Запропоновано алгоритм корекції швидкісного закону за даними непродольного вертикального сейсмічного профілювання. Розглянуто моделі помилок у визначенні статичних поправок, показано, що даний алгоритм дозволяє мінімізувати вплив похибки визначення статичних поправок і тим самим підвищити точність оцінки інтервальних швидкостей.

Анотація наукової статті з наук про Землю і суміжних екологічних наук, автор наукової роботи - Степанов Дмитро Юрійович, Речкин Максим Сергійович


OF BROADSIDE VERTICAL SEISMIC PROFILING Algorithm of velocity profile correction by the data of broadside vertical seismic profiling has been proposed. The models of errors in defining static corrections were considered: it was shown that this algorithm allows minimizing the influence of error in defining static corrections and so increasing the accuracy of estimating interval velocities.


Область наук:
  • Науки про Землю та суміжні екологічні науки
  • Рік видавництва: 2009
    Журнал: Известия Томського політехнічного університету. Інжиніринг ГЕОРЕСУРСИ
    Наукова стаття на тему 'Корекція швидкісного закону за даними непродольного вертикального сейсмічного профілювання'

    Текст наукової роботи на тему «Корекція швидкісного закону за даними непродольного вертикального сейсмічного профілювання»

    ?Дю. При ДПФ для зменшення кроку за частотою необхідно збільшувати тривалість сигналу. У такій ситуації аналізований ділянку сейсмотрасси може бути доповнений нулями. Однак значення ФЧХ в цьому випадку будуть корельованими. Кор-релірованность значень ФЧХ, як показано вище, призведе до зміни вагових коефіцієнтів в алгоритмах обробки, які на практиці знайти складно. Однак, з огляду на, що сама процедура обробки не змінюється, перехід до алгоритмів з рівноважної обробкою дозволяє уникнути труднощів, що виникли і отримати оцінки тимчасового положення сигналів з досить високою точністю.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Іванченков В.П., Кочегура А.І. Визначення тимчасового положення сейсмічних сигналів за оцінками їх фазочастотних характеристик // Геологія і геофізика. - 1988. - № 9. -С. 77-83.

    2. Іванченков В.П., Вилегжаніна О.М., Орлов О.В., Кочегура А.І. Методи фазочастотного аналізу хвильових полів та їх застосування в задачах обробки даних сейсморозвідки // Известия Томського політехнічного університету. - 2006. -Т 309. - № 7. - С. 65-70.

    3. Іванченков В.П., Кочегура А.І. Фазочастотную алгоритми оцінки місця розташування просторово-часових сигналів в умовах апріорної невизначеності // Известия вищих навчальних закладів. Фізика. - 1995. - Т. 38. - № 9. -С. 100-104.

    4. Пошук, виявлення і вимірювання параметрів сигналів в радіонавігаційних системах / Под ред. Ю.М. Казарінова. -М .: Радянське радіо, 1975. - 296 с.

    При проведенні сейсморозвідувальних робіт методом вертикального сейсмічного профілювання (ВСП) швидкості поздовжніх хвиль оцінюють за часом першого вступу на спостереження хвильовому поле з ближнього пункту збудження (ПВ) [1, 2]. Так як аналіз проводиться по одне-

    Проведений аналіз способів розгортання ФЧХ показав, що кожен з них поряд з незаперечними перевагами, має і недоліки. В цілому, перевагу слід віддати методу Шафера, т. К. Він простий в реалізації, а виникаючі похибки при розгортанні ФЧХ в аналізованої смузі частот можна контролювати шляхом аналізу вихідного запису.

    Таким чином, фазочастотную методи забезпечують досить високу точність оцінок тимчасового положення сигналів навіть при наявності кореляції в вибірці ФЧХ сейсмічної записи.

    5. Долгополов Д.В., Пасторів А.І. Про поділ двох накласти імпульсів // Застосування ЕОМ в сейсмологічної практиці. Методичні роботи ЕССН. - М .: Наука, 1985. -С. 86-91.

    6. Кочегура А.І., Бистров В.М. Визначення тимчасового положення складних сигналів в середовищі з дисперсією і поглинанням // Известия вищих навчальних закладів. Радіоелектроніка. -2002. - Т. 45. - № 3-4. - С. 50-54.

    7. Гольдін С.В. Зсув нулів і екстремумів сейсмічних сигналів під впливом перешкод // Геологія і геофізика. -1964. - № 10. - С. 130-144.

    8. Tribolet J.M. A new phase unwrapping algorithm // IEEE Transaction on acoustics, speech and signal processing. - 1977. - V. 25 (2). - P. 170-177.

    Надійшла 13.11.2009 р.

    кратному спостереження, отриманого за допомогою перестановки приймачів і багаторазового порушення, і наблюденное поле ускладнене перешкодами, оцінка інтервальних швидкостей зазвичай володіє значними погрішностями. Наступні процедури обробки полів ВСП (приведення

    УДК 550.8.053: 519.2

    КОРЕКЦІЯ ШВИДКІСНОГО ЗАКОНУ ЗА ДАНИМИ НЕПРОДОЛЬНОГО вертикального сейсмічного ПРОФІЛІЗАЦІЇ

    Д.Ю. Степанов, М.С. Речкин

    Томський політехнічний університет E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Запропоновано алгоритм корекції швидкісного закону за даними непродольного вертикального сейсмічного профілювання. Розглянуто моделі помилок у визначенні статичних поправок, показано, що даний алгоритм дозволяє мінімізувати вплив похибки визначення статичних поправок і тим самим підвищити точність оцінки інтервальних швидкостей.

    Ключові слова:

    Вертикальне сейсмічне профілювання, інтервальні швидкості, статична поправка.

    Key words:

    Vertical seismic profiling, interval velocities, static correction.

    поля до вертикалі, побудова тимчасових і глибинних розрізів і т. п.) пред'являють підвищені вимоги до використовуваного швидкісного закону. Тому на практиці інтервальні швидкості не застосовують, а використовують пластові швидкості, отримані шляхом усереднення інтервальних швидкостей або з усереднених часів по глибині. Тим самим підвищується точність швидкісного закону, але втрачається дозволяння. Поліпшення якості оцінки без втрати дозволеності можна домогтися шляхом розробки алгоритму корекції швидкостей, що враховує результати спостережень не тільки з ближнього ПВ (поздовжнє ВСП), але і з віддалених ПВ (непродольное ВСП) [1].

    Система спостережень прямого ВСП складається з каротіруемой свердловини, пунктів прийому (ПП) і пунктів збудження (рис. 1). Пункти прийому розташовуються в свердловині на глибинах К1, Н2, ..., Ня. Пункти вибуху виносять на відстані від каротіруемой свердловини і закладають в неглибоку свердловину (8-15 м). При видаленні ПВ значно більших, ніж глибиною забою свердловини, пункт збудження називають ближнім, інші - віддаленими.

    При первинній обробці матеріалів ВСП здійснюють введення статичної поправки, що дозволяє отримати сейсмограму ВСП для однакових умов збудження [2]. Визначення величини поправки здійснюється за попереднім записом контрольного каналу і в ряді випадків не враховує всі зміни в системі спостережень. Виходячи з цього, наблюденное час приходу прямої поздовжньої хвилі можна записати як:

    Г (Н) =? (К) + Д / (К), (1)

    де? н (К) - наблюденное час,? (К) - теоретичне час приходу хвилі, Д (К) - величина, що визначає відхилення наблюденного часу від теоретичного, в загальному випадку має випадковий характер. Нехай величина Д / (К) подана в вигляді: Д1 (Н) = х (Н) +8 (Н), де т (К) - помилка введення статичної поправки, 8 (Н) - випадкова величина з нульовим математичного-

    ським очікуванням, обумовлена ​​помилками вимірювань. Далі будемо вважати, що т (К) не залежить від глибини До.

    Розглянемо проведення ВСП з М пунктами збудження, віддаленими від свердловини на відстані: Ьь Ьг, ..., ьм, і N пунктами прийому. Нехай в результаті отримано М спостережених часів перших вступів прямих поздовжніх хвиль, які відповідно до (1) можна записати у вигляді:

    ?кв (К) = 1к (К) + тк, к = 1,2, ..., М, де? к (К) - теоретичне час приходу на глибину До с ь к-го ПВ, тк - помилка у визначенні статичної поправки для к-го ПВ.

    Для аналізу помилок статичних поправок будемо використовувати матрицю невязок спостережених даних і прийнятої швидкісної моделі середовища. Побудова такої матриці пропонується проводити за наступною схемою:

    1.

    2.

    Вирішується зворотне завдання: розраховуються швидкісні закони Їм для кожного пункту збудження по наблюденним часів перших вступів [3].

    Швидкісний закон V приймається як базовий (/ = 1).

    Вирішується пряме завдання, використовуючи базовий закон: знаходяться теоретичні часи? К (К) для всіх пунктів збудження.

    В / -й стовпець матриці Т записуються величини, що визначаються виразом

    Т, = Ni ^ ред ^&)], I = 1,2,

    N п = 1

    - середні невязки наблюденного і теоретичного часу для к-ого ПВ.

    5. Пункти 2-4 повторюються, в припущенні істинності інших швидкісних законів.

    Матрицю невязок Т можна використовувати для корекції спостережених часів і, відповідно, швидкісних законів з різних ПВ. Для цього пропонується наступна послідовність дій:

    ПВ4

    / а.

    \? 4

    ПВ \

    &

    ??1

    ПВ5

    /

    /

    /

    /

    /

    /

    ь

    3

    ПВ3

    Ж '

    ь

    ПВ2

    Мал. 1. Приклад схеми розташування ПВ при проведенні ВСП

    3

    1. Розраховується матриця нев'язок Т по наблюденним часів.

    2. Вибираються 2 шпальти і АШх матриці Т за наступними критеріями

    Ап1ах = а * е тах

    Ае [1, М]

    1 М

    -ет

    М -1 ?

    ?* до

    1 М

    м -1?

    3. Знаходяться скориговані спостережені часи:

    ?до "<ЦИТЬ) (К) =? К "(К) - ТкАш | п,

    ?кН<1ШК) (К) = 4 "(К - ТкАшах, і за скоригованими часів розраховуються нові матриці невязок: Т ^ і Тшах.

    4. З вибраних стовпців АШП і Ашах вибирається той, використання якого при корекції часів призводить до меншої нормі матриці Т. За норму || 7Ц можна прийняти середнє значення модулів елементів матриці.

    5. Корекція часів (пункти 2-4) відбувається до виконання одного з двох умов:

    • умова досягнення необхідної норми: || ТЦ<?, де е - поріг;

    • умова неефективності подальших ітерацій: || Т) || - || Т) -1 ||>0, де Т - матриця нев'язок, розрахована на у-ой ​​ітерації.

    В результаті виконання вищеописаного алгоритму, оцінки інтервальних швидкостей за скоригованими часів міститимуть лише помилку, обумовлену помилками вимірювання часу першого вступу. Для анизотропной і горизонтально-шаруватого середовища слід очікувати, що дані оцінки є незміщеними. Тому корекція швидкісного закону може бути виконана за рахунок усереднення по ансамблю:

    1 М

    докір (І) = -Еук ° р (І),

    Мк = 1

    де Уккор (Н) - інтервальна швидкість, розрахована за скоригованим часу до-го ПВ.

    Даний алгоритм використаний і апробований на модельних матеріалах. Параметри моделей вибиралися з умов проведення робіт ВСП на території Західного Сибіру, ​​а в якості швидкісного закону обрані інтервальні швидкості, отримані на реальних матеріалах однієї зі свердловин Томської області (далі - модельна швидкість). Система спостереження задавалася вертикальної свердловиною з глибиною забою 3220 м, розстановкою сейсмоприемников рівномірно по глибині з кроком 10 м і п'ятьма пунктами збудження з вилученнями від гирла свердловини на відстані: Х1 = 150 м, Х2 = 500 м, Х3 = 1000 м, Х5 = 1500 м.

    На першому етапі проводилися дослідження алгоритму оцінки швидкісного закону з метою визначення впливу помилок введення статичних поправок і видалення ПВ. Теоретичні часи? К (К) розраховувалися за модельним швидкостям, а спостережені часи? Н (К) згідно (1) [3]. На рис. 2, а, представлені графіки похибок інтервальних швидкостей при різних помилках в статичних поправках і постійному видаленні ПВ Х = 500 м. На рис. 2, б, представлені похибки інтервальних швидкостей для різних вилучень ПВ при однаковій помилку в статичної поправці т = 8 мс. Як видно з результатів експерименту помилки у визначенні статичної поправки призводять до нелінійного спотворення інтервальних швидкостей. Найбільші відхилення спостерігаються у верхній частині розрізу і посилюються зі зменшенням видалення ПВ, а з глибиною вплив статичних поправок в середньому зменшується.

    На другому етапі досліджень ставилося завдання перевірки працездатності алгоритму корекції спостережених часів на різних моделях помилок введення статичних поправок. Помилка вво-

    Відхилення, м / с Відхилення, м / с

    а б

    Мал. 2. Відхилення оцінок інтервального швидкості від модельної швидкості в залежності від: а) величини т; б) видалення ПВ

    да статичної поправки визначалася згідно табл. 1 для кожного ПВ і моделі помилки.

    Таблиця 1. Моделі помилок введення статичних поправок

    № моделі помилки Помилка в статичних поправках для ПВ, мс / Середнє відхилення оцінок швидкостей, м / с

    L1 L2 Lз L4 L5

    1 4/130 0/0 0/0 0/0 0/0

    2 0/0 4/72 4/37 4/31 4/25

    3 4/130 -4/72 0/0 -4/31 4/25

    4 -4/130 -4/72 0/0 -4/31 -4/25

    5 0/0 -2/35 8/73 -2/15 -4/25

    6 2/66 -2/35 4/37 -8/64 4/25

    Відхилення скоригованих часів, мс

    L1 L2 Lз і і5

    1,8 -2 2,4 -2,5 2,8

    Швидкість, м / с

    1400 1600 1800

    § 200 <в

    § 250

    I

    З 300

    ?

    | Модельна -Результірующая Усереднена Интервальная ПВ1

    Мал. 3. Модельна і інтервальні швидкості

    На третьому етапі досліджувалася стійкість алгоритму корекції швидкісного закону. Випадкова величина 8 (Н) задавалася датчиком випадкових чисел з рівномірним законом розподілений-

    ня на інтервалі [-0,5; 0,5] мс. Прийнята модель помилок введення статичних поправок представлена ​​в табл. 3.

    Таблиця 3. Модельні помилки в оцінці статичних поправок

    Помилка в статичних поправках для ПВ, мс / Среднеквадратическая помилка оцінок швидкостей, м / с

    і А і-3 А А5

    16/29 24/14 12/2 18/25 0/21

    В результаті використання алгоритму корекції спостережених часів для моделей № 1-5 вдалося скорегувати часи з точністю алгоритму розв'язання прямої задачі [3]. Таким чином, розроблений алгоритм дозволяє скорегувати спостережені часи при відсутності помилок хоча б в одному з спостережених часів. В шостої моделі закладено умову наявності помилок введення статичної поправки в розрізи всіх ПВ. Для даної моделі досягти обчислювальної точності не вдалося, однак для віддалених ПВ вдалося зменшити відхилення спостережених часів від теоретичних (табл. 2).

    Таблиця 2. Похибки корекції часів для моделі № 6

    На рис. 3 показані графіки модельної швидкості, усередненої оцінки інтервальних швидкостей до корекції і результуючого швидкісного закону (усереднення після корекції) у верхній частині розрізу. На рис. 4 наведені графіки відхилень розрахункових швидкостей від модельної. Усереднення оцінок швидкостей без корекції спостережених часів призводить до отримання зміщеною оцінки. З малюнків видно, що після корекції спостережених часів за допомогою представленого алгоритму результуюча швидкість є несмещенной оцінкою.

    Відхилення, м / с -100 -60 -20 20 60 100

    200

    250

    I 3

    I

    З 300

    усередненої Результуючою

    Мал. 4. Відхилення оцінок швидкостей від модельної швидкості

    Таким чином, постійне відхилення спостережених часів від теоретичних тягне зміщення оцінки швидкісного закону. Випадкове відхилення часів тягне за собою випадкову неоднорідну помилку оцінювання швидкості. Неоднорідність даної помилки обумовлена ​​рекурентним алгоритмом оцінки швидкостей [3]. Розроблений алгоритм корекції спостережених часів дозволяє мінімізувати вплив помилки введення статичної поправки і, тим самим, отримати незсунені оцінки інтервальних швидкостей, а алгоритм корекції швидкісного закону - зменшити розкид швидкості, обумовлений випадковою величиною 8 (Н).

    0

    50

    2000

    0

    50

    350

    100

    400

    150

    450

    500

    350

    400

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Гальперін Є.І. Вертикальне сейсмічне профілювання. 2-е изд., Доп. і перераб. - М .: Недра, 1982. - 344 с.

    2. Сейсморазведка. Довідник геофізика / Под ред. І.І. Гур-вича, В.П. Номоконова. - М .: Недра, 1981. - 464 с.

    3. Речкин М.С. Алгоритм оцінки швидкісного закону за даними ВСП // Молодь і сучасні інформаційні технології: СБО. праць VII Всеросс. науково-практ. конф. студентів, аспірантів і молодих вчених - Томськ, 25-27 лютого 2009. -

    Ч. 1. - Томськ: Вид-во «СПб Графікс», 2009. - С. 179-180.

    надійшла 29.10.2009

    УДК 622.276.05-192: 519.6

    АНАЛІЗ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ РУХОВОЇ СЕКЦІЇ гвинтові забійні ДВИГУНА В ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСІ ANSYS

    К.В. Сизранцева, В.А. Арішин

    Тюменський державний нафтогазовий університет, м Тюмень E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Проведено прочностной кінцево-елементний аналіз рухової секції гвинтового забійного двигуна в програмному комплексі ANSYS. Докладно описані всі етапи аналізу. Наведено результати оцінки напружено-деформованого стану ротора і статора, а також картини розподілів контактних тисків між ними, необхідні для оцінки працездатності двигуна. Показано зміну розподілів контактних тисків для двигунів із зношеним статором, що приводить до порушення умови герметичності робочих камер.

    Ключові слова:

    Гвинтовий забійний двигун, комп'ютерний аналіз, метод кінцевих елементів, ANSYS, напружено-деформований стан, контактні тиску.

    Key words:

    Screw downhole motor, computer analysis, finite element method, ANSYS, stress-strain state, contact pressures.

    Буріння свердловин необхідно для вивчення геологічної структури і властивостей гірських порід, а також для видобутку рідких і газоподібних корисних копалин. Процес буріння полягає в поступовому поглибленні ствола свердловини шляхом руйнування гірських порід долотом з одночасним винесенням рідиною або газом вибуренной породи по затрубному простору на поверхню.

    Гвинтові забійні двигуни (ВЗД) відіграють помітну роль в буровій техніці і технології останніх десятиліть. З ускладненням останнім часом бурових робіт і робіт по ремонту свердловин (горизонтальне буріння, розбурювання додаткових стовбурів в пробуреної свердловини) і використанням технологій із застосуванням гнучкої труби, роль гвинтових забійних двигунів через своїх унікальних характеристик постійно зростає [1].

    Унікальність характеристик ВЗД полягає в тому, що при своїй простоті конструкції і відносно невеликих розмірах вони володіють високим крутним моментом на низьких оборотах, а це необхідно для більш якісного та економічно вигідного буріння. До того ж ВЗД мають високий ККД у порівнянні з іншими гідравлічними двигунами.

    При всіх своїх перевагах гвинтові забійні двигуни мають один суттєвий недолік - швидким зносом робочих органів і, відповідно, недостатньо великим ресурсом роботи.

    Конструкція двигуна передбачає кілька основних частин: рухова секція, шпиндельная секція, переливної клапан, гнучкий вал, перевідники.

    Рухова секція складається з ротора і статора, поперечні перерізи яких зображені на рис. 1. Сталевий статор має всередині прівулкані-зірованним гумову обкладку з гвинтовими зубами, на сталевому роторі нарізані зовнішні зуби, причому число зубів ротора на одиницю менше числа зубів статора. Спеціальний профіль зубів ротора і статора забезпечує безперервний контакт між собою, утворюючи на довжині кроку статора поодинокі робочі камери [2].

    Ротор, здійснюючи планетарний рух, повертається за годинниковою стрілкою, в той час як геометрична вісь ротора переміщається щодо осі статора проти годинникової стрілки. За рахунок різниці в числах зубів ротора і статора переносний рух редукується в абсолютне з передавальним числом, що дорівнює кількості зубів ротора, що забезпечує знижену частоту обертання і високий крутний момент на виході.


    Ключові слова: вертикальне сейсмічне профілювання / інтервальні швидкості / статична поправка / vertical seismic profiling / interval velocities / static correction

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити