погружной источник сейсмических колебаний
Классы МПК: | G01V1/135 путем деформации или смещения огражденных поверхностей G01V1/52 конструктивные элементы |
Автор(ы): | Майоров В.В., Солодилов Л.Н., Ваншельбойм Б.Г., Кастанов А.С., Прокопенко Ю.Д., Бронштейн В.Б., Корчаков В.Ф. |
Патентообладатель(и): | Центр региональных геофизических и геоэкологических исследований ГЕОН им. В.В. Федынского |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-04-19 публикация патента:
27.03.2001 |
Изобретение относится к геофизической технике, а именно к вибрационным источникам сейсмических колебаний, погружаемым в скважину или другую выработку в геологической среде. Погружной источник содержит излучатель, содержащий тупиковую магистраль, состоящую из одной или нескольких последовательно соединенных секций, каждая из которых включает в себя способный к радиальному расширению упругий рукав с концевыми нерасширяющимися частями. Входная часть магистрали излучателя присоединена к концевой части линии подачи энергоносителя. Упругий рукав в каждой секции излучателя охвачен составной обоймой, содержащей рабочую поверхность и внутреннюю контактную поверхность. Обойма образована двумя или более колодками, способными к поперечному перемещению относительно центральной оси упругого рукава. Каждая колодка выполнена в виде сектора полого кругового цилиндра или части этого сектора, каждая из двух продольных боковых сторон которой ограничена плоской поверхностью, параллельной соответствующей ей радиальной плоскости указанного сектора. Толщина обоймы на участке между ее рабочей и внутренней контактной поверхностями составляет не менее половины величины наружного диаметра упругого рукава. Плоские поверхности продольных боковых сторон колодки равноудалены от соответствующих им радиальных плоскостей указанного сектора, а плоскости продольной симметрии рабочей поверхности колодки и ее внутренней контактной поверхности совпадают друг с другом. Колодки каждой обоймы излучателя связаны с концевой частью линии подачи энергоносителя промежуточными звеньями с ограничением возможности осевого перемещения колодок в направлении, противоположном указанной концевой части. Предусмотрены соотношения между размерами колодок обоймы, диаметром скважины, упругого рукава. Технический результат: повышение сейсмической эффективности. 5 з.п.ф-лы, 8 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8
Формула изобретения
1. Погружной источник сейсмических колебаний, включающий систему управления, линию подачи энергоносителя и излучатель, содержащий тупиковую магистраль, состоящую из одной или нескольких последовательно соединенных секций. каждая из которых включает в себя способный к радиальному расширению упругий рукав с концевыми нерасширяющимися частями, причем входная часть магистрали излучателя присоединена к концевой части линии подачи энергоносителя, а наружная поверхность излучателя содержит рабочую поверхность, отличающийся тем, что упругий рукав в каждой секции излучателя охвачен составной обоймой, содержащей рабочую поверхность и внутреннюю контактную поверхность, причем обойма образована двумя или более колодками, способными к поперечному перемещению относительно центральной оси упругого рукава, каждая из которых содержит соответствующие вышеуказанным поверхностям обоймы рабочую поверхность и внутреннюю контактную поверхность и выполнена в виде сектора полого кругового цилиндра или части этого сектора, каждая из двух продольных боковых сторон которой ограничена плоской поверхностью, параллельной соответствующей ей радиальной плоскости указанного сектора, а толщина обоймы на участке между ее рабочей и внутренней контактной поверхностями составляет не менее половины величины наружного диаметра упругого рукава. 2. Погружной источник по п.1, отличающийся тем, что плоские поверхности продольных боковых сторон колодки равноудалены от соответствующих им радиальных плоскостей указанного сектора, а плоскости продольной симметрии рабочей поверхности колодки и ее внутренней контактной поверхности совпадают друг с другом. 3. Погружной источник по п.1, отличающийся тем, что колодки каждой обоймы излучателя связаны с концевой частью линии подачи энергоносителя промежуточными звеньями с ограничением возможности осевого перемещения колодок в направлении, противоположном указанной концевой части. 4. Погружной источник по п.1, отличающийся тем, что диаметр рабочей поверхности колодок в каждой обойме излучателя составляет от 1,005 до 1,050 величины диаметра скважины, а диаметр окружности, описанной в плоскости поперечного сечения обоймы около крайних габаритных точек рабочих поверхностей всех колодок обоймы, сомкнутых до упора их продольных боковых сторон друг в друга, составляет от 0,95 до 1,00 величины диаметра скважины. 5. Погружной источник по п.1, отличающийся тем, что диаметр внутренней контактной поверхности каждой колодки обоймы излучателя составляет от 1,01 до 1,35 величины наружного диаметра охватываемого обоймой упругого рукава. 6. Погружной источник по п.1, отличающийся тем, что колодки обоймы излучателя выполнены и установлены в каждой секции таким образом, что их внутренние контактные поверхности во всех положениях, при которых они соприкасаются с наружной поверхностью, способной к радиальному расширению части охватываемого ими упругого рукава, перекрывают упомянутую часть рукава по его длине.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области геофизической техники, а именно к вибрационным источникам сейсмических колебаний, погружаемым в скважину или другую выработку в геологической среде, непосредственным воздействием на которую осуществляется возбуждение сейсмических колебаний. Известен погружной источник сейсмических колебаний, в котором поршень под действием давления жидкости, сжатого воздуха или электромагнитных сил совершает возвратно-поступательное движение в устройстве, размещаемом в скважине, а нагрузки на стенки скважины передаются с помощью системы рычагов на рабочий орган, непосредственно воздействующий на геологическую среду (стенку скважины) (1). Главным недостатком такого источника является его низкая сейсмическая эффективность, обусловленная невозможностью реализации высоких нагрузок в связи с габаритными ограничениями излучателя, и, как следствие, малой величиной реактивной массы, определяющей небольшие реальные нагрузки на стенки скважины. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является погружной источник сейсмических колебаний, включающий систему управления, линию подачи энергоносителя и излучатель, содержащий тупиковую магистраль, состоящую из одной или нескольких последовательно соединенных секций, каждая из которых включает в себя способный к радиальному расширению упругий рукав с концевыми нерасширяющимися частями, причем входная часть магистрали излучателя присоединена к концевой части линии подачи энергоносителя, а наружная поверхность излучателя содержит рабочую поверхность (2). Недостатком такого погружного источника сейсмических колебаний является его относительно низкая сейсмическая эффективность, повышение которой требует весьма существенного удорожания работ. Это обусловлено следующими факторами. Для решения современных поисковых задач на нефть, газ и другие полезные ископаемые полноценное освещение геологического разреза требует суммарных динамических нагрузок на стенки скважины порядка 100 кН. Для проведения региональных сейсмических исследований эта величина должна быть повышена в 2-3 раза. В то же время наиболее эффективная передача энергии в геологическую среду как с точки зрения ее потерь, так и с точки зрения наименьшего искажения сейсмического сигнала имеет место при нагрузках, величина которых не превосходит пределов упругости или, по крайней мере, предела прочности грунта, т.е. как правило, не превышает 0,3-0,4 МПа. Длина излучающей поверхности ограничена условиями возбуждения и регистрации (допустимыми с точки зрения искажения сигнала в диапазоне не только высоких, но даже и средних частот) величиной около 2-2,5 м. Поэтому необходимое для реализации указанных выше значений нагрузок увеличение излучающей поверхности может быть достигнуто лишь за счет роста диаметра излучателя. Однако расход рабочей жидкости при заданной амплитуде его пульсации![погружной источник сейсмических колебаний, патент № 2164695](/images/patents/307/2164016/916.gif)
![погружной источник сейсмических колебаний, патент № 2164695](/images/patents/307/2164016/916.gif)
![погружной источник сейсмических колебаний, патент № 2164695](/images/patents/307/2164016/916.gif)
фиг. 1 - общий вид погружного источника сейсмических колебаний;
фиг. 2 - поперечное сечение по А-А фиг. 1;
фиг. 3 - вариант поперечного сечения по А-А фиг. 1;
фиг. 4 - колодка обоймы, выполненная таким образом, что она является частью сектора полого кругового цилиндра с равноудаленными от радиальных плоскостей сектора боковыми сторонами и с совпадающими плоскостями продольной симметрии рабочей и контактной поверхностей;
фиг. 5 - поперечное сечение по А-А фиг. 4;
фиг. 6 - поперечное сечение 1-й секции излучателя для исполнения обоймы из трех колодок в исходном положении составных частей излучателя, т.е. при сомкнутых колодках обоймы до упора их продольных боковых сторон друг в друга;
фиг. 7 - 1-я секция излучателя в положении, при котором внутренние контактные поверхности ее колодок совпадают с наружной поверхностью расширившейся части упругого рукава и располагаются соосно этой поверхности;
фиг. 8 - поперечное сечение по А-А фиг. 7. Погружной источник сейсмических колебаний состоит из системы управления 1, системы подачи энергоносителя 2, линии подачи энергоносителя 3 и излучателя 4. Излучатель 4 содержит тупиковую магистраль 5, состоящую из одной или нескольких последовательно соединенных секций (например, как показано на фиг. секции 5.1, 5.2 и 5.3 - для 3-х секционного исполнения магистрали), каждая из которых включает в себя способный к радиальному расширению под действием внутреннего давления упругий рукав 6 с концевыми нерасширяющимися частями 7. Входная часть магистрали 5 соединена с концевой частью 8 линии подачи энергоносителя 3 при помощи соединительного элемента 9, обеспечивающего жесткую и герметичную связь внутренних линий подачи энергоносителя и магистрали 5. Противоположный конец магистрали 5 снабжен заглушкой 10, герметизирующей указанный конец магистрали. Рукав 6 в каждой секции магистрали 5 охвачен составной обоймой 11, содержащей рабочую поверхность Праб и внутреннюю контактную поверхность Пконт. Обойма 11 состоит из двух или более колодок. Например, на фиг. 2, 3, 6 и 8 показана обойма из трех колодок 11.1 в первой секции, трех колодок 11.2 - во второй секции и т.д. Увеличение числа колодок в обойме, с одной стороны, улучшает характеристики излучаемого сигнала, с другой стороны, увеличивает стоимость изготовления обоймы. Каждая из колодок в обойме выполнена в виде сектора полого кругового цилиндра, как показано на фиг. 2, или части этого сектора. Каждая из двух продольных боковых сторон колодки ограничена плоской поверхностью Пбок и П"бок, параллельной соответствующей ей радиальной плоскости Прад и П"рад этого сектора, а толщина колодок обоймы Sкол на участке между ее рабочей и внутренней контактной поверхностями составляет не менее половины величины наружного диаметра упругого рукава Dрук. Каждая обойма снабжена упругими элементами 12, например, устанавливаемыми в поперечных кольцевых канавках колодок резиновыми или пружинными кольцами, обеспечивающими упругое стягивание колодок в обойму в исходном положении и возврат колодок в исходное положение при сбросе давления в упругом рукаве 6. Каждая колодка выполнена в виде части сектора полого кругового цилиндра, обе плоские поверхности продольных боковых сторон которой равноудалены от соответствующих им радиальных плоскостей указанного сектора (т.е. C1=C2), а плоскости продольной симметрии рабочей поверхности колодки Псраб и ее внутренней контактной поверхности Псконт совпадают друг с другом,
Как правило, для возбуждения продольных волн геометрические размеры конструктивных элементов каждой колодки обоймы выполняются равными геометрическим размерам соответствующих конструктивных элементов других колодок обоймы, в том числе центральные углы расположения рабочих поверхностей колодок одной обоймы равны между собой; также равны между собой центральные углы расположения внутренних контактных поверхностей колодок в одной обойме. Колодки каждой обоймы связаны с концевой частью 8 линии подачи энергоносителя 3 промежуточными звеньями 13 с ограничением возможности перемещения колодок в направлении, противоположном указанной концевой части 8. При этом связь колодок каждой обоймы с концевой частью 8 с помощью промежуточных звеньев 13 может осуществляться как через соответствующие колодки предыдущей обоймы за счет крепления концов промежуточных звеньев на противолежащих концах соседних колодок обоймы каждой секции, так и непосредственной связью каждой колодки с концевой частью 8 с помощью соответствующего промежуточного звена 13. В последнем случае промежуточные звенья 13 размещаются, например, в продольных выемках в теле колодок вдоль их боковых сторон. Промежуточные звенья 13, ограничивая перемещения колодок в указанном выше направлении, обеспечивают в то же время возможность перемещения в направлении, противоположном указанному, и могут быть выполнены в виде, например, тросов, цепей, шарнирно соединенных звеньев и т.п. Колодки в обойме излучателя выполнены таким образом, что диаметр их рабочей поверхности Dраб (фиг. 6) в каждой обойме составляет от 1,005 до 1,050 величины диаметра бурения скважины Dбур, а диаметр окружности Dораб, описанной в плоскости поперечного сечения обоймы около крайних габаритных точек M1, M2, M3 и т.д. (соответственно числу колодок в обойме) рабочих поверхностей Dраб всех колодок обоймы, сомкнутых до упора их продольных боковых сторон Пбок друг в друга из точек их центров O1, O2, O3 и т.д. (соответственно числу колодок в обойме) в этом сомкнутом положении, составляет от 0,95 до 1,00 величины диаметра бурения скважины Dбур (т.е. Dраб = (1,005...1,05) Dбур; Dораб = (0,95...1,00) Dбур), который практически всегда превышает диаметр Dскв. Кроме того, диаметр внутренней контактной поверхности Dконт каждой колодки обоймы излучателя составляет от 1,01 до 1,35 величины наружного диаметра Dрук охватываемого обоймой упругого рукава, т.е. Dконт = (1,01...1,35)Dрук. С помощью промежуточных звеньев 13 колодки в одной и той же обойме установлены на одном и том же расстоянии от концевой части 8 линии подачи энергоносителя 3, а положение каждой обоймы, в целом, устанавливается таким образом, что за счет этой установки и соответствующего выполнения внутренних контактных поверхностей Пконт (по их длине Lконт в конструкции колодок обоймы), эти внутренние контактные поверхности Пконт во всех положениях, при которых они соприкасаются с наружной поверхностью способной к радиальному расширению части охватываемого ими упругого рукава 6, перекрывают упомянутую расширившуюся часть рукава L"рук его длине. В положении, при котором внутренние контактные поверхности конт колодок обоймы (фиг. 8) совпадают с наружной поверхностью Прук расширившейся части охватываемого ими упругого рукава 6 и соосны ей, плоскость поперечной симметрии рабочей поверхности каждой колодки Ппс раб, проходящая через середину длины Lраб ее рабочей поверхности, совпадает с плоскостью поперечной симметрии Ппс рук расширившейся части упругого рукава 6, проходящей через середину ее длины L"рук, с допускаемым отклонением в пределах
![погружной источник сейсмических колебаний, патент № 2164695](/images/patents/307/2164034/177.gif)
1. Патент США N 4805727, кл. G 01 V 1/40, 1989. 2. Патент США N 4252210, кл. G 01 V 1/14, 1981.
Класс G01V1/135 путем деформации или смещения огражденных поверхностей
Класс G01V1/52 конструктивные элементы