CH689191A5

CH689191A5 - Aufnehmervorrichtung zur Aufnahme von seismischen Signalen und Verwendung dieser Aufnehmervorrichtung.

Info

Publication number: CH689191A5
Application number: CH51194A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Dr Sattel; Thomas Gachnang; Hans Peter Mueller; Franz Sacher; Tadanobu Kashiwa
Original assignee: Amberg Messtechnik Ag 7320 Sar
Priority date: 1994-02-22
Filing date: 1994-02-22
Publication date: 1998-11-30
Also published as: JPH0836063A; JP3411700B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufnehmervorrichtung zur Aufnahme von seismischen Signalen gemäss Anspruch 1 und eine Verwendung dieser Aufnehmervorrichtung gemäss Anspruch 4.

Seismische Verfahren werden im allgemeinen zur Erkundung der Gesteinsformationen verwendet. Zur Erzeugung seismischer Signale werden häufig impulsseismische Quellen verwendet, z.B. Sprengladungen. Zur Aufname der seismischen Signale wird eine Vorrichtung benötigt, welche die seismischen Schwingungen der Gesteinsformation am Aufnehmerort möglichst unverfälscht in ein elektrisches Signal umwandelt. Dieses elektrische Signal wird danach mittels geeigneter elektronischer und digitaler Verfahren für den jeweiligen Verwendungszweck weiterverarbeitet.

Während bei seismischen Untersuchungen mit grossen Erkundungsreichweiten, z.B. in der Kohlenwasserstoff-Exploration (Suche nach Erdöl und Erdgas) Reichweiten > 500 m, niederfrequente Aufnehmer, sog. Geophone im Bereich bis ca. 200 Hz, verwendet werden, wird bei hochauflösenden seismischen Untersuchungen mit geringen Erkundungsreichweiten < 500 m eine Vorrichtung zur Aufnahme der seismischen Signale im Frequenzbereich bis 5000 Hz benötigt.

Als Sensoren mit genügend grosser Empfindlichkeit in diesen Frequenzbereichen verwendet man vorzugsweise Beschleunigungsaufnehmer (Akzelerometer), die das seismische Signal in ein elektrisches Signal wandeln.

Bisher wurden diese Sensoren entweder direkt mittels Erdnagel (spike) oder in Aufnehmerbohrungen mit Sonden mechanisch an die Gesteinsformation angekoppelt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die bekannten Vorrichtungen vor allem im Frequenzbereich oberhalb von 200 Hz unerwünschte Störsignale aufnehmen. Die Kopplung mit Erdnagel beschränkt sich im allgemeinen auf zugängliche freie Oberflächen, auf denen die störenden Amplituden der Oberflächenwellen gegenüber dem Nutzsignal besonders stark ausgeprägt sind. Aufnehmerbohrungen dienen im wesentlichen dazu, das Problem der störenden Amplituden der Oberflächenwellen zu umgehen und eine optimale Kopplung zum Gebirge zu gewährleisten. Die bisher in die Aufnehmerbohrungen eingesetzten Sonden neigen jedoch vor allem wegen des jeweiligen Kopplungsmechanismus zu Eigenresonanzen und/oder Auslöschungen im gewünschten Frequenzband.

Ein weiterer Nachteil bei der Anwendung von Sonden in unverrohrten Aufnehmerbohrungen ist, dass diese Sonden bei einem instabilen Bohrloch (Nachfall) entweder nicht gekoppelt bzw. eingeführt werden können oder verklemmen und nach der Messung nicht mehr herausgezogen werden können.

So schlägt z.B. die DE-OS 4 207 192 vor, die Empfangsvorrichtung einer Produktionskolonne zuzuordnen, diese in ein unter Produktion stehendes Bohrloch abzusenken und bei Bedarf zu verschieben. Die Kopplung der Empfangsvorrichtung erfolgt mechanisch über das einzementierte Futterrohr an die Formation. Der Nachteil dieser Lösung liegt jedoch darin, dass der verwendete Kopplungsmechanismus für Anwendungen im höherfrequenten Frequenzbereich zu den oben geschilderten Problemen führt (Eigenresonanz, Auslöschung).

US-PS 5 187 332 empfiehlt, den Bohrlochbereich mit der Aufnehmervorrichtung mit einer zähflüssigen Substanz aufzufüllen. Diese Substanz ist so zusammengesetzt, dass sie sich in situ versteift und dadurch eine mechanische Kopplung für die akustische Signalübertragung zwischen Formation und Aufnehmervorrichtung gewährleistet. Nach Abschluss einer seismischen Messung wird die versteifte Substanz mit einem geeigneten Stimulator wieder verflüssigt, so dass die Aufnehmervorrichtung wieder entfernt werden kann. Diese vorgeschlagene Lösung bringt den Nachteil, dass die operationelle Anwendung aufwendig ist und nicht gewährleistet, dass bei hochfrequenten seismischen Signalen eine ausreichende Kopplung durch die viskose Substanz gegeben ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Aufnehmervorrichtung zur Aufnahme von seismischen Signalen und eine Verwendung dieser Aufnehmervorrichtung zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen vermeidet und sowohl eine optimale Aufnahme der hochfrequenten seismischen Signale gewährleistet, als auch die operationelle Anwendung vereinfacht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst. Eine Ausführungsvariante beschreibt, dass die Aufnehmerbohrung mit einem minimalen Durchmesser, vorzugsweise 32-35 mm, gebohrt werden kann. Durch den kleinen Durchmesser werden die Eigenschwingungen des Bohrlochhohlraumes selbst in einen Frequenzbereich gelegt, der oberhalb vom Nutzsignal liegt. Zudem kann der Kosten- und Zeitaufwand für die Erstellung der Aufnehmerbohrung minimiert werden. In die Aufnehmerbohrung wird unmittelbar nach dem Bohrvorgang ein dünnwandiges Rohr, z.B. Stahlrohr, einzementiert. Es hat sich gezeigt, dass hier vorzugsweise eine Verrohrung mit rechteckigem Querschnitt verwendet werden kann, da dadurch die Eigenresonanzen des Gesamtsystems (Bohrlochhohlraum, Zement, Rohr) wirksam unterdrückt werden.

Eine weitere Ausführungsvariante sieht zudem Versteifungsrippen auf der Rohroberläche vor, die noch mögliche Störschwingungen zusätzlich über die Kopplung Zement-Gebirge absorbieren.

Zum Zeitpunkt der seismischen Messung wird die erfindungsgemässe Aufnehmervorrichtung zur Aufnahme seismischer Signale in die Verrohrung eingeschoben. Während dem Einschieben der Aufnehmervorrichtung koppeln sich die Sensoren an die kraftschlüssig mit dem Gebirge verbundene Verrohrung an. Diese Koppelung ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante zweifach ausgelegt, zum einen mechanisch, vorzugsweise mittels Federscheiben und zum anderen magnetisch, z.B. mit Permanentmagnetscheiben. Zusätzlich kann ein Gleitflüssigkeitsfilm appliziert werden, der vorab die Verrohrung vollkommen entstaubt und zusätzlich die Koppelung Sensor-Rohr verbessert. Diese Massnahmen ergeben in jeder Situation eine kraft schlüssige Kopplung zwischen Sensor und Verrohrung und damit zum Gebirge.

Nach Abschluss einer seismischen Messung kann die Aufnehmervorrichtung wieder herausgezogen und für weitere Messungen verwendet werden, während die Verrohrung im Bohrloch verbleibt.

Es hat sich gezeigt, dass die oben beschriebene Ausführung in den verschiedensten Gebirgsformationen (Fest- und Lockergestein) unproblematisch eingesetzt werden kann und störungsfreie seismische Signale liefert.

Die Aufnehmervorrichtung besteht aus zwei oder mehreren Sensorgruppen, die jeweils pro Raumrichtung einen entsprechenden ausgerichteten Sensor aufweisen. Hierdurch kann das seismische Wellenfeld am Aufnehmerort räumlich voll erfasst werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die Signale mehrerer Sensorgruppen addiert, wodurch sich einerseits das Nutzsignal verstärken lässt und Störsignale, welche sich entlang der Verrohrung ausbreiten, abgeschwächt werden.

Die Kopplung zwischen Sensoren und Rohr erfolgt zweifach, mechanisch und magnetisch; die Aufnehmervorrichtung selbst und die Sensorgruppen untereinander sind durch geeignete Massnahmen jedoch akustisch entkoppelt. Hierdurch werden Eigenresonanzen der Sensorgruppen bzw. Störsignalübertragungen entlang der Aufnehmervorrichtung selbst wirksam unterdrückt. In einer bevorzugen Ausführungsform sind die verwendeten Sensoren Akzelerometer.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand technischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Aufnehmerbohrung mit Verrohrung
Fig. 2 Aufnehmervorrichtung in der Verrohrung eingeschoben

Fig. 1 zeigt eine Aufnehmerbohrung 1 mit einzementierter Verrohrung 3, hier mit rechteckigem Querschnitt dargestellt. Die Gebirgsformation 2 ist als Block angedeutet. Das Rohr 3 mit den Versteifungsrippen 4 ist mit Zement 6 kraftschlüssig mit dem Gebirge 2 verbunden. Das Rohr ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante mit einer Spitze 5 versehen. Dies erleichtert das Einbringen des Rohres besonders bei instabilen Aufnehmerbohrungen.

In der Fig. 2 ist ein Teil einer Aufnehmervorrichtung 7 dargestellt, welche eine Sensorgruppe 8 mit den darin eingebauten Sensoren 11 zeigt. Die Sensoren 11 sind mit einer mechanischen Kopplung 13, hier als Federscheibe ausgeführt, und einer magnetischen Kopplung 12, hier als Magnetscheibe dargestellt, mit dem Rohr kraftschlüssig verbunden. Mit geeigneten Mitteln, z.B. Gummiringen 15, werden die Sensoren 11 von der Sensorgruppe 8 akustisch entkoppelt. Auf gleiche Art werden die Sensorgruppen 8, welche mit Verbindungselementen 14 verbunden sind, akustisch entkoppelt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Aufnehmervorrichtung 7 an ihrem vorderen Ende (Fuss) zusätzlich mit Filzscheiben (16) ausgestattet, die neben einer Reinigung (Entstaubung) der Verrohrung 3 dazu dienen, eine Gleitflüssigkeit, u.a. zur optimalen Kopplung aufzubringen.

Die Aufnehmervorrichtung 7 besteht aus zwei oder mehreren Sensorgruppen 8, die durch Verbindungselemente 14 miteinander verbunden sind. In diesen Verbindungselementen 14 sind auch die Kabel 17 zur Übertragung der elektrischen Signale verlegt. Das hintere Ende der Aufnehmervorrichtung beinhaltet den Kopf mit einer Buchse, an welche die Kabel 17 angeschlossen sind (nicht dargestellt).

Bezugszeichen-Liste

1. Aufnehmerbohrung
2 Gebirge
3 Verrohrung
4 Versteifungsrippen
5 Spitze der Verrohrung
6 Zement
7 Aufnehmervorrichtung
8 Sensorgruppe
11 Sensor
12 Koppelung, magnetisch
13 Koppelung, mechanisch
14 Verbindungselemente
15 Entkoppelungsvorrichtung
16 Reinigungsfilz
17 Verbindungskabel

Claims

1. Aufnehmervorrichtung zur Aufnahme von seismischen Signalen, wobei die Aufnehmervorrichtung (7) nach erfolgter Messung wiederverwendet werden können soll, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnehmervorrichtung (7) aus zwei oder mehreren Sensorgruppen (8) besteht, die mindestens einen oder zwei oder jeweils pro Raumrichtung einen entsprechend ausgerichteten Sensor (11) aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorgruppen (8) untereinander akustisch entkoppelt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Vorrichtung aufgenommenen Signale im Frequenzbereich > 200 Hz liegen und dass die Sensoren (11) zur Aufnahme der Signale Beschleunigungsaufnehmer, sogenannte Akzelerometer sind.

4.

Verwendung der Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 1 zur Aufnahme von seismischen Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnehmervorrichtung (7) in eine mit einem Rohr (3) verrohrte Aufnehmerbohrung (1) eingeschoben wird, sich kraftschlüssig mit dieser Verrohrung (3) verbindet, um so eine optimale Ankopplung zu gewährleisten, und nach erfolgter Messung aus dem Rohr (3) wieder herausgezogen werden kann, um sie erneut wiederzuverwenden.

5. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Aufnehmervorrichtung (7) und Verrohrung (3) mechanisch, vorzugsweise mittels Federscheibe und/oder magnetisch, vorzugsweise mittels Magnetscheibe erfolgt.

6. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschieben der Aufnehmervorrichtung (7) zusätzlich eine Gleitflüssigkeit appliziert wird.

7.

Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnehmerbohrung (1) im Querschnitt einen minimalen Durchmesser, vorzugsweise 32-35 mm, aufweist.

8. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verrohrung das Rohr (3) in die Aufnehmerbohrung (1) einzementiert ist und einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrohrung (3) ein dünnwandiges Stahlrohr ist.

10. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rohroberfläche (3) zusätzlich Versteifungsrippen (4) angebracht werden.