датчики антенны с одинаковыми характеристиками, причем не менее трех из них обратимые, т.е. приемно-излучающие. Местоположения источников акустической эмиссии определяется по временным задержкам прихода волны от датчика к датчику, т.е. по распространению акустической волны внутри антенны и по известным координатам датчиков. Антенна - это установленные определенным образом датчики в контролируемом массиве горных пород. Для достоверности и точности определения местоположения источников акустической эмиссии в антенне используют дополнительное количество датчиков, причем не менее трех из них являются приемно-излучающими датчиками. Точные координаты приемно-излучающих датчиков определяют относительно реперной точки в массиве горных пород. Дополнительно поочередно излучают приемно-излучающими датчиками акустический сигнал в массив горных пород и принимают его всеми датчиками, не привязанными к реперной точке, измеряя при этом время распространения акустического сигнала между датчиками.

По измеренному времени распространения акустического сигнала между датчиками определяют акустические координаты датчиков, не привязанных к реперной точке, с учетом особенностей распространения акустического сигнала. Расчеты могут быть произведены по выражению

где x,y,z - координаты источника излучения, т.е. приемно-излучающего датчика, координаты которого определены относительно реперной точки; x₀,y₀,z₀ - координаты базового датчика, координаты которого также определены относительно реперной точки; x_i,y_i,z_i - координаты искомого датчика, координаты которого необходимо определить.

Местоположение источников акустической эмиссии вычисляется по известным формулам с учетом найденных значений координат приемно-излучающих датчиков и датчиков, не привязанных к реперной точке:

где x_k - координаты источника (k=1, 2, 3), а_kj - координаты датчика, i=1, 2… - номера датчиков, d₀ - расстояние от источника датчика, принявшего сигнал АЭ (волны) первым, ν_j - скорость распространения АЭ волны в направлении j-го датчика, Δτ - разность времен перехода волны АЭ между j-м и первым датчиком.

При бурении скважины, даже на выбранном однородном участке нельзя положиться на геометрию расположения датчиков и чистую физику процесса, т.к. во-первых, процесс бурения разрушает породу и под тяжестью бура скважина может иметь не прямолинейный участок, а отклоняющийся от прямолинейного, т.е. более похож на дугу с большим радиусом кривизны; во-вторых, при воздействии бура на участок горного массива последний разрушается не всегда по размерам коронки бура, т.е. существует нарушение целостности в этой области дна скважины. Эти нарушения невозможно учесть, т.к. они имеют нечеткие контуры и переменную плотность. Акустическая волна проходит разрушенные и неразрушенные породы с различной скоростью, и если ее не учитывать, то измерения теряют смысл, а местоположение источника будет указано не верно. Поэтому, при установке датчиков в скважины имеет место неоднозначность в определении их координат, так как определение местоположения источников акустической эмиссии определяется по аналитическим формулам, в которых учитываются, в том числе, и координаты датчиков, то выше приведенные ограничения могут существенно влиять на результат. Чтобы повысить достоверность и точность места определения источников акустической эмиссии необходимо учитывать местоположение датчиков с учетом прохождения акустической волны с учетом нечеткости контуров и переменной плотности. А именно, триангуляционным методом по известным координатам не менее трех приемно-излучающих датчиков определить с помощью акустического сигнала координаты всех остальных датчиков. Так как определение местоположения источника акустической эмиссии будет вестись по времени распространения акустического сигнала между датчиками (т.е. с учетом всех неоднородностей и кривизны), то точность и достоверность результатов существенно выше, чем у известных способов.

Численное моделирование проводилось с различными конфигурациями антенн: датчики брались приемно-излучающие и устанавливались в углах тетраэдра, куба, и по сфере. Результаты численного моделирования показали, что в отдельных направлениях точность может быть улучшена существенно, а значит достоверность полученной информации выше. По данным численного моделирования для антенны типа тетраэдр были построены графические поверхности ошибок для R_m=200 м. На фиг. 1 ошибки рассчитывались без учета предложенного способа, а на фиг. 2 - с учетом вышеописанного способа. Здесь delta tau - ошибка приема прихода акустической волны в массиве горных пород; r_ош - ошибка локации источника акустической эмиссии в массиве горных пород. Из графиков видно, что на отдельных расстояниях точность может быть улучшена более чем в три раза, а значит и достоверность полученной информации о местоположении источника сейсмоакустической эмиссии выше.

Источники информации

1. Maichen Ge, Hardy Η Reginald. The mechanism of Array geometry in the control of AE/MS sours location accuracy. - Key Questions in Rock Mechanics. - Balkema, Rotterdam, 1988, pp. 587-605.

2.Патент РФ №2009528, G01V 1/24, G01V 1/00. Способ определения координат источников акустической эмиссии в горном массиве, опубл. 15.03.1994.

Способ определения местоположения источников акустической эмиссии в массиве горных пород, заключающийся в бурении скважин, размещении в них датчиков антенны, измерении временной разности прихода волн, в выборе расстояний между приемными датчиками по формуле, отличающийся тем, что для достоверности и точности определения местоположения источников акустической эмиссии в антенне используют дополнительное количество датчиков, причем не менее трех из них являются приемно-излучающими датчиками, при этом точные координаты приемно-излучающих датчиков определяют относительно реперной точки в массиве горных пород, дополнительно поочередно излучают приемно-излучающими датчиками акустический сигнал в массив горных пород и принимают его всеми датчиками, не привязанными к реперной точке, измеряя при этом время распространения акустического сигнала между датчиками, а по измеренному времени распространения акустического сигнала между датчиками определяют акустические координаты датчиков, не привязанных к реперной точке, с учетом особенностей распространения акустического сигнала, а местоположение источников акустической эмиссии вычисляется по известным формулам с учетом найденных значений координат приемно-излучающих датчиков и датчиков, не привязанных к реперной точке.

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано для определения миграции залежей углеводородов в купольных структурах. Сущность: методом трекового датирования апатита пород фундамента выявляют возраст пород фундамента, возраст интенсивной реактивации территории с формированием купольной структуры, температуру пород фундамента, наличие охлаждения пород фундамента.

Компьютерный способ и вычислительная система для прогнозирования расходных характеристик потока в стволе скважины, проникающей в подземный углеводородный пласт // 2752074

Изобретение относится к области анализа данных в нефтяной промышленности и может быть использовано для прогнозирования расходных характеристик потока в стволе скважины с использованием методов машинного обучения. Предложен компьютерный способ прогнозирования расходных характеристик потока в стволе скважины, проникающей в подземный углеводородный пласт, включающий: сохранение в базе данных первичных скважинных данных, полученных из множества действующих скважин и содержащих накопленные для эксплуатируемых скважин исторические статические параметры и измеренные на поверхности динамические параметры и накопленные исторические характеристики потока в стволе по меньшей мере одной скважины, измеренные во время запуска и добычи одной или многими единицами полевого оборудования, установленных на поверхности или внутри скважин; сохранение в базе данных знаний вторичных скважинных данных, содержащих полученные путем численного моделирования статические и выходные устьевые динамические параметры и расходные характеристики потока в стволе скважины для различных сценариев набора статических и входных динамических параметров скважины; выполнение системой машинного обучения анализа указанных первичных скважинных данных; выполнение системой машинного обучения анализа указанных вторичных скважинных данных; ввод в систему машинного обучения статических параметров скважины, характеризующих исследуемую скважину, и динамические параметры исследуемой скважины, измеренные на поверхности; прогнозирование с помощью системы машинного обучения расходных характеристик потока в стволе скважины в указанной исследуемой скважине на основе полученных первой и второй взаимосвязей; оценку того, удовлетворяют ли прогнозируемые расходные характеристики потока в стволе скважины требованиям безопасности рабочих параметров при запуске и добыче исследуемой скважины, и на основе указанной оценки корректировку, при необходимости, параметров управления наземным оборудованием для удовлетворения требованиям безопасной эксплуатации.

Способ усовершенствования сбора сейсмических данных с применением сверхлегких активных систем сейсмического контроля // 2751573

Настоящее изобретение относится к способу определения оптимального позиционирования пар источник-приемник, выполненных с возможностью получать сейсмические данные. Способ содержит: первый этап идентификации интересующей зоны (32), которая была объектом предшествующей сейсмической съемки, чтобы получить изображение подземных недр в этой зоне, второй этап получения сейсмических данных, собранных во время предшествующей сейсмической съемки указанной интересующей зоны в течение интересующего времени, третий этап применения частичной или полной демиграции к указанным сейсмическим данным, чтобы определить положения каждой пары источник-приемник (31, 34), которая участвовала в получении изображения указанных недр указанной интересующей зоны в течение указанного интересующего времени, четвертый этап получения необработанных трасс для указанных положений пар источник-приемник (31, 34), пятый этап выбора по меньшей мере одной оптимальной необработанный трассы среди указанных необработанных трасс и шестой этап определения оптимальных положений пар источник-приемник (31, 34), соответствующих указанной по меньшей мере одной оптимальной необработанной трассе.

Способ и система обработки сейсмических данных // 2751088

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при обработке данных сейсморазведки. Описаны способ и система обработки сейсмических данных.

Способ геофизической разведки // 2750701

Изобретение относится к области геофизики. Способ геофизической разведки основан на регистрации сейсмических колебаний и потенциальных геофизических полей.

Способ выполнения разведки // 2750279

Изобретение относится к способам вычисления вероятного положения структур в земной коре. Предложен способ вычисления вероятных положений структур в некотором районе земной коры, в котором определяют указанный район в земной коре, создают первую структурную модель указанного района по сейсмическим данным с неопределенностями и корреляциями.

Получение сейсмических данных на сверхбольших удалениях для полноволновой инверсии во время наземного сбора сейсмических данных // 2750092

Изобретение относится к области сейсморазведки и измерения на больших удалениях с использованием наземных узлов. Предложена система наземной сейсмической съемки с большим удалением, содержащая множество датчиков в пределах области, образующей, таким образом, область сенсорных приемников, множество источников, образующих область источников, множество сенсорных приемников с большим удалением за пределами областей приемников и источников, тем самым окружающих области приемников и источников, и образующих область датчиков с большим удалением, которая не содержит сенсорных приемников, которая также определяет расстояние, отделяющее внешнюю границу области сенсорных приемников.

Скважинный сейсмический прибор // 2748175

Изобретение относится к области скважинной сейсморазведки и может быть использовано при проведении работ методом вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и другими методами, требующими надежного контакта скважинного прибора со стенкой скважины. В скважинном сейсмическом приборе, содержащем герметичный корпус и управляемое прижимное устройство, выполненное в виде прижимного рычага, к корпусу со стороны, противоположной рычагу, соосно с корпусом жестко закреплен съемный башмак, выполненный в виде пластины в форме шестиугольника, вытянутого вдоль корпуса, при этом ширина пластины превышает диаметр корпуса.

Донная сейсмическая станция // 2748015

Изобретение относится к области сейсморазведки и предназначено для регистрации сейсмических сигналов при проведении сейсморазведочных работ на акваториях, в транзитной зоне и на прилегающих к исследуемым акваториям участках суши, в частности для поиска углеводородов глубокого залегания, а также для мониторинговых и инженерных работ.

Способ стратификации гомогенных верхнемеловых кремнистых толщ // 2747944

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано для стратификации гомогенных верхнемеловых кремнистых толщ. Сущность изобретения состоит в комплексном применении данных геофизического исследования скважин, сейсмостратиграфии, биостратиграфии и магнитостратиграфии.