Скважинный электродинамический сейсмограф

Скважинный электродинамический сейсмограф

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскид

Социалистических

Республик

<>894642 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 18. 03. 80 (21} 2893245/18-25 (51)PA (д З с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 01 V 1/16

Государственный комитет

СССР ло делам изобретекий н открытий

Опубликовано 301281 Бюллетень № 48

Дата опубликования описания 30. 12. 81 (- З) УД 550.834 (088.8) Н.Е. Федосеенко, С.К. Дараган и A.Ñ. Дейисков (, 1 (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина институт физики Земли им . О.Ю. Имидта

АН СССР (73) Заявитель (54) СКВАЖИННЫИ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ СЕЙСМОГРАФ

Изобретение относится к сейсмометрии и может быть преимущественно использовано для регистрации слабых сейсмических сигналов удаленных и близких землетрясений,а также для обнаружения их предвестников.

Известно, что для изучения физики очага при регистрации удаленных землетрясений сейсмический канал должен иметь по воэможности столообразную частотную характеристику функции перемещений в диапазоне инфранизких частот, а для близких землетрясений — в диапазоне низких частот. В то же время для регистрации предвестников землетрясений, когда нет еще полной ясности, в каком из диапазонов появление их возможно, желательно иметь тот и другой диапазоны. Поэтому, чтобы удовлетворить требованиям поставленных задач, сейсмический канал должен иметь столообразную частотную характеристику в широком диапазоне частот: от 1 Гц и до 50-60 Гц, с увеличением 400-500 тыс.

Известен скважинный сейсмограф, содержащий низкочастотный сейсмометр, согласующий усилитель и регистратор (1 ).

В данном сейсмографе достигнуто расширение полосы пропускания в сторону нижних частот, однако повышенный уровень шумов усилителей, малый динамический диапазон, неболь« шое реальное увеличение порядка

600-700 (для скважинных наблюденийоколо 3000),а также возможность появления длиннонериодного сигнала, обусловленного поступлением иа интегрирующие элементы высокочастотных колебаний, ограничивают эксплуатационные воэможности сейсмографа, особенно в случаях регистрации слабых сейсмических сигналов, относящихся к предвестникам землетрясений.

20 Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является скважинный сейсмограф, содержащий низкочастотный сейсмометр с высокоомной обмоткой преобразователя,согласующие элементы и гальванометрический регистратор. В известном сейсмографе согласующие по затуханию элементы представлены в виде активных резисторов, обеспечивающих

ЗО нормальное затухание колебательных

894642 систем сейсмометра и гальванометра при загрублении канала, предназначенного для регистрации сильных землетрясений (2 ).

Недостатком сейсмографа является низкий коэффициент передачи сейсмографа, обусловленный тем, что требования при согласовании сейсмометра и гальванометра противоречивы. Так, например, для низкоомных гальваномет ров в переуспокоенном режиме, который используется для расширения амплитудно-частотной характеристики, необходимо, чтобы преобразователь сейсмометра имел малое активное сопротивление, тогда как для повышения чувствительности сейсмометра нужно, чтобы преобразователь имел многовитковую, а значит, и высокоомную обмотку. Сформированный сейсмический канал,.где преобразователь сейсмометра имеет высокоомную обмотку, а гальванометр — низкоомную, не дает заметного повышения коэффициента передачи, так как высокоомная обмотка сейсмометра шунтируется низким сопротивлением гальванометра.

Цель изобретения — повышение коэффициента передачи и расширения частотного диапазона сейсмографа за счет согласования колебательных систем сейсмометра и гальванометра.

Для достижения поставленной цели в скважинном злектродинамическом сейсмографе, содержащем низкочастотный сейсмометр, соединенный через согласующие элементы с гальванометрическим регистратором,согласующие элементы состоят иэ активного дифференциального четырехполюсника, аттенюатора, корректирующего конденсатора, шунтирующего и демпфирующего резисторов, при этом выход четырехполюсника подключен к его инвертирующему входу и аттенюатору, соединенному в свою очередь с шунтирующим резистором через корректирующий конденсатор, а неинвертирующий вход четырехполюсника через демпфирующий резистор соединен с аттенюатором, шунтирующим резистором и общей шиной сейсмометра и регистратора.

На фиг; 1 дана принципиальная схема сейсмографа; на фиг. 2 — ам-. плитудно-частотные характеристики каналов.

Сейсмограф содержит латунный гермастичный контейнер 1, установленный в скважине, в котором размещены электродинамический сейсмометр 2, имеющий рабочую 3 и демпфирующую 4 обмотки, мотор 5 для дистанционного управления, демпфируюций резистор б, геркон 7 и четырехполюсник 8 с балластным резистором 9 согласующего блока.

Наземная часть сейсмографа содержит сопротивления (резисторы) 10-13

26

65 аттенюатора, корректирующий конденсатор 14, шунтирующий резистор 15, гальванометр 16, регистратор 17,блок

18 питания и пульт 19 дистанционного управления.

Сейсмограф работает следующим образом.

Перед спуском контейнера 1 в сква жину инертная масса сейсмометра арретируется пультом 19 дистанционного управления. После установки контейнера в cKBB)KHHe осуществляют при помощи одного и того же электромотора

5, одним из проводов питания которого используется броня кабеля,, разарретирование и настройку сейсмометра на заданный период собственных колебаний.

Для этого демпфирующую обмотку 4 и выход четырехполюсника 8 через балластный резистор 9 подключают к пульту 19 дистанционного управления. Так как рабочая обмотка 3 при регистрации должна быть задемпфирована резистором б, обеспечивающим необходимое затухание колебаний инертной массы, то при настройке на заданный период резистор б должен отключаться от обмотки 3, ибо в противном случае нельзя обеспечить свободные колебания инертной массы, по которым определяется период настройки сейсмометра. В предлагаемом сейсмографе программное управление резистором осуществляется герконо:л 7 и полями постоянных магнитов. После настройки сейсмометра на заданный период по программе пульта 19 к рабочей обмотке 3 псдключается резистор б,а выход четырехполюсника через балластный резистор 9 блока подключается к регистратору 17.

Демпфирующая обмотка 4, выводы которой выходят на поверхность, после настройки сейсмометра закорачивается.

Принятый сейсмометром сейсмический сигнал поступает на неинвертирующий вход активного четырехполюсника 8, охваченного 100%-ной отрицательной обратной связью, который согласует колебательные системы сейсмометра 2 и гальванометра 16 и формирует амплитудно-частотную характеристику канала. Увеличенный в результате согласования сейсмический сигнал регистрируется зеркальным гальванометром регистратора 17.

Демпфирующий резистор 6 согласующего блока обеспечивает необходимое затухание колебаний инертной массы сейсмометра 2 и, уменьшая общее сопротивление на входе четырехполюсника 8, уменьшает его температурный дрейф. Корректирующий конденсатор 14, изменяя параметры гальванометра 16, увеличивает крутизну среза левой части частотной характеристики в полосе 0,3-0,8 Гц и выравнивает правую часть рабочего диапазона в полосе 20-60 Гц. Кроме того.

894642 развязывая гальванометр 16 от постоянной составляющей выхода согласующего блока при разбалансе, он также ослабляет и влияние дрейфа нуля .четырехполюсника 18.

Шунтирующий резистор 15 обеспечивает расширение диапазона в сторону верхних частот, а также, являясь звеном в цепи гальванометра 16,оказывает выравнивающее действие и на низкочастотную часть рабочего диапазона в области 1 Гц. Балластный резистор 9 защищает выходные цепи четырехполюсника 8 при случайных коротких замыканиях, а также обеспечивает возможность использования дополнительной низкоомной нагрузки, выполняющей функции аттенюатора, включенного на выходе балластного резисто.— ра 9.

Чтобы производить сейсмические измерения с максимально возможным 30 увеличением в любых скважинах с разЛИЧНЫМ МИКРОСЕйСМИЧЕСКИМ ФОНОМ IIO мех, в сейсмографе установлен аттенюатор, позволяющий фиксированно снижать увеличение в 1,5; 2 и 4 раза, д не изменяя формы частотной характеристики канала.

Включение загрублений в цепь, где установлен частотно-зависимый элемент, представляет определенные труд- З® ности, связанные с сохранением формы частотной характеристики канала. Наиболее приемлемым оказалось включение дополнительной низкоомной нагрузки в виде аттенюатора, состоящего из набора последовательно соединенных резисторов 10-13, установленных на переключателе и включенных между выходом балластного резистора 9 и общей шиной рабочей обмотки сейсмометра 2 и гальванометра 16. 40

Амплитудно-частотные характеристики, снятые на вибростенде, представлены на фиг.2. На графике изображена кривая 20 предлагаемого (шкала увеличения слева) и кривая

21 известного сейсмографов (шкала увеличения справа).

Таким образом, использование активного согласующего блока со

100%-ной отрицательной обратной

50 связью для согласования колебательных систем низкочастотного еейсмометра и низкочастотного высокочувствительного з еркального гальванометра позволяет н десятки раз увеличить коэффициент передачи сейсмографа, заметно расширить столообразную часть амплитудно-частотной характеристики, сохранить высокий динамический диапазон сейсмометра по выходу согласующего блока, добиться высокой стабильности параметров и эксплуатационной надежности сейсмографа в условиях обводненных глубоких скважин. Сейсмограф позволяет регистрировать как очень слабые единицы нанометров, так и достаточные сильные сейсмические сигналы с амплитудой до 1 мм.

Формула изобретения

Скважинный электродинамически(й сейсмограф, содержащий низкочастотный сейсмометр, соединенный через согласующие элементы с гальванометрическим регистратором, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента передачи и расширения частотного диапазона сейсмографа за счет согласования колебательных систем сейсмометра и гальванометра, в нем согласующие элементы состоят из активного дифференциального четырехполюсника, аттенюатора, корректирующего конденсатора, шунтирующего и демпфирующего резисторов, при этом выход четырехполюсника подключен к его инвертирующему входу и аттенюатору, соединенному с шунтирующим резистором через корректирующий кон денсатор, а неинвертирующий вход четырехполюсника через демпфирующий резистор соединен с аттенюатором, шунтирующим резистором и с общей шиной сейсмометра и регистратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Рыков A.B. Расширение частотной характеристики сейсмографа способом фильтрации. Сб. Сейсмические приборы, вып. б. И., "Наука",1972, с. 32.

2. Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР. М., "Наука", 1974, с. 33-36 (прототип).

894642

Фиг.1 фи 2

ВНИИПИ Закаэ 11483/75 Тираж 735 Подписное

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

f2

ff