Волновые поля, регистрируемые в скважинах.

Регистрация волн в скважине дает возможность разделять волн на падающие и восходящие. При трехкомпонентной регистрации волн в скважине для каждой волны можно определять направление колебаний частиц во фронте волны. Если колебание частиц во фронте волны происходит вдоль луча, то это продольная волна. Если колебания частиц происходят в плоскости перпендикулярной лучу, то это поперечная волна.

Поперечные волны, зарегистрированные в скважине, образовались в процессе обмена при наклонном падении продольной волны на границу раздела двух сред. Такие волны называются обменными, то есть происходящими в результате процесса обмена.

Кратны е волн на сейсмограммах ОГТ имеют гиперболические годографы, отличающиеся кривизной от отраженных волн. Кратные волны на разрезе ВСП параллельны годографам падающих и восходящих волн

На сейсмограмме ВСП, полученной от близкого к скважине пункта взрыва (ПВ) первой волной, регистрируемой на всех глубинах, является падающая продольная волна, которую иногда называют прямой волной. При увеличении расстояния от ПВ до устья глубокой скважины в первых вступлениях может регистрироваться преломленная волна.

Возбуждение упругих волн около устья скважины, в которой производится наблюдение ВСП, может привести к образованию гидроволны. Гидроволна распространяется вдоль ствола скважины со скоростью, близкой к скорости распространения волн в жидкости

18. Проанализировать волновые поля, зарегистрированные на поверхности Земли и в скважине, приведенные на примерах.

Рассмотрим примеры волновых полей, зарегистрированных на поверхности Земли и в скважине. На волновом поле все годографы отраженных волн имеют форму близкую к гиперболам. Поверхностные и преломленные волны являются помехами для наземных сейсмических наблюдений. Волновые поля ВСП, зарегистрированные в скважине, отличаются по форме годографов основных полезных волн и волн помех от наземных данных. Волновые поля ВСП, зарегистрированные в скважине, отличаются по форме годографов основных полезных волн и волн помех от наземных данных.

На волновых полях различными буквами (P и S) обозначены продольные и поперечные волны. Нижние индексы (↓ и ↑) определяют соответственно падающие и восходящие волны. Поперечные волны, зарегистрированные в скважине, образовались в процессе обмена при наклонном падении продольной волны на границу раздела двух сред. Такие волны называются обменными, то есть происходящими в результате процесса обмена. Для скважинной сейсморазведки годографы отраженных волн близки к прямым или отрезкам прямых, в отличие от гиперболических годографов для поверхностных систем наблюдения.

19. Аппаратура для проведения работ ВСП.

Аппаратура для производства работ ВСП. Цифровая регистрирующая аппаратура, применяемая для работ в скважинах, похожа на стандартную сейсмостанцию. Основное отличие, определяющее сложность цифровой аппаратуры ВСП, заключается в том, что основные блоки аппаратуры располагаются в скважине и должны работать при высоких температурах(120-160°). Скважинная сейсмостанция состоит из двух частей, наземного блока и блока скважинных приборов. Аппаратура АМЦ-ВСП-3-48-М предназначена для высокочувствительной трехкомпонентной скважинной сейсморазведки в обсаженных и не обсаженных скважинах.

20. Аналоговая и цифровая передача данных (аналоговая и цифровая аппаратура).

Для скважинной сейсмики понятия цифровой или аналоговой аппаратуры различаются по принципу передачи информации на поверхность от скважинных приборов. Если по каротажному кабелю передается аналоговая информация, то аппаратура считается аналоговой. В противном случае, когда преобразование аналог-код происходит в скважинном зонде, а по кабелю на поверхность передаются оцифрованные данные, аппаратура называется цифровой.

Цифровая передача информации по каротажному кабелю позволяет избежать наводок на электрический сигнал в канале «прибор-сейсмостанция» и практически полностью избавиться от взаимного влияния каналов друг на друга. С другой стороны аналоговая скважинная аппаратура более простая и надежная в работе. Для передачи аналоговой информации по кабелю существуют методы модуляции сигнала, позволяющие повысить надежность канала передачи.

21. Варианты кодировки сигнала.

Амплитудная модуляция сигнала – предусматривает кодировку аналогового сигнала путем задания его в виде огибающей высокочастотного несущего сигнала Рис.1Б. При частотной модуляции полезный сигнал кодируется в виде изменений частоты опорного сигнала Рис.1В.

22. Скважинная сейсмостанция.

Скважинная сейсмостанция состоит из двух частей, наземного блока и блока скважинных приборов. В верхней части прибора расположен электромотор и редуктор, обеспечивающие работу прижимного механизма. Капсула с сейсмоприемниками и электронные схемы приборов, расположены в нижней части зонда. В современных конструкциях прибора капсула с сейсмоприемниками смонтирована в середине модуля. Между скважинными приборами и поверхностным блоком может располагаться ретранслятор. Ретранслятор обычно выполняет функции предварительного усилителя сигнала, перед передачей информации по каротажному кабелю на поверхность. Общая схема цифровой аппаратуры ВСП показана на Рис. Сейсмический сигнал, попадая на сейсмоприемник, преобразуется в электрический сигнал, усиливается и фильтруется в аналоговом блоке прибора. Затем происходит оцифровка сигнала в блоке аналогово-цифрового преобразования (АЦП). Цифровая информация не передается в реальном времени на поверхность, а записывается в память прибора. Передача сейсмической информации на поверхность происходит по окончанию цикла регистрации. За передачу информации на поверхность и обмен сообщениями между поверхностью и скважинным прибором отвечает блок телеметрии.

23. Аппаратура АМЦ-ВСП-3-48-М (состав комплекса и технические характеристики).

Состав комплекса:

-Цифровой сейсмический многомодульный скважинный зонд, состоящий из идентичных скважинных приемных модулей, соединяемых между собой кабельными перемычками, ретрансляторного модуля и привязочного модуля ГК

-Комплект наземного оборудования, в состав которого входит компьютер типа NOTEBOOK, программно-управляемый блок питания скважинного зонда и интерфейсный блок, содержащий узлы, обеспечивающие цифровую телеметрическую связь со скважинным зондом, сопряжение с системой синхронизации сейсмических возбуждений и регистрацию наземных контрольных сигналов.

-Технологическое программное обеспечение, обеспечивающее автоматическое тестирования всего комплекса, управле-ние всеми технологическими процессами в ходе выполнения работ, проведения препроцессинга и контроля качества получаемых данных, автоматизацию ведения и документирования рапорта оператора.

Технические характеристики

Число модулей в зонде 3÷30

Шаг дискретизации, мс 0,125; 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0

Динамический диапазон преобразования, дБ: мгновенный (в пределах одной сейсмотрассы) 90 полный 150

Инструментальный шум, мкВ 0,06÷0,1

Число каналов регистрации наземных сигналов до 8

Электропитание, В, Гц 220, 50

Максимальная температура эксплуатации, °С 120 (140)*

Максимальное гидростатическое давление, МПа 80 (100

Габаритные размеры приемного модуля, мм: диаметр 48 (50) длина 1230

Вес приемного модуля, кг 11 (8)*

Усилие на конце рычага прижимного устройства модуля, кг не менее 85

24. Общая структура и состав аппаратуры АМЦ-ВСП-3-48-М.

В верхней части прибора расположен электромотор и редуктор, обеспечивающие работу прижимного механизма. В современных конструкциях прибора капсула с сейсмоприемниками смонтирована в середине модуля. Между скважинными приборами и поверхностным блоком может располагаться ретранслятор. Ретранслятор обычно выполняет функции предварительного усилителя сигнала, перед передачей информации по каротажному кабелю на поверхность.

25. Преимущества применения аппаратуры АМЦ-ВСП-3-48-М.

Преимущества аппаратуры:

-возможность наращивания числа приемных модулей в зонде, их взаимозаменяемость;

-возможность работы с любым типом каротажного кабеля, включая одножильный;

-отсутствие промышленных сетевых помех; сверхнизкий уровень собственных инструментальных шумов, позволяющий регистрировать слабые сейсмические сигналы и использовать при работе сейсмические невзрывные источники с невы-сокой энергией;

-наличие в приемных модулях программно-управляемых калибраторов, позволяющих контролировать метрологические характеристики как электронных измерительных каналов, так и сейсмоприемников непосредственно в скважинных условиях;

-малые габариты и масса приемных модулей, а также использование в модулях программно-управляемого мощного электромеханического прижимного устройства, обеспечивающего минимальное влияние резонанса системы "прибор-стенка скважины", а также волн помех (гидроволна, кабельные волны) на регистрируемые сейсмические колебания;

-простота использования и универсальность технологического программного обеспечения, обеспечивающая возмож-ность его применения при различных модификациях скважинной сейсморазведки.

26. Общая схема цифровой аппаратуры ВСП.

Сейсмический сигнал, попадая на сейсмоприемник, преобразуется в электри-ческий сигнал, усиливается и фильтруется в аналоговом блоке прибора. Затем происходит оцифровка сигнала в блоке АЦП. Цифровая информация не передается в реальном времени на поверхность, а записывается в память прибора. Пе-редача сейсмической информации на поверхность происходит по окончанию цикла регистрации. За передачу информации на поверхность и обмен сообщениями между поверхностью и скважинным прибором отвечает блок телеметрии.

27. Схема работы аналоговых усилителей и АЦП в скважинном приборе.

На Рис. показана схема работы аналоговых усилителей и АЦП. Четыре постоянных коэффициента усиления, выбираемые оператором перед циклом регистрации, определяют величину сигнала на входе в блок АЦП. Коэффициент усиления должен быть такой, при котором наибольший усиленный сигнал не превышает диапазон сетки АЦП. Так как при ВСП падающая прямая волна наиболее сильная, то при настройке коэффициента усиления можно ориентироваться только на нее. При этом амплитуда всех отраженных сигналов должна быть выше, чем уровень минимального разряда АЦП. Преобразование аналогового сигнала в цифровой - это основное место и главная проблема любой цифровой аппаратуры. Предварительные аналоговые усилители поднимают амплитуду сейсмического сигнала, пытаясь выровнять диапазон изменения сигнала и диапазон входа АЦП. При этом коэффициент усиления аналогового фильтра является общим для всех приходящих сейсмических сигналов и постоянным в рамках одной сейсмограммы. Так что отношение амплитуд различных сигналов, приходящих в разное время к сейсмоприемнику, не зависит от коэффициента усиления. Отношение амплитуды максимального сейсмического сигнала к минимальному полезному сигналу определяет требуемый динамический диапазон регистрирующей аппаратуры.

Динамический диапазон АЦП определяется количеством разрядов, используемых при оцифровке сигнала. В современных наземных сейсмических станциях применяются АЦП имеющие более 20 разрядов. В скважинной аппаратуре используются 12 разрядные АЦП. Мгновенный динамический диапазон сейсмической станции определяет возможность записи двух сигналов, одновременно пришедших на сейсмоприемник. Если разрядность АЦП равна 12 - это значит что минимальный и максимальный сигналы, которые на одной трассе может зарегистрировать сейсмостанция, различаются по амплитуде в 2¹²≈4000 раз.

Большое значение для АЦП имеет скорость работы или рабочая частота. В скважинной аппаратуре время оцифровки одного дискретасейсмотрассы с помощью АЦП равен 0.3 мсек. При этом рабочий цикл оцифровки одного временного дискрета для трех каналов зонда равно 0.9 мсек.

28)Динамический диапазон АЦП и скорость работы (рабочая частота) АЦП.

определяется количеством разрядов, используемых при оцифровке сигнала. В современных наземных сейсмических станциях применяются АЦП имеющие более 20 разрядов. В скважинной аппаратуре используются 12 разрядные АЦП. Многоразрядные и одновременно высокотемпературные АЦП (более 120°С), на сегодняшний день, не выпускаются. Мгновенный динамический диапазон сейсмической станции определяет возможность записи двух сигналов, одновременно пришедших на сейсмоприемник. Если разрядность АЦП равна 12 - это значит что минимальный и максимальный сигналы, которые на одной трассе может зарегистрировать сейсмостанция, различаются по амплитуде в 2¹²≈4000 раз. Большое значение для АЦП имеет скорость работы или рабочая частота. В скважинной аппаратуре время оцифровки одного дискретасейсмотрассы с помощью АЦП равен 0.3 мс. При этом рабочий цикл оцифровки одного временного дискрета для трех каналов зонда равно 0.9 мсек.

29).Система прижима зонда ВСП к стенкам скважины.

Ответ: В скважинной аппаратуре одно из основных мест занимает система прижима прибора к стенке скважины она может быть активного или пассивного типа.

Активный прижим осуществляется с помощью прижимной лапки, рычага приводящего в движение с помощью электро-двигателя и редуктора, пассивный прижим осуществляется посредством рессор, постоянно прижимающих скважинный зонд к стенке скважины. 

30) Каротажный кабель, применяемый при ВСП (строение каротажного кабеля, электрические характеристики, частотная характеристика и диапазон частот передачи информации).

Ответ: Передача информации от скважинных зондов на поверхность происходит по каротажному кабелю он состоит из проводящих жил и проводящей брони. И имеет термическую изоляцию.

Грузонесущая броня выполнена в виде 2х слоёв тонких стальных жил, качество кабеля определяется его прочностью и электрическими характеристиками.

Электрические х-кикабеля которые определяет возможность использования геофизического кабеля для аппаратуры ВСП.

1.Емкость кабеля

2.Индуктивность кабеля

Кабель как обычный канал связи имеет свою частотную характеристику и диапазон частот, передачи информации.

Обычно средняя рабочая частота Каротажного кабеля =50 КГц-эту частоту можно использовать в качестве базовой для оценки пропускной способности кабеля при передачи сигналов от скважинного прибора на поверхность.

Если передавать цифровую информацию на поверхность то при шаге дискретизации 1мс, то за 1 сек требуется передавать 1000*12бит (1канал).

Если рабочая частота кабеля=50 КГц это означает что за 1секунду можно передавать 50*1000бит

Таким образом пропускная способность кабеля превышает V информации на 1 канал, в 4,2 раза.

Следовательно в реальном времени на 1 жилу кабеля можно передать не более 4 каналов.

31) Механические характеристики каротажного кабеля.

Одна из проблем, которая существует при производстве работ в скважине - это изменение длины кабеля (растяжка) под своим собственным весом и весом приборов. Обычно считают, что средняя растяжка кабеля при проведении работ равна 1м на 1 км. При каротажных работах проблема взаимной увязки кривых ГИС решается повторным включением в связку приборов одного общего метода, чаще всего это гамма каротаж. В настоящее время при производстве ВСП растяжка каротажного кабеля не контролируется. Каротажный подъемник может иметь различные системы контроля глубин. При любой системе контроля глубин точность установки приборов ограничена точностью работы системы измерений глубины на каротажном подъемнике.

32) Технология проведения работ ВСП. 33)   Схема наблюдений при проведении ВСП (положение ПВ и ПП).

Технологию работ скважинной сейсморазведки можно условно разделить на две части. Первая - это проведение работ по возбуждению сейсмического сигнала на поверхности Земли. Вторая часть - это работа со скважинными приборами: спускоподъемные операции и регистрация сейсмических волн. Общие проблемы организации работ.

Полевые работы методом ВСП обычно проводятся круглогодично. Ограничения на сезонность работ нет, так как подъезд к скважинам чаще всего возможен. Обычно положение пункта взрыва в техническом задании определено приближенно и существует возможность смещать положение пикета возбуждения на расстояния порядка 50 метров. Этого бывает достаточно для того, чтобы выбрать подходящее место для буровзрывных работ. Технология работ в основном определяется схемой наблюдения, заложенной в технический проект. Количество пикетов возбуждения, их расположение на местности, параметры регистрирующей расстановки могут меняться в широких пределах в зависимости от решаемой геологической задачи

1. Схема наблюдений, как и в обычной сейсморазведке, определяется положением пунктов возбуждения (ПВ) и расстановкой пунктов приема (ПП). Для стандартной технологии ВСП приемная расстановка расположена в скважине и смещается по вертикали, занимая различные положения по глубине. Возбуждение сейсмического сигнала происходит с поверхности Земли и может осуществляться различными типами источников.

Положение ПВ. -расположение ПВ на расстоянии близком от устья глубокой скважины (50-100 метров) характерно для стандартного ВСП. -расположение ПВ на значительных удаленьях от скважины (300 и более метров), при регистрации на различных глубинах применяется при методике ВСП-ОГТ.

Положение ПП. -минимальный шаг между пунктами приема обычно равен расстоянию между регистрирующими модулями в скважинном зонде (10-20 метров). -смещения зонда по скважине определяется конструкцией скважинного зонда и техническими требованиями на проведение работ. Часто приборы смещается на расстояние равное длине скважинного зонда, так чтобы при соседних стоянках одна точка двух расстановок повторялась при двух различных взрывах

34)  Параметры возбуждения (глубина взрывной скважины, вес заряда).

А)Глубина взрывной скважины. Взрывная скважина бурится до плотного пласта на глубину 10-20 метров. Глубина взрывной скважины определяется по результатам опытных работ.

Б)Вес заряда выбирается исходя из двух предположений:

1)мощность взрыва должна быть достаточна, для того чтобы зарегистрировать все полезные сейсмические сигналы. При работе с небольших выносов ПВ от глубокой скважины и глубинах регистрации до 2 км бывает достаточно использовать заряды тротила весом до 100 гр. При работах с удаленных пунктов взрыва минимальный вес заряда должен увеличиваться, и может достигать 200 - 500 гр. По сравнению с зарядами, используемыми при наземной сейсморазведке, вес заряда при работах ВСП может быть меньше в несколько раз.

2)стабильность скважины, из которой производится. Для того чтобы скважина не разрушалась после многократных взрывов ее обсаживают. Обсадную трубу спускают до кровли плотного пласта. Взрывы выполняют под обсадной трубой. Если взрывная скважина расположена в болотистом месте, то в процессе работ она может "заплывать". В этом случае требуется периодически промывать взрывную скважину.

-Наиболее рациональной конструкцией взрывной скважины для работ ВСП является обсаженная скважина, для которой обсадная труба заканчивается в глинистом пласте. Заряд располагается под обсадной трубой в глинистом пласте. Т.о, достигается две цели: взрывная скважина не разрушается при многократных взрывах и большая часть энергии взрыва переходит в сейсмическую волну.

-Для возбуждения сейсмической волны используют шашки литого или прессованного тротила весом от 100 гр. до 800гр. В качестве средств взрывания применяются сейсмические электродетонаторы (ЭДС).

35) Параметры регистрации (длина записи, шаг дискретизации, количество регистрируемых компонент, количество одновременно регистрируемых каналов).

Параметры регистрации определяются исходя из геологической задачи, стоящей перед сейсмическими работами в скважине. Принципиально параметры регистрации обусловлены временем прихода полезных волн и их частотным составом.

Длина записи. Время прихода полезной отраженной волны зависит от скоростной характеристики среды и положения точки регистрации в скважине. Наибольшие времена прихода полезных отраженных волн регистрируются в том случае, когда сейсмоприемник расположен около поверхности Земли. При стандартных работах ВСП время регистрации не превышает длину записи наземной сейсморазведки. Иногда при работах ВСП стоит задача изучения поперечных волн, скорости которых приблизительно в 1.4 раза ниже, чем скорости продольных волн. В таком случае может потребоваться увеличение длины записи.

Шаг дискретизации. Обычно шаг дискретизации полевой аппаратуры согласовывается с частотным диапазоном сейсмического сигнала. Для наземных сейсмических работ шаг дискретизации выбирается равным 1, 2 или 4 мсек. Для скважинной аппаратуры простота и стабильность электронных схем скважинных приборов является определяющей. Поэтому для цифровой скважинной регистрирующей аппаратуры шаг дескретизации записи может не быть кратным 1 мсек. Для расширения частотного диапазона записи стараются использовать минимально допустимый шаг дискретизации.

Количество регистрируемых компонент. Современные скважинные системы регистрации имеют, как правило, три сейсмоприемника в одном приборе. Трехкомпонентная регистрация сейсмической записи в скважине позволяет определять направление колебания частиц горной породы во фронте сейсмической волны.

Количество одновременно регистрируемых каналов. Скважинный сейсмический зонд обычно состоит из 3 - 4 приборов, смонтированных друг за другом. Количество скважинных модулей в одном зонде определяет технологию спускоподъемных операций на устье скважины. Вес приборов и межприборных перемычек не позволяет спускать в скважину более 3-4-х приборов без использования специальных подъемных механизмов. Существуют ограничения на пропускную способность каротажного кабеля. В реальном времени по кабелю можно передавать информацию порядка 10 - 15 каналов (четыре трехкомпонентных модуля). Поэтому при работе более чем с 4- мя трехкомпонентными приборами требуется дополнительное время на передачу информации от приборов к регистрирующей станции. Это время обычно в несколько раз больше времени регистрации сейсмической записи.