Устройство для приема сейсмических волн и способ его соединения с твердой средой

1 Область техники Настоящее изобретение касается устройства для приема сейсмических волн, включающего в себя гидрофон и/или геофон, а также способ его (их) соединения с твердой средой, такой как подпочва. Устройство может быть использовано при эксплуатации или сейсмическом наблюдении за подземным пластом. Предшествующий уровень техники Известно, что наблюдение за изменениями,происходящими в течение длительного времени в полости, возникающей во время производства,идет ли речь о месторождении углеводородов или о полости скопления газа или различных веществ, производят с помощью сейсмической системы, содержащей импульсный источник или сейсмический вибратор, посылающий гибкие волны в землю, и устройство приема, включающее улавливающие датчики, размещенные на поверхности или в скважинах и связанные с наблюдаемым пластом, которое улавливает волны, отраженные от областей нарушения сплошности, и регистрируют их, чтобы сформировать отражающие сейсмограммы. В определенные интервалы времени производят сейсмическое исследование, чтобы путем сравнения определить изменения, происшедшие в полости в результате эксплуатации. В качестве сейсмических улавливающих датчиков используют обычно геофоны, связанные с пластом, расположенные на поверхности или в скважинах. Геофоны могут быть опущены в скважины на кабеле или прикреплены к трубе и прочно присоединены к стенке скважины с помощью шарнирных контактных пластин или пружин. Их можно также опускать в скважины прикрепленными снаружи к желобу и залитыми цементом, нагнетаемым в кольцеобразное пространство между желобом и стенкой шахты. Геофоны могут также быть установлены в скважине, пробуренной специально для этого и заполненной цементом. Известно также использование гидрофонов, которые связаны с пластом через жидкости,заполняющие скважины. Различные системы сейсмического наблюдения в течение длительного времени описаны,например, в патентах ЕР 591 037 (US 5 461 594),FR 2 593 292 (US 4 775 009), FR 2 728 973 (US 5 724 311), FR 2 775 349 или US 4 534 020. Использование в комбинации геофона 1 и гидрофона 2 в одном и том же месте имеет важные преимущества, когда речь идет о разделении сейсмических волн 3, 4, распространяющихся по одной прямой, но в противоположных направлениях по отношению друг к другу (фиг. 1). В самом деле, геофон 1 измеряет проекцию на ось геофона вектора скорости частиц разрабатываемой среды под действием волн, а гидрофон 2 - давление. В однородной среде 5, где 2 скорость распространения постоянна, эти две величины связаны уравнением где Р - давление,z - полное сейсмическое сопротивление среды, - коэффициент, равный +1 или -1, в зависимости от направления распространения волны,V - скорость частицы на оси, параллельной направлению ее распространения, - угол между осью геофона и направлением распространения волны. При проведении вертикальной сейсмической разведки (PSV) вдоль скважины располагают улавливающие датчики, распознающие одновременно нисходящие и восходящие волны. Известно, что при использовании соединений геофонов и гидрофонов, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль скважины, можно легко разделить волны двух типов при помощи линейной комбинации мер скорости и давления согласно уравнениям Сейсмограммы на фиг. 2 А, 2 В соответствуют данным, зарегистрированным в вертикальной скважине соответственно геофоном (данные о скорости V) и гидрофоном (данные о давлении Р). Сейсмограммы на фиг. 2 С, 2D относятся соответственно к разности (P-V) и к сумме (P+V). Данные V и Р относятся оба к восходящим волнам (М) и к нисходящим волнам (D), их разность относится только к нисходящим волнам(фиг. 2D). На практике это разделение волн путем комбинированного использования гидрофонов и геофонов характеризуется сложностью соединения гидрофонов со средой. При проведении измерений в скважине соединение гидрофонов с пластами происходит через грязь, заполняющую скважину, что оказывает плохое влияние, т.к. такое соединение представлено непосредственно грязевыми волнами,амплитуда которых значительно превышает амплитуду волн, распространяющихся в среде. Краткое изложение существа изобретения Предложенные устройство и способ соединения позволяют очень эффективно соединять гидрофоны и/или геофоны со средой, избегая влияния помех, связанных, в применении к сейсмическим характеристикам скважины, с их погружением непосредственно в грязь. Устройство для приема сейсмических волн согласно изобретению содержит, по меньшей мере, один гидрофон, одну закрытую оболочку с гибкой мембраной, наполненную жидкостью,предназначенную для плотного соединения со средой обязательно всей своей поверхностью, в которую погружают гидрофон, оболочка закры 3 та с одного конца герметичной пробкой, снабженной герметичным отверстием для прохода кабеля, соединяющего гидрофон со средствами приема сигналов. Устройство для приема может также включать, по меньшей мере, один гидрофон, который соединяется со средой, соприкасающейся с закрытой оболочкой, содержащей гидрофон, которую соединяют с устройством для приема сигналов. Геофон и/или гидрофон в закрытой оболочке могут быть плотно соединены с отвердевающим материалом, таким как цемент, между ними и впадиной, образованной в среде. Способ согласно изобретению позволяет соединять устройство для приема сейсмических волн, включающее, по меньшей мере, один гидрофон с твердой средой, такой как подпочва, в которой образована впадина, позволяющая поместить его в среду. Гидрофон помещают в закрытую оболочку с гибкой мембраной, заполненную жидкостью, которая закрыта с одного конца герметичной пробкой, снабженной герметичным проходом для кабеля, соединяющего гидрофон с прибором для приема сигналов, и соединяют всю гибкую мембрану оболочки со средой путем нагнетания в полость вокруг оболочки отверждающегося материала, такого как цемент. Можно также соединить со средой с помощью того же отверждающего материала, по меньшей мере, один геофон, расположенный рядом с оболочкой, содержащей гидрофон. Устройство для приема располагают в пространстве между скважиной и трубой, опущенной в скважину, и соединяют со средой путем нагнетания материала, по меньшей мере, в часть этого пространства. Краткое описание чертежей В дальнейшем изобретение поясняется описанием примера воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, где фиг. 1 изображает диаграммы прохождения гибких волн в подземном пласте согласно изобретению; фиг. 2A-2D - примеры сейсмограмм, сформированных из полученных сигналов через улавливающие датчики скорости или геофоны(фиг. 2 А), через улавливающие датчики давления или гидрофоны (фиг. 2 В), через вычитание данных о сигналах скорости и давления (фиг. 2 С) и через суммирование этих же сигналов(фиг. 2D), согласно изобретению; фиг. 3 - пример соединения гидрофона со средой согласно изобретению. Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения Способ соединения, используемый для соединения одного или нескольких гидрофонов 2 устройства сейсмического приема сигнала от твердой среды 5, такой как подпочва, заключается в том, что гидрофон 2 помещают в закрытую оболочку 7 с гибкой мембраной, заполненную полностью жидкостью 8, которую плотно 4 соединяют со средой. Оболочка 7 или карман содержит отверстие, через которое вводят гидрофон 2 и жидкость 8. Герметичная пробка 9,например уплотненный кабельный ввод, изолирует изнутри оболочку 7. В пробке 9 предусмотрен герметичный проход 6 для жидкости,предназначенный для связующего электрического кабеля 10 или для гидрофонов к внешнему прибору Е приема сигналов, расположенному,например, на поверхности. Устройство приема может быть соединено со средой 5 путем заполнения пространства 6,куда помещают оболочку 7. Предпочтительно оболочку 7 соединяют со средой 5, заполняя ее вокруг твердым материалом 11, который может быть либо грунтом, либо затвердевающим материалом, например цементом. Оболочка 7 должна быть достаточно маленькой, чтобы ее можно было поместить в предусмотренное пространство, и достаточно большой, чтобы активная часть гидрофона полностью контактировала с жидкостью. Предпочтительно с гидрофоном 2 в оболочке 7 совмещать геофон 1, который также соединяют с прибором Е приема и со средой через соединительный материал 11. Сейсмограммы, приведенные на фиг. 2A2D, получены с помощью устройства, содержащего один геофон и один гидрофон. Пространство 6, куда помещено устройство, может представлять собой отверстие или скважину, предназначенную только для установки улавливающих датчиков, или предпочтительно кольцевое пространство вокруг трубы,опущенной в скважину, например трубу водонепроницаемой крепи, служащей для разработки месторождений или подземных полостей. Погружение оболочки в землю при помощи наполняющего материала, а именно с помощью цементного скоса, позволяет получить плотное соединение гидрофона и/или геофона с пластом, не подвергая непосредственно гидрофон воздействию мощных волн в трубе, проходящих через жидкости в скважинах. Устройство помогает поместить датчики на расстоянии от поверхности и изолировать их от поверхностных шумов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для приема сейсмических волн, исходящих из твердой среды (5), такой как подпочва, содержащее, по меньшей мере, один гидрофон (2), размещенный во впадине (6) среды и соединенный с ней, отличающееся тем, что содержит закрытую оболочку (7) с гибкой мембраной, предназначенной для плотного соединения со средой точно по всей поверхности, и заполнения жидкостью (8), в которую помещается гидрофон (2), оболочка (7) закрыта с одного конца герметичной пробкой (9), снабженной герметичным проходом (10) для кабеля, соеди 5 няющего гидрофон (2) со средствами (Е) приема сигналов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что закрытую оболочку (7), содержащую гидрофон (2), плотно соединяют со средой путем подачи отверждающего материала, такого как цемент. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем,что содержит, по меньшей мере, один геофон(1), соединенный со средой рядом с закрытой оболочкой (7), содержащей гидрофон (2), и соединенный со средством (Е) для приема сигналов. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем,что геофон (1) и закрытая оболочка (7), содержащая гидрофон (2), плотно соединены со средой посредством отверждающего материала(11), такого как цемент. 5. Способ соединения устройства для приема сейсмических волн, содержащего, по меньшей мере, один гидрофон (2), с твердой средой (5), такой как подпочва, в которой сформировано углубление, отличающийся тем, что(7) с гибкой мембраной, заполненную жидкостью (8), закрытую с одного конца герметичной пробкой (9), снабженной герметичным проходом для кабеля (10), посредством которого соединяют гидрофон с прибором (Е) для приема сигналов и соединяют точно всю поверхность оболочки (7) со средой путем нагнетания в углубление вокруг оболочки (7) отверждаемого материала, такого как цемент. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что,по меньшей мере, один геофон (1), размещенный рядом с оболочкой (7), содержащей гидрофон (2), соединяют со средой с помощью того же отверждаемого материала. 7. Способ по любому из пп.5 или 6, отличающийся тем, что помещают устройство для приема в пространство между скважиной и трубой, опущенной в скважину, и соединяют его со средой, нагнетая материал, по меньшей мере, в одну часть этого пространства.