Крутильный сейсмометр

СОЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН Ч 1 ИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ордена Ленина институт физикиЗемли им. О.Ю.Шмидта(56) 1, Авторское свидетельство ССВ 641372, кл. С 01 Ч 1/16, 1976.2. Авторское свидетельство СССВ 828149, кл, С 01 Ч 1/16, 1979.3. Авторское свидетельство СССК 1087937, кл. С 01 Ч 1/16, 1982.(54) (57) КРУТИЛЬ 1 Щ СЕЙСМОМЕТР,содержащий корпус, ферромагнитныйциск с размещенным в его диаметральной плоскости основным чувствительным элементом и калибровочное .устройство, о т л и ч а ю щ и й с яем, что, с целью повышения чувстви ЯО 112556 тельности в условиях работы н скважине, в него введен идентичный дополнительный чувствительный элемент,размещенный н диаметральной плоскости .ферромагнитного диска перпендикулярно основному чувствительному элементу и электрически соединенный сним в противофазе , а калибровочноеустройство выполнено в виде двухидентичных узлов, расположенных симметрично относительно плоскости диска, при этом каждый узел содержитдве пары симметрично расположенныхидентичных возбудителей колебаний,включенных в противофазе и снабженных промежуточными элементами в видежестких призм, между которыми зажатаопора, жестко скрепленная с ферромагнитным диском и расположенная н егодиаметральной плоскости равноудаленно от чувствительных элементов,Изобретение относится к геофизическому приборостроению и можетбыть использовано для измерениякрутильных колебаний в сейсмометрии и разведочной геофизике. 5Известен крутильный сейсмометр,содержащий корпус, преобразователь,инертную массу, падвес иэ радиально ориентированных гластин и триподвижных диска 1 .ОНедостатком сейсмометра являетсято, что инертная масса, подведеннаяна радиально ориентированных пластинах. реагирует це только на крутигьные колебания, но и на горизонтальееые колебания, что снижает точностьизмерения крутильной компоненты.Известен также крутильный сейсмометр, содержащий корпус, выполненныйв виде ферромагнитного диска, в диаметральной плоскости которого размещец чувствительный элемент 21.Недостатком сейсмометра являетсянизкая точность измерения динамических характеристик сейсмических 25сигналов, Это вызвано тем, что амплитуда ЭЛС,. возбуждаемой катушкесейсмическим сигналом, пропорциональна величине горизонтальной составляющей геомагцитцого поля. Эта величина ца территории СССР изменяетсяот 0,1 до 0,4 Э, и ЭДС, возбуждаемаяодним и тем же сейсмическим сигналом,цо в разных регионах может отличаться в четыре раза, что существенно35снижает точность измерений и чувствительность прибора,1 аиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсякрутильцый сейсмометр, содержащий40корпус, ферромагнитный диск с размещенным в его диаметральной плоскости основньгм чувствительным элементоми калибровочное устройство 3 .1.,едостатком известного сейсмометрас 5является то, что для получения максимальной чувствительности приборанеобходима ориентация его чувствительного элемента(катушки)вдоль горизонтальной составляющей магнитногопоя Земли, Такую ориентацию можнопроводигь при поверхностных наблюдениях, Однако при наблюдениях в скважинах, когда зонд, содержащий сейсмометр, опускается на значительнуюглубину, а ствол скважины имеетискривпецие, выдержать такую направленность практически невозможно.Прц отклонении плоскости катушки от направления магнитного полячувствительность прибора умеьшаетсяа когда это отклонение достигаета90 -О, чувствительность приборастановится практически равной леуло.Кроме того, система внутреннейкалибровки известного устройства,расположенная в горизонтальной плоскости относительно ферромагнитногодиска, не может быть использованадля скважицного прибора из-за ограниченности пространства скважины вгоризонтальном направлении.Цель изобретения - повышениечувствительности в условиях работыв скважине,Поставленная цель достигаетсятем, что в крутильный сейсмометр,содержащий корпус, ферромагнитныйдиск с размещенным в его далет 1 альной плоскости основным чувствите:;ьным элементом и калибровочное устройство, введен идентичный догтолнительный чувствительцый элемент, размещенный в диаметральной плоскостиферромагнитного диска перпендикуляр.но основному чувствительному элементу и электрически соединенный с нимв протенофазе, а калибровочноеустройство выполнено в виде двухидентичных узлов, раси ложецыхсимметрично относительео плоскостидиска, при этом каждый узел содержит две пары симметрично расположенных идентичных возбудителейколебаний, включенных в противофазеи снабженных промежуточными элементами в виде жестких призм, междукоторыми зажата опора, жестко скрепленная с ферромагнитным диском ирасположенная в его диаметральнойплоскости равноудаленной от чувствительных элементов.На фиг, 1 изображена принципиальная схема сейсмометра ца фиг, 2разрез А-А на фиг. .Сейсмометр состоит из ферромагнитного диска 1, раэмещенеых на цемчувствительных элемецтоез 1 нацример,катушек 2, закрепленных на поверхности диска опор 3 и удерживающихопоры возбудителей колебаний, состоящих из механизмов 4 перемещения,содержащих источник 5 колебаний,прекрепленеье к корпусу би промежуточные элементы 7, выполценцые вБиде жестких приэл, Источники 5 коле баний механизмов 4 перемещенияжестко прикреплены к корпусу 6 при40 Е, 1 НрроНб,частота воздействующегоколебания, Гц;амплитуда колебания в радианах;число витков катушки; магнитная проницаемость пустоты;относительная магнитная проницаемость ферромагнитного диска; где 50 3 11255бора, а между ребрами промежуточныхэлементов 7 зажаты опоры 3, такимобразом ферромагнитный диск 1 крепится к корпусу 6 посредством опор 3и возбудителей колебанийЖесткоекрепление опор между задающими устройствами механизмов перемещенияобеспечивает жесткость прибора прирегистрации сейсмических сигналов.Источники 5 колебаний выполнены,например, ца основе пьезоэлементови в каждой паре подключены к противофазе. Это обеспечивает при калибровке вращение ферромагнитного диска вокруг вертикальной оси, проходящей через его центр,Идентичные чувствительные элементы 2 размещены во взаимно перпендикулярных диаметральцых плоскостях диска и соединены в противофазе,20что позволяет суммировать ЭДС возникающую в каждой катушке при воэдейст.вии ца прибор крузцльной составляющей сейсмического колебания.Прибор работает следующим образом,25Прибор опускают в скважину донужной глубины и приступают к измерениям, Геофизические измерения состоят из калибровки и непосредственноизмерения сейсмического сигнала.В процессе опускания прибора вскважину происходит непроизвольноеего вращение вокруг вертикальной оси,и ориентация прибора в скважине придостижении им глубины измеренияможет не совпадать с заданной на поверхцости Земли ориентацией.При измерении сейсмического сигнала в результате воздействия крутильнойсоставляющей сейсмической волнысейсмометр понорачивается вокругвертикальной оси и происходит изменение магнитного потока, пронизывающего витки катушек, и в нихвозникает ЭДС. Амплитуда ЭДС возникающей в одной из катушек при малых 45Олуглах поворота(до 5 ), выражаетсяформулой 69 4горизонтальная составляющая геомагцитного поля,равная Н,со 5, гдеН, - напряженность магнитногополя вдоль силовых линий;угол между направлениемсиловых линий поля и ориентацией катушки;При 4, =0 ЭДС. Максимальна и равна Е =21 АН й а Н 5 следовательнох СОЧАналогично определяется, что ЭДС возникающая во второй катушкес 2 = Ещдл соб я 2Так как катушки взаимно перпендикулярцы, оЧ =9 Офщи поэтомуЕ = Е,хсо(90+ц), = Еяцхк л " МПоскольку катушки подключены в противофазе, суммарная ЭДС.с = Е,Е = Г(саб ,бв ч,)Угол и может изменяться от 0 до90 н силу идентичности и перпецдцкулярцости катушек. Прц (, =0 и 90От.е. при ориентации одной иэ катушеквдс 1 ль силовых линий поля, ЭДС Е=Ео 1 1 щхПри ОЯ 90соб у, в,1 и ЕЕТаким образом, црц любой ориентации прибора в скважине измеряемаяЭДС не меньше Е . В то время, какщдлв иэвестцом устройстве Е может бытьП 1 Олдостигнуто только при единственномположении прибора - при ориентацииприбора катушки)вдоль силовых линий,вероятность которого мала, При всехдругих ориентациях измеряемая ЭДСменьше Е , а при взаимно перпендикулярной ориентации катушки исиловых линий эта ЭДС равна нулю,Таким образом, введение в прибордополнительной катушки, взаимноерасположение катушек ц подключениеих в противофазе позволяет существенно повысить чувствительность прибора,Однако определить угол ц), в процессе измерения це представляется возможным, к тому же происходит изменение напряженности геомагцитного поля по глубине скважины и поэтому без предварительной калибровки полученное повышение чунствительнос1125569 аказ 8534/34 Тираж 710 Подпвсы вл ППП ффПатввтф, г.Ужгород, ул.Проектиая 1 и нейтрализуется пониженной точнос 1 ью измерения,При калибровке прибора ца каждую цару источников 5 колебания 5 выполненных на основе пьезоэлементов, пода ется от внешнего источника знакопеременное напряжение. В связи с явлением обратного пьезоэффекта один элемент нары начинает расширяться, а второй на такую же величину уменьшается н 10 размере. Тот же эффект происходит на соседней паре, зажимающей опору, но в противоположном направлении. Возникающие колебания передаются через промежуточные элементы 7 на опору 3, и опора 3, жестко зажатая между ними, начинает совершать вращательные гармонические колебания заданной амплитуды и частоты. Такие же гармонические колебания начинает совершать прикрепленный к опорам ферромагнитный диск 1 с чувствительными элементами 2.Необходимость изготовления промежуточного элемента в виде призмы выз-вана тем, что контакт между промежуточным элементом и опорой должен быть минимальным и равномерным по всей ширине опоры, В противном случаеФпроисходит искажение передаваемых30 колебаний за счет неравномерного распределения силы по опоре, например, при выполнении промежуточного элемента в виде пирамиды или за счет деформации самого промежуточногоэлемента, например цри выцолцецииео в виде прямоугольника. Предлагаемая система из двух идентичных узловобеспечивает строго задацнь 1 е вращательные перемещения ферромагнитногодиска, а также препятствует егогоризонтальным перемещениям, чтосущественно повышает стабильностьво времени амплитуды задаваемогочувствительному элементу гармоничного колебания, а следовательно, иточность калибровки,Жесткое соединение корпуса иферромагнитного диска с чувствительными элементами посредствоммеханизма перемещения и опорыпозволяет значительно повыситьнадежность прибора, что имеетбольшое значение при скважинцыхизмерениях, характеризующихся неблагоприятными условиями. Приборце содержит системы арретировация, что значительно упрощаетпроведение измерений сейсмических сигналов в скважинах.Расчеты и опыты ца сейсмометреподтверждают, что использование изобретеция позволяет повысить чувствительность прибора до 1,5 раз приодновременном повышеци точностина 30-402 по сравнению с известнымустройством, Кроме того, повышаетсянадежность сейсмической информации,