RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197978 (21) Numer zgłoszenia: 350337 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 09.02.2001 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: 09.02.2001, PCT/FR01/00380 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: 16.08.2001, WO01/59482 PCT Gazette nr 33/01 (51) Int.Cl. G01V 1/16 (2006.01) (54) Urządzenie do odbioru fal sejsmicznych i sposób jego połączenia ze środowiskiem stałym takim jak obszar znajdujący się pod ziemią (30) Pierwszeństwo: 14.02.2000,FR,00/01793 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 02.12.2002 BUP 25/02 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.05.2008 WUP 05/08 (73) Uprawniony z patentu: GAZ DE FRANCE - SERVICE NATIONAL, Paris Cedex,FR COMPAGNIE GENERALE DE GEOPHYSIQUE,Massy Cedex,FR (72) Twórca(y) wynalazku: Julien Meunier,Paris,FR (74) Pełnomocnik: Karcz Katarzyna, PATPOL Sp. z o.o. PL 197978 B1 1. Urządzenie do odbioru fal sejsmicznych emitowanych ze środowiska stałego (5) takiego jak obszar pod (57) powierzchnią ziemi, zawierające co najmniej jeden hydrofon (2) znajdujący się w zagłębieniu (6) środowiska i połączony z nim, znamienne tym, że zawiera zamkniętą powłokę o miękkich ściankach (7) przeznaczoną do ciasnego połączenia ze środowiskiem dokładnie całą swoją powierzchnią, przy czym obudowa ta wypełniona jest płynem (8), w którym zanurzony jest hydrofon i zamknięta jest na jednym końcu szczelnym korkiem (9) zaopatrzonym w szczelny przepust na kabel (10) łączący hydrofon z przyrządem do odbioru sygnałów (E). 5. Sposób połączenia urządzenia do odbioru fal sejsmicznych, zawierającego co najmniej jeden hydrofon, ze środowiskiem stałym (5) takim jak obszar pod ziemią, którym uformowano wgłębienie pozwalające na zagłębienie go w środowisku, znamienny tym, że hydrofon (2) zanurza się w zamkniętej powłoce o miękkich ściankach (7) wypełnionej płynem (8) zamkniętej na jednym końcu szczelnym korkiem (9), zaopatrzonym w szczelny przepust na kabel (10) łączący hydrofon z przyrządem do odbioru sygnałów (E) i łączy się w zasadzie całą miękką powierzchnię obudowy (7) ze środowiskiem przez wtłoczenie do zagłębienia wokół obudowy materiału utwardzalnego takiego jak cement.
2 PL 197 978 B1 Opis wynalazku Niniejszy wynalazek dotyczy urządzenia do odbioru fal sejsmicznych zawierające hydrofon i/lub geofon i sposobu jego/ich połączenia ze środowiskiem stałym takim jak obszar znajdujący się pod ziemią. Urządzenie według wynalazku znajduje zastosowanie zwłaszcza w operacjach eksploracyjnych lub przy nadzorze sejsmicznym formacji podziemnej. Stan techniki Znany jest sposób długotrwałego nadzoru nad wahaniami stanu zbiornika w trakcie produkcji w złożu węglowodorów lub stanu zbiornika przeznaczonego do przechowywania gazu lub innych substancji, za pomocą systemu sejsmicznego zawierającego impulsyjne źródło sejsmiczne lub vibrator sejsmiczny nadający fale sprężyste do ziemi i urządzenie odbiorcze zawierające czujniki sejsmiczne umieszczone na powierzchni lub w studniach, które połączone są z formacjami do nadzoru by wychwytywać fale wysłane z przerwami i je rejestrować w celu stworzenia typowych sejsmogramów. W odstępach o określonym czasie, wykonuje się badania sejsmiczne by można było przez porównanie określić zmiany, jakie zaszły w zbiorniku w wyniku jego eksploatacji. Jako czujników sejsmicznych używa się generalnie geofonów połączonych z formacją umieszczonych na powierzchni lub w studniach. Geofony mogą być spuszczone do studni przez zawieszenie na kablu lub przyczepienie do rury wydobywczej i dokładne przyciśnięcie do ścianki studni za pomocą klocków nastawnych lub sprężyn. Mogą one również być spuszczone do studni przymocowane na zewnątrz rury okładzinowej i zatopione w cemencie wtłoczonym w przestrzeń pierścieniową między rurą a ścianką studni. Geofony mogą też być umieszczone w studni w tym celu wywierconej i wypełnionej cementem. Znane jest również użycie hydrofonów, które są połączone z formacjami za pośrednictwem płynów wypełniających studnie. Rozmaite systemy długotrwałego nadzoru sejsmicznego opisane zostały na przykład w patentach EP 591037 (US 5 461 594), FR 2 593 292 (US 4 775 009), FR 2 728 973 (US 5 724 311), FR 2 775 349 lub US 4 534 020. Figura 1 załączonego rysunku przedstawia znane ze stanu techniki kombinowane użycie geofonu 1 i hydrofonu 2 w tym samym punkcie, co daje poważne korzyści jeśli chodzi o rozdzielenie fal sejsmicznych 3, 4 rozchodzących się w tę samą stronę lecz w przeciwnych kierunkach. Goefon 1 mierzy odwzorowanie na osi geofonu, wektor prędkości cząstek w środowisku eksploracyjnym poddanym działaniu fal, a hydrofon 2 mierzy ciśnienie. W środowisku jednolitym 5, gdzie prędkość rozchodzenia się fal jest stała, te dwie wielkości łączą się przez stosunek: P = εzv/cosα gdzie: P oznacza ciśnienie z oznacza impedancję sejsmiczną środowiska ε oznacza współczynnik równy +1 lub -1, w zależności od kierunku rozchodzenia fali α oznacza kąt między osią geofonu i kierunkiem rozchodzenia fali. Jest to klasyczny przypadek operacji Badań Sejsmicznych Pionowych (PSY), gdzie czujniki zainstalowane wzdłuż studni wychwytują jednocześnie fale rozchodzące się w górę i fale rozchodzące się w dół, i znanym jest, że używając jednocześnie geofonów i hydrofonów umieszczone obok siebie wzdłuż studni, można łatwo rozdzielić dwa rodzaje fal przez kombinację liniową miar prędkości i ciśnienia i: D esc = P - zv/cosα (D esc - fala rozchodząca się w dół) M ont = P + zv/cosα (M ont - fala rozchodząca się w górę) Sejsmogramy z fig 2A, 2B odpowiadają danym zarejestrowanym (według wynalazku) w studni pionowej odpowiednio przez geofon (dane prędkości V) i hydrofon (dane ciśnienia P). Sejsmogramy z fig. 2C, 2D (według wynalazku) odpowiadają odpowiednio różnicy (P-V) i sumie (P+V). Podczas gdy dane zarówno V jak i P odnoszą się do fal rozchodzących się w górę (M) i fal opadających (D), ich różnica odnosi się tylko do fal opadających (fig. 2C) a ich suma do fal wznoszących (fig. 2D). Praktyczne zastosowanie takiego rozróżniania fal przez kombinowane użycie hydrofonów i geofonów napotyka przeszkodę polegającą na połączeniu hydrofonów ze środowiskiem. W przypadku pomiarów dokonywanych w studniach, połączenie hydrofonów z formacjami otrzymuje się za pośrednictwem błota wypełniającego studnię, co okazuje się być bardzo uciążliwe ponieważ jest on wystawiony bezpośrednio na działanie fal zwanych błotnymi których amplituda jest często dużo wyższa od amplitudy fal rozchodzących się w środowisku, które ma się obserwować.
PL 197 978 B1 3 Urządzenie i sposób połączenia według wynalazku pozwalają na bardzo skuteczne połączenie hydrofonów i/lub geofonów ze środowiskiem takim jak na przykład formacja podziemna, przez uniknięcie zwłaszcza efektów zakłócających przy zastosowaniu w sejsmologii studzien, związanych z ich zanurzaniem bezpośrednio w błocie. Urządzenie do odbioru fal sejsmicznych zawiera co najmniej jeden hydrofon i zamkniętą powłokę o miękkich ściankach, wypełnioną płynem w którym zanurzony jest hydrofon, przeznaczoną do ciasnego połączenia ze środowiskiem dokładnie całą swoją powierzchnią. Powłoka zamknięta jest z jednej strony szczelnym korkiem zaopatrzonym w szczelny przepust na kabel łączący hydrofon z przyrządem do odbioru sygnałów. Urządzenie do odbioru fal może również zawierać co najmniej jeden geofon, który łączy się ze środowiskiem w pobliżu zamkniętej powłoki zawierającej hydrofon i który podłącza się do przyrządu do odbioru sygnałów. Geofon i/lub hydrofon w zamkniętej powłoce mogą być ciasno połączone ze środowiskiem za pomocą na przykład materiału utwardzalnego takiego jak cement umieszczony między nimi i zagłębienia wykonanego w środowisku. Sposób według wynalazku pozwala na połączenie urządzenia do odbierania fal sejsmicznych zawierającego co najmniej jeden hydrofon ze środowiskiem stałym takim jak podziemie, w którym wykonano zagłębienie umożliwiające zagrzebanie urządzenia w środowisku. Hydrofon zanurza się w zamkniętą, wypełnioną płynem powłokę o miękkich ściankach, zamkniętą z jednej strony szczelnym korkiem zaopatrzonym w szczelny przepust na kabel łączący hydrofon z przyrządem do odbioru sygnałów, następnie łączy się dokładnie całą miękką ściankę obudowy ze środowiskiem przez wtłoczenie do zagłębienia wokół obudowy materiału utwardzalnego takiego jak cement. W sąsiedztwie powłoki zawierającej hydrofon można takim samym materiałem utwardzalnym połączyć ze środowiskiem również co najmniej jeden geofon. Urządzenie do odbioru fal umieszcza się na przykład w przestrzeni pomiędzy studnią i rurą wpuszczoną do studni i łączy się ze środowiskiem przez wtłoczenie materiału utwardzalnego do co najmniej części tej przestrzeni. Przedmiot wynalazku przedstawiono na rysunku, gdzie: fig. 1 przedstawia w sposób schematyczny drogę przepływu fal sprężystych rozchodzących się w formacji podziemnej i wychwycone przez połączenia z tą formacją; fig. 2A - 2D przedstawiają przykłady sejsmogramów odzwierciedlających otrzymane sygnały odpowiednio od czujników prędkości lub geofonów (fig. 2A), od czujników ciśnienia lub hydrofonów (fig. 2B), przez odejmowanie sygnałów prędkości i ciśnienia (fig. 2C) i przez dodawanie tych samych sygnałów (fig. 2D); a fig. 3 przedstawia przykład połączenia hydrofonu ze środowiskiem. Sposób połączenia użytego tu do połączenia jednego lub kilku hydrofonów 2 urządzenia do odbioru fal sejsmicznych ze środowiskiem stałym 5 takim jak podziemie, polega głównie na zanurzeniu hydrofonu 2 w wypełnionej płynem 8 zamkniętej powłoce o miękkich ściankach 7, którą łączy się ciasno ze środowiskiem. Ta powłoka lub obudowa 7 posiada otwór, przez który wprowadza się hydrofon 2 i płyn wypełniający 8. Wnętrze powłoki 7 izoluje szczelny korek 9, taki jak na przykład dławnica. Korek 9 zaopatrzony jest w wodoszczelny przepust 6 na kabel elektryczny 10 łączący hydrofon lub hydrofony z zewnętrznym przyrządem E do odbierania sygnałów, umieszczonym na przykład na powierzchni. Urządzenie do odbioru może być połączone ze środowiskiem 5 przez wypełnienie przestrzeni 6, w której umieszczona jest powłoka 7. Najkorzystniej jest połączyć powłokę 7 ze środowiskiem 5 przez otoczenie jej materiałem stałym 11, którym może być podsadzka lub materiał nakładany utwardzalny taki jak na przykład cement. Powłoka 7 musi być wystarczająco mała, żeby można ją było wprowadzić do przewidzianej dla niej przestrzeni i wystarczająco duża, żeby część aktywna hydrofonu była całkowicie otoczona płynem. Najkorzystniej, do hydrofonu 2 umieszczonego w powłoce 7 dołącza się geofon 1, który podłącza się również z przyrządem odbiorczym E, i łączy się je ze środowiskiem za pośrednictwem tego samego materiału łączącego 11. Sejsmogramy przedstawione na fig. 2A do 2D uzyskano za pomocą takiego przyrządu złożonego z takiego połączenia geofonu i hydrofonu. Przestrzeń 6, w której umieszczony jest przyrząd, może stanowić otwór lub studnia przeznaczona wyłącznie do instalacji czujników lub ewentualnie przestrzeń pierścieniowa wokół rury wpuszczonej do studni (na przykład rury będącej obudową wodoszczelną) służącej do eksploatacji złoża lub podziemnych zbiorników (operacje przemieszczania płynów między powierzchnią a dnem).
4 PL 197 978 B1 Zagrzebanie powłoki w gruncie przez zalanie materiałem wypełniającym zwłaszcza cementem, pozwala na uzyskanie ciasnego połączenia hydrofonu i/lub geofonu z formacją bez bezpośredniego wystawiania hydrofonu na działanie silnych fal pochodzących od rury, przez którą przepływają płyny w studniach. Urządzenie pozwala na umieszczenie odbiorników z dala od powierzchni i tym samym uczynienie ich praktycznie niewrażliwymi na hałasy z powierzchni. Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do odbioru fal sejsmicznych emitowanych ze środowiska stałego (5) takiego jak obszar pod powierzchnią ziemi, zawierające co najmniej jeden hydrofon (2) znajdujący się w zagłębieniu (6) środowiska i połączony z nim, znamienne tym, że zawiera zamkniętą powłokę o miękkich ściankach (7) przeznaczoną do ciasnego połączenia ze środowiskiem dokładnie całą swoją powierzchnią, przy czym obudowa ta wypełniona jest płynem (8), w którym zanurzony jest hydrofon i zamknięta jest na jednym końcu szczelnym korkiem (9) zaopatrzonym w szczelny przepust na kabel (10) łączący hydrofon z przyrządem do odbioru sygnałów (E). 2. Urządzenie do odbioru według zastrz. 1, znamienne tym, że zamknięta powłoka (7) zawierająca hydrofon (2) jest ciasno połączona ze środowiskiem przez wtłoczenie materiału utwardzalnego (11) takiego jak cement. 3. Urządzenie do odbioru według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera co najmniej jeden geofon (1) połączony ze środowiskiem umieszczony w pobliżu zamkniętej powłoki (7) zawierającej hydrofon (2) i połączony z przyrządem do odbioru sygnałów (E). 4. Urządzenie do odbioru według zastrz. 3, znamienne tym, że geofon (1) i zamknięta powłoka (7) zawierająca hydrofon (2) są ciasno połączone ze środowiskiem przez wtłoczenie materiału utwardzalnego (11) takiego jak cement. 5. Sposób połączenia urządzenia do odbioru fal sejsmicznych, zawierającego co najmniej jeden hydrofon, ze środowiskiem stałym (5) takim jak obszar pod ziemią, którym uformowano wgłębienie pozwalające na zagłębienie go w środowisku, znamienny tym, że hydrofon (2) zanurza się w zamkniętej powłoce o miękkich ściankach (7) wypełnionej płynem (8) zamkniętej na jednym końcu szczelnym korkiem (9), zaopatrzonym w szczelny przepust na kabel (10) łączący hydrofon z przyrządem do odbioru sygnałów (E) i łączy się w zasadzie całą miękką powierzchnię obudowy (7) ze środowiskiem przez wtłoczenie do zagłębienia wokół obudowy materiału utwardzalnego takiego jak cement. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że tym samym materiałem utwardzalnym łączy się ze środowiskiem co najmniej jeden geofon (1) umieszczony w pobliżu obudowy (7) zawierającej hydrofon (2). 7. Sposób według zastrz. 5 lub 6, znamienny tym, że urządzenie do odbioru umieszcza się w przestrzeni dzielącej studnię od rury wpuszczonej w studnię i łączy się je ze środowiskiem przez wtłoczenie materiału utwardzalnego w co najmniej część tej przestrzeni. Rysunki
PL 197 978 B1 5
6 PL 197 978 B1 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.