Способ измерения азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников
Владельцы патента RU 2787967:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)
Изобретение относится к измерительной технике и системам обработки информации и может быть использовано для измерения азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников. Способ измерения азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников заключается в том, что измерения проводятся методом сравнения их направления с измеренным направлением осей чувствительности контрольного сейсмоприемника, при этом отсутствует необходимость размещения дополнительного оборудования в скважине и определены диапазоны частот, каждый из которых используется при расчете азимута при обеспечении заданной точности и определяется как сумма значений угла между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников, угла ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север и магнитного склонения в месте установки сейсмоприемника. Техническим результатом является измерение азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников с приемлемой точностью без применения дополнительных технических средств, размещенных в скважине. 1 табл.
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.
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 {ХСС}, {YCC}, {ХКС}, {УКС} 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 (Δƒ1, Δƒ3, Δƒ5, Δƒ7) и (Δƒ2, Δƒ4, Δƒ6), при этом четные октавы смещены на ½ октавы относительно нечетных; в каждой октаве Δƒj, где j=1,…,7, из массивов {ХСС}, {ХКС}, {УКС} цифровой фильтрацией полосовым фильтром формируют наборы мгновенных значений 
по которым создается ряд наборов значений {ХССi}r, {ХКСi}r, {YКСi}r, где r=1,…,Mj - номер выборки объемом Nj в полных выборках {ХСС}, {ХКС}, {УКС}, i=1,…,Nj - номер мгновенного значения в массивах {ХССi}r, {ХКСi}r, {YКСi}r соответственно; для каждого набора значений {ХССi}r, {ХКСi}r, {YКСi}r из набора углов {ϕk}, формируемого путем последовательного перебора значений угла в диапазоне от 0 до 360° с шагом Δϕ, определяется угол поворота оси координат ϕr, для которого в текущей октаве Δƒj будет максимальным коэффициент взаимной корреляции набора мгновенных значений {XSSi}j и набора {X'KSi}j, полученного по формуле
X'KSi=Xi⋅cosϕk+Yi⋅sinϕk,
где Xi, Yi - мгновенные значения из наборов {ХКСi}r, {YКСi}r;
для каждой октавы Δƒj определяют угол между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников ϕj усреднением полученных значений углов; для полученного набора средних значений углов {ϕj} определяется набор средних значений {ϕ}L, L≤7, для которого среднее значение угла между осями чувствительности сейсмоприемников AzCCКC имеет минимальную абсолютную неопределенность, а само значение имеет минимальное смещение относительно средних значений угла {ϕj} в октавах Δƒ1-Δƒ5, определяют азимут AzN горизонтальных компонент чувствительности как сумму значений угла между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников AzCCКC, угла ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север AzКC и магнитного склонения М в месте установки сейсмоприемников по формуле
AzN=AzCCКC+AzКC+M.
При определении азимута оси X проверяемого сейсмоприемника выполняют следующие действия:
- в скважине размещают проверяемый сейсмоприемник;
- на поверхности над ним размещают контрольный сейсмоприемник;
- измеряют угол AzКC ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север;
- регистрируют массивы наборов мгновенных значений откликов проверяемого и контрольного сейсмоприемников {ХСС}, {YCC}, {ХКС}, {УКС} соответственно, полученные с выходов каналов регистрации горизонтальных осей чувствительности за определенный интервал времени Т с определенной частотой дискретизации Fd;
- диапазон частот от 0,1 до 1,6 Гц разбивают на два набора октав (Δƒ1, Δƒ3, Δƒ5, Δƒ7) и (Δƒ2, Δƒ4, Δƒ6), при этом четные октавы смещены на ½ октавы относительно нечетных в соответствии с таблицей 1:
- на каждой октаве Δƒj, где j=1,…,7, из массивов {ХСС}, {ХКС}, {УКС} цифровой фильтрацией полосовым фильтром формируют наборы мгновенных значений 
по которым создается ряд наборов значений {ХССi}r, {ХКСi}r, {YКСi}r, где r=1,…,Mj - номер выборки объемом Nj, в полных выборках {ХСС}, {ХКС}, {УКС}, i=1,…,Nj - номер мгновенного значения в массивах {ХССi}r, {ХКСi}r, {YКСi}r соответственно;
- для каждого набора значений {ХССi}r, {ХКСi}r, {YКСi}r из набора углов {ϕk}, формируемого путем последовательного перебора значений угла в диапазоне от 0 до 360° с шагом Δϕ=0,25°, определяют угол поворота оси координат ϕr для которого в текущей октаве Δƒj будет максимальным коэффициент взаимной корреляции набора мгновенных значений {XSSi}j и набора {X'KSi}j полученного по формуле
X'KSi = Xi ⋅ cosϕk + Yi ⋅ sinϕk,
где Xi, Yi - мгновенные значения из наборов {ХКСi}r, {YКСi}r;
- для каждой октавы Δƒj определяют угол между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников ϕj усреднением полученных значений углов;
- для полученного набора средних значений {ϕj} определяют набор средних значений {ϕ}L, L≤7, для которого среднее значение угла между осями чувствительности сейсмоприемников AzCCКC имеет минимальную абсолютную неопределенность, а само значение имеет минимальное смещение относительно средних значений угла {ϕj} в октавах Δƒ1-Δƒ5;
- определяют азимут горизонтальных компонент чувствительности как сумму значений угла между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников AzCCКC угла ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север AzКC и магнитного склонения М в месте установки сейсмоприемников:
AzN = AzCCКC + AzКC + М.
Способ измерения азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников, заключающийся в том, 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 {ХСС}, {YCC}, {ХКС}, {YКС} 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 (Δƒ1, Δƒ3, Δƒ5, Δƒ7) и (Δƒ2, Δƒ4, Δƒ6), при этом четные октавы смещены на ½ октавы относительно нечетных; в каждой октаве Δƒj, где j=1,…,7, из массивов {ХСС}, {ХКС}, {YКС} цифровой фильтрацией полосовым фильтром формируют наборы мгновенных значений 
по которым создается ряд наборов значений {XCCi}r, {ХКСi}r, {YКСi}r, где r=1,…,Mj - номер выборки объемом Nj - в полных выборках {ХСС}, {ХКС}, {YКС}, i=1,…,Nj - номер мгновенного значения в массивах {XCCi}r, {ХКСi}r, {YКСi}r соответственно; для каждого набора значений {XCCi}r, {ХКСi}r, {YКСi}r из набора углов {ϕk}, формируемого путем последовательного перебора значений угла в диапазоне от 0 до 360° с шагом Δϕ, определяется угол поворота оси координат ϕr, для которого в текущей октаве Δƒj будет максимальным коэффициент взаимной корреляции набора мгновенных значений {XSSi}j и набора {X'KSi}j, полученного по формуле
X'KSi=Xi ⋅ cosϕk + Yi ⋅ sinϕk,
где Xi Yi - мгновенные значения из наборов {ХКСi}r, {YКСi}r;
для каждой октавы Δƒj определяют угол между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников ϕj усреднением полученных значений углов; для полученного набора средних значений углов {ϕj} определяется набор средних значений {ϕ}L, L≤7, для которого среднее значение угла между осями чувствительности сейсмоприемников AzCCКC имеет минимальную абсолютную неопределенность, а само значение имеет минимальное смещение относительно средних значений угла {ϕj} в октавах Δƒ1-Δƒ5, определяют азимут AzN горизонтальных компонент чувствительности как сумму значений угла между осями чувствительности проверяемого и контрольного сейсмоприемников AzCCКC, угла ориентации оси чувствительности контрольного сейсмоприемника относительно направления на магнитный север AzКC и магнитного склонения М в месте установки сейсмоприемников по формуле
AzN = AzCCКC + AzКC + М.
