Устройство для ориентации сейсмоприемников в скважинах

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ТИЛЬСТВУ он 894645

=. х г .. (6t ) Дополнительное к авт. саид-ву р )м. к .з (22) Заявлено 20. 07. 79 (23) 2800553/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 301281 Бюллетень МЯ 48

Дата опубликования описания 30. 12. 81

G 01 V 1/40

Государственный комитет

СССР ао дмам изобретений и открытий (53) УДК 550, 83 (088.8) 4

M.Н. Исаенко

; - " тЕЦИ Ф

° 6Вл ЭФФИ

1 ,»»

Белорусский научно-исследовательский геологоразведочный институт (72) Автор изобретения (73) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ

В СКВАЖИНАХ

Изобретение относится к устройствам для сейсмических исследований способом вертикального сейсмического профилирования {ВСП) и предназначено для получения ориентированных записей в скважинах. Целесообразно его применение в методе поляризации для выделения различнополяризованных сейсмических волн и в методе обращенного годографа (МОГ) для определения положения геологических границ по продольным, поперечным и обменным волнам.

Известно устройство, в котором трехкомпонентная установка сейсмоприемников связана с электронным ориентатором, выполненным в виде трехступенчатого сумматора (1j.

Невысокая точность ориентации обусловлена погрешностями системы измерителя углов наклона оси скважины, элементов электронного ориентатора, сопротивлением изоляции каротажного кабеля. Кроме того,нужно значительное время на рассчет коэффициентов ориентации и ввод их в ориентатор в каждой точке исследования.

Известно устройство для автомати- ческой ориентации (гиростабилизации) в заданном азимуте, в котором вертикальная ось гироскопа жестко связана с контейнером, в котором установлена ортогональная трехкомпонентная система сейсмоприемников, а ось вращения его через кинематическую пару, редуктор и исполнительный электродвигатель связана с преобразователем угла, установленным между внутренней и наружной рамами гироскопа (2 ).

Недостатком известного устройства является низкая точность ориентации эа счет сбоев в системе.гиростабилизации и значительные сроки геологоразведочных работ.

Наиболее близким к предлагаемому является гироскопический датчик ориентировки, состоящий из сква20 жинного снаряда, в котором установлены контейнер (кассета) с трехкомпонентной системой сейсмоприемников, жестко связанный с корпусом снаряда, арретирующий внутреннюю и наружную рамы гироскопа механизм с контактной группой, круговая реохорда (круговой преобразователь угла) на оси наружной рамы и корпусе снаряда, система реле, свяЗ0 ванных посредством шагового искателя

894645

40 и диодов в скважинный релейный переключатель, блок питания и связанный со сква>кинным снарядом посредством семижильного бронированного каротажного кабеля наземный пульт управления с системой измерения сигналов круговой реохорды (регистрирующий прибор), блоком питания, релейным переключателем, кнопками управления, связанными с релейными переключателями по системе ручного управления (3).

Недостатком известного устройства .является сложность управления, сбои в процессе ориентации из-эа сложности фиксации начала отсчета и значительные затраты времени в каждой точке ориентации.

Цель изобретения — повышение точ ности ориентации и сокращение сроков геологоразведочных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для ориентации сейсмоприемников в скважинах,содержащем скважинный снаряд, в котором установлены контейнер с трехкомпонентной ортогональной системой сейсмоприемников, гироскоп и арретирующий его механизм с контактной группой, первый круговой преобразователь угла на оси наружной рамы гироскопа, первый исполнительный электродвигатель с редуктором и кинематической парой, блок питания и скважинный релейный переключатель, при этом ось вращения контейнера связана с первым исполнительным электродвигателегл через редуктор и кинематическую пару, соединенный через семижильный бронированный кабель с наземным пультом, содержащий блок питания, регистрирующий прибор со стрелкой и и.калой и наземный релейный переключатель, в скважинном снаряде дополнительно установлены первый усилитель, второй круговой преобразователь угла на оси контейнера и корпусе снаряда, при этом первый круговой преобразователь угла установлен также и на оси контейнера, скважинный релейный переключатель выполнен в виде раэнополярного кольцевого распределителя, в наземном пульте дополнительно установлены второй усилитель, третий круговой преобразователь угла на оси регистрируи>щего прибора и корпусе пульта, второй исполнительный электродвигатель с редуктором и кинематической па ой на оси регистрирующего прибора .ориентирующий >леханизм с контактной группой, реле времени раэгоча и реле времени торможения ротора гироскопа, при этом первый круговой преобразователь, связанный через скважинный релейный переключатель с первым усилителем и через него с первым исполнительным электродвигателем, образует следящий привод, а второй круговой преобразователь, 5

65 связанный через скважинный релейный переключатель и наземный релейный переключатель с третьим круговым преобразователем, второй усилитель и второй исполнительный электродвигатель образуют первый дистанционный следящий привод, третий круговой преобразователь, связанный через наземный релейный переключатель и скважинный релейный переключатель со вторыи кругoBIIM преобразователем, первый усилитель и первый исполнительный электродвигатель образуют второй дистанционный следящий привод, а назе>лный релейный переключатель циклически связан с контактной группой ориентирующего механизма,реле времени разгона и реле времени тормо>кения ротора гироскопа и синхронно — со скважинны>. релейнь." переключателем и через него с контактной группой арретирующего >леханизма.

Для упрощения фиксации начала отсчета »>кала установлена с возможностью вращения вокруг оси регистрирующего прибора.

На чертеже изображена структурная схема устройства для ориентации сейсмоприемников в скважинах.

Устройство состоит из скважинного снаряда 1 и связанного с ним через семижильный, например с жилами

1ж-7ж (не показаны1, бронированный каротажный кабель 2 наземного пульта

3 управления.

Внутри снаряда 1 расположены блок 4 питания, контейнер 5 с ортогональной системой сейсмоприемников по осям Х,Y,Z, гироскоп б с арретирующим по оси 7 внутренней рамы н по оси 8 наружной рамы гироскопа б арретирующим механизмом 9 с контактной группой на нем (не показана), первый исполнительный электродвигатель 10 с редуктором, связанный с осью вращения контейнера 5 через кинематическую пару 11. Первый круговой преобразователь 12 угла установлен на оси 8 наружной рамы гироскопа б и на оси вращения контейнера 5.

Скважинный релейный переключатель 13 выполнен в виде раэнополярного кольцевого распределителя и связан с цепями сейсмоприемников в контейнере

5, ротором гироскопа б, механизмом

9 арретира и его контактной группой, жилами 1ж-7ж кабеля 2, электродвигателем 10, преобразователем 12 и с установленными в снаряде 1 первым усилителеи 14 и вторым круговым преобразователеи 15 угла на оси контейнера 5 и корпусе снаряда 1.

В пульте 3 с блоком 16 питания наземным релейным переключателем 17 и регистрирующим приборо>л 18 установлены третий круговой преобразователь

19 угла на оси регистрирующего прибора 18 со стрелкой 20 и щкалой 21 и корпусе пульта 3, ориентирующий ме894645

50 ханизм с ручкой 22 и контактной группой (не показана), связанный с осью регистрирующего прибора 18, которая связана через кинематическую пару 23 со вторым исполнительным электродвигателем 24. С переключателем 17 связаны блок 16 питания, кнопки управления (не показаны), контактная группа ориентирующего механизма, вход сейсмостанции, жилы 1>к-7ж кабеля 2, преобразователь 19 и установленные в пульте 3 электродвигатель 24,второй усилитель 25, реле 26 времени разгона и реле 27 времени тормо>кения ротора гироскопа 6. устройство обеспечивает последовательно и синхронно перевод связей элементов и механизмов в циклы "регистрация", "подача питания в скважинный снаряд", "разгон ротора гироскопа", "разарретирование осей рам гироскопа", "совмещение осей", "ориентация — контроль", "арретирование осей рам гироскопа", "торможение ротора гироскопа", "снятие питания скважинного снаряда". При этом циклы "совмещение осей" и "регистрация" устройство обеспечивает автоматически.

В исходном состоянии "регистрация" скважинные сейсмоприемники в контейнере 5 через переключатель

13, жилы, например, 1ж-6ж кабели 2 и переключатель 17 связаны с входом

"сейсмостанции".

В цикл "подача питания в скважинный снаряд" устройство приводится во время нажатия кнопки включения устройства. За это время сначала подготавливаются, например, первые синхронизирующие цепи в переключателе

17, а затем через него «хилы 1ж-6ж коммутируются с входа "сейсмостанции" на цепи питания и управления в пульте 3, а через жилу 7ж в снаряд

1 поступает первый, например, положительный управляющий импульс, посредством которого через переключа-. тель 13 жилы 1ж-6ж коммутируются с цепей сейсмоприемников и связываются например, жилы 1ж-Зж с блоком 4 питания и блок 4 — с обмоткой ротора гироскопа 6.

В момент коммутации жил в снаряде

1 в пульт 3 по жиле, например, 4ж поступает синхронизирующий сигнал (замыкание цепи), посредством которого через уже подготовительные первые цепи синхронизации переключатель 17 связывает блок 16 питания с жилами 1ж-Зж и запускает реле 26 времени разгона ротора гироскопа 6, которым нормируется время разгона ротора, зависящее от длины кабеля

2, в течение которого все другие потребители в снаряде 1 отключены.

В конце цикла "разгон ротора гироскопа" реле 26 времени разгона через переключатель 17 посылает в жилу 7ж второй управляющий, например, отрицательный импульс, посредством которого переключатель 13 связывает с б>>оком 4 питания механизм 9 арретира. При этом в момент разарретирования осей 7 и 8 рам гироскопа 6 переключатель 13 по" средством контактной группы на механизме 9 арретира связывает с блоком 4 питания цепи возбуждения электродвигателя 10, преобразователя 12, например, сельсина, преобразователя 15, например, сельсина, цепи управления преобразователя 12 — с цепями управления электродвигателя 10 через первый усилитель 14, а цепи управления преобразователя 15 — с жилами 4ж-бж кабеля 2.

В полный цикл "совмещение ocqp"" устройство связывается после ком" мутации жил 4ж-6ж к кабелю 2. H этот момент в пульт 3 пбступает синхронизирующий сигнал (разрыв в цепи жилы 4ж), после чего переключатель 17 отключает жилы 4ж-бж от его цепей синхронизации и связывает их с управляющими цепями преобразователя 19, например, сельсином, его цепи возбуждения — с цепями управления электродвигателя

24 через второй усилитель 25, а цепи возбуждения электродвигателя

24 — с блоком 16 питания.

В цикле "совмещение осей", в котором ось, например, в контейнере

5 совмещена с главной осью гироско" па 6 посредством, например, местного следящего привода, состоящего из преобразователя 12 и связанных с ним через переключатель 13 первого усилителя 14 с электродвигателем 16, связанным через кинематическую пару 11 с осью вращения контейнера 5, в котором она связана со стрелкой

20 на оси регистрирующего прибора

18 посредством преобразователя 15 в режиме датчика, преобразователя

19 в режиме приемника, усилителя

25, электродвигателя 24 с кинематической парой 23, связанных в дистанционный следящий привод через переключатели 13 и 17, производятся спуско-подъемные операции, измерения углов ухода главной оси гироскопа 6 относительно перенесенного им, например, с поверхности, пространственного начала отсчета при зафиксированном корпусе снаряда 1 в каждой точке посредством стрелки 20 и шкалы 21 на оси регистрирующего прибора 18 и исключение из измерений углов вращения корпуса снаряда 1 относительно главной оси гироскопа б посредством совмещения нулевой рис" ки шкалы 21 против оси стрелки 20 в каждой последующей точке.

894645

В цикл ориентации устройство связывается на время нажатия ручки 22 ориентирующего механизма. При этом ось регистрирующего прибора 18 выходит, например, из зацепления с кинематической парой 23, и посредством сигнала с контактной группы ориентирующего механизма переключатель 17 переводит преобразователь

19 в режим датчика и посылает через жилу 7ж в снаряд 1 положительный управляющий сигнал, посредством которого переключатель 13 отключает от входа первого усилителя 14 преобразователь 12, переводит преобразователь 15 в режим приемника и связывает его с первым усилителем 14. 15

Вращением ручки 22 ось, например ось контейнера 5, поворачивается на угол ориентации ив отсчитанный по шкале

21 против оси стрелки 20, посредством преобразователей 19 и 15, первого 2О усилителя 14, электродвигателя 10, связанных в дистанционный следящий привод через переключатели 17 и 13.

Контроль поворота контейнера 5 осуществляется возвратом ручки 22 в 25 исходное состояние. При этом, если контейнер не повернут на угол(6>, то ось стрелки 20 возвращается в положение, отличное от teoi посредством дистанционного следящего привода в режиме "совмещение осей, но при отключенном преобразователе 12 от первого усилителя 14.

В цикл "регистрация" устройство связывается через циклы "арретирование осей рам гироскопа", "торможение ротора гироскопа", "снятие" питания скважинного снаряда" посредством кнопки выключения устройства.

При этом через переключатель 17 жилы

4ж-бж кабеля 2 коммутируются с це- 40 пей преобразователя 19 на вторые цепи синхронизации в нем, в жилу 7ж с него поступает отрицательный управляющий сигнал, посредством кото ряде 1 через переключатель 13 с блоком 4 питания связывается механизм 9 арретира, и, после арретирования осей 7 и 8 рам гироскопа 6, переключатель 13 посредством сигнала с контактной

50 группы на механизме арретира 9 коммутирует жилы 4ж-бж с цепей преобразователя 15. В момент коммутации по жиле, например 5ж, в пульт 3 поступает синхронизирующий сигнал (замыкание цепи) посредством которого переключатель 17 запускает реле 27 времени торможения ротора гироскопа 6 и обращает фазы питающего снаряд 1 источника в блоке

16 питания. 60

В конце цикла "торможение ротора гироскопа"., длительность которого зависит от длины кабеля 2 и температуры окружающей снаряд 1 среды, реле 27 времени торможения 65 через переключатель 17 снимает питание с жил 1ж-Зж в пульте 3 и посылает в жилу 7ж положительный управляющий сигнал, посредством которого в переключателе 13 все релейные элементы возвращаются в исходное состояние, и через него жилы

1ж-бж кабеля 2 связываются с цепями сейсмоприемников. В момент коммутации по жиле 5ж в пульт 3 поступает синхронизирующий сигнал (разрыв цепи), посредством которого переключатель 17 переключает жилы

1ж-бж к входу сейсмостанции.

Каждый раз при введении устройства в цикл "совмещение осей" ,при зафиксированном положении корпуса снаряда 1 может происходить смещение главной оси гироскопа 6 под воздействием, например, механизма 9 арретира. Для сохранения начала отсчета на поверхности для каждой последующей точки в предыдущих точках измеряются углы Оиг смещения оси, а угол Юо +л ориентации в каждой последующей определяется как сумма,ЯЮ -„ углов юг измеренных

). во всех предыдущих точках, прибавленная к углу ОУo ориентации в данной точке

< б = < n+ О. би+л

Цикличность связей и нормирование времени разгона ротора гиромотора обеспечивают поддержание в скважинном снаряде напряжения источника в допустимых пределах, что исключает сбои и повышает точность гиростабилизации, а цикличность связей и нормирование времени торможения ротора значительно сокращает время готовности в каждой точке ориентации.

Разнополярность скважинного релейного переключателя и синхронная связь поверхностного релейного переключателя со скважинным предотвращает сбои и упрощает процесс ориентации.

Связь следящего механизма через усилитель мощности обеспечивает снижение возмущающих моментов, прикладываемых к гироскопу, что повышает точность гиростабилизации, а сельсина в поверхностном пульте через второй усилитель мощности обеспечивает компенсацию потери мощности сигнала в кабеле.

Формула изобретения

1. Устройство для ориентации сейсмоприемников в скважинах,содержащее скважинный снаряд, в котором установлены контейнер с трехкомпонентной ортогональной системой сейсмоприейников, гироскоп и арретирующий его механизм с контактной груп894645

10 пой, первый круговой преобразователь угла на оси наружной рамы гироскопа, первый исполнительный электродвигатель с редуктором и кинематической парой, блок питания и скважинный релейный переключатель, при этом ось вращения контейнера связана с первым исполнительным электродвигателем через редуктор и кинематическую пару, соединенный через семижильный бронированный кабель с наземным пультом, содержащим блок питания, регистрирующий прибор со стрелкой и шкалой и наземный релейный переключатель, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьиаеточности ориентации и сокращения сроков геологоразведочных работ, в скважинном снаряде дополнительно установлены первый усилитель, второй круговой преобразователь угла на оси контейнера и корпусе снаряда, при Ю этом первый круговой преобразователь угла установлен также и на оси контейнера, скважинный релейный переключатель выполнен в виде разнополярного кольцевого распределителя, а в 2 наземном пульте дополнительно установлены второй усилитель, третий круговой преобразователь угла на оси регистмрующего прибора и корпусе пуль- та, второй исполнительный злектродви- З© гатель с редуктором и кинематической парой иа оси регистрирующего прибора, ориентирующий мехайизм с контактной группой, реле времени разгона и реле времени торможения ротора гироскопа, при этом первый круговой преобразователь, связанный через скважиниый релейный переключатель с первым усилителем и через него с первым исполнительным электродвигателем, образует следящий привод, а второй круговой преобразователь, связанный через скважинный релейный переключатель и наземный релейный переключатель с третьим круговым преобразователем, второй усилитель и второй исполнительный электродвигатель образуют первый дистанционный следящий привод, третий круговой преобразователь, связанный через наземный релейный переключатель и скважинный релейный переключатель со вторым круговым преобразователем, первый усилитель и первый исполнительный электродвигатель образуют второй дистанционный следящий привод, а наземный релейный переключатель циклически связан с контактной группой ориентирующего механизма, реле времени разгона и реле времени торможения ротора гироскопа и синхронно — со скважинным релейным переключателем и через него с контактной группой арретирующего механизма

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что для упрощения фиксации начала отсчета,шкала установлена с возможностью вращения вокруг оси регистрирующего прибора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 376739, кл. О Oi Ч 1/40, 1973.

2. Виноградов Ф.В. Некоторые результаты опробования трехкомпоиентного сейсмоприемиика. Сб. Обменные и поперечные волны в сейсморазведке. М., "Недра", 1967> с. 141-145.

3. Гальперин Е.И. Поляриэационный метод сейсмических исследований. И., "Недра", 1977, с. 77-78.

894645

Составитель Н. Журавлева

Техрел A.A÷ Корректор Н. Ывьщкая

Редактор Е. Папп

Заказ 11483/75

Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4