дистанционный ударно-волновой способ запуска пневмоизлучателей и дуплексный пневмоизлучатель для его осуществления

Формула изобретения

1. Дистанционный ударно-волновой способ управления запуском пневмоизлучателей, заключающийся в том, что хотя бы в одной гирлянде пневмоизлучателей применяют излучатели, создающие при выхлопе узконаправленную ударную волну в ближней зоне, например, с выдвигаемым в среду поршнем и чувствительным к ударной волне элементом его запуска, определяют экспериментально предельную дистанцию устойчивого запуска для каждого типоразмера излучателя, в каждую гирлянду их устанавливают с обеспечением передачи воздействия на чувствительный к ударной волне элемент запуска каждого следующего (ведомого) излучателя от каждого предыдущего (ведущего), запуск каждого следующего излучателя в гирлянде осуществляют автоматически без проводов последовательно в качестве цепной реакции с передачей сигнала запуска ударной волной в столбе среды, созданной предыдущим, первым инициирующим в каждой гирлянде применяют излучатель с автоматическим или ждущим запуском, задержки запуска каждого излучателя формируют посредством задаваемых интервалов длин несущих элементов каждой гирлянды, выбираемых не большими предельных.

2. Пневмоизлучатель, являющийся дуплексным и содержащий полый корпус с накопительными камерами, камеру воздушной пружины и поршень с уплотнительными кольцами, отличающийся тем, что полый корпус пневмоизлучателя выполнен с двумя противоположными верхним и нижним круглыми соосными выхлопными окнами и с двумя внутренними выемками: верхней и нижней, разделенными перегородкой с двухступенчатым осевым отверстием и верхней и нижней соосными дисковыми демпферными выточками на ее торцах, пневмоизлучатель дополнительно содержит составное катушкообразное челночное устройство, собранное, по крайней мере, из трех частей: верхнего выдвигаемого Т-образного полого поршня с верхней трехступенчатой и внутренней демпферной тарелками и полым штоком и предпочтительно со сквозной полостью, нижнего втягиваемого в виде перевернутого Т, с нижней тарелкой и штоком поршня предпочтительно со сквозной полостью, жестко скрепленных, например, резьбовым соединением или зашплинтованным пальцем, и трубчатого подшипника скольжения, снаружи двухступенчатого, из полимерного материала (например капролона), с верхней ступенью меньшего диаметра и установленного герметично по своим торцам на штоке нижнего втягиваемого поршня с плотной посадкой, имеющего хотя бы один канал сообщения зазора на внутренней поверхности подшипника с окружающей средой, которое соосно с окнами установлено нижней торцевой поверхностью внутренней демпферной тарелки на свое седло - дно верхней дисковой выточки перегородки корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения, три ступени верхнего выхлопного окна: верхнюю разгонную большего диаметра, среднюю уплотняемую с диаметром, равным диаметру нижнего выхлопного окна, и нижнюю меньшего диаметра, верхний узел торцевого уплотнения верхней тарелки и верхнего окна со своим уплотняющим диаметром по наружному диаметру уплотнительного кольца, например, прямоугольного сечения, нижний узел торцевого уплотнения нижней тарелки и нижнего окна, составленный из сменного эластичного дискового уплотнительного кольца прямоугольного сечения, установленного в канавку на нижней тарелке нижнего втягиваемого поршня с внутренней канавкой в ней и хотя бы одним каналом сообщения ее с окружающей средой и уплотняющего нижнее выхлопное окно своей нижней торцевой поверхностью с внешним диаметром кромки уплотнительной поверхности большим уплотняющего диаметра верхнего узла торцевого уплотнения для ждущего режима работы и меньшим для автоматического, три ступени верхней тарелки верхнего выдвигаемого поршня: верхнюю разгонную наибольшего диаметра, среднюю уплотняемую и нижнюю центрирующую с наименьшим диаметром, в сборе пневмоизлучателя первые две ступени сопряжены с разгонной и уплотняемой ступенями верхнего выхлопного окна корпуса, а центрирующая ступень сопряжена с внутренней боковой поверхностью уплотнительного кольца верхнего уплотнительного узла, две накопительные камеры: верхнюю - активную, и нижнюю - пассивную, выполненные, например, с равными или с различным соотношением объемами и образованные внутренней поверхностью корпуса с перегородкой и наружной боковой катушкообразного челночного устройства при его посадке на свое седло, щелевую камеру запуска, размещенную под нижней торцевой поверхностью разгонной ступени верхней тарелки катушкообразного челночного устройства, и канал с возможностью сообщения его с выходом электропневмоклапана или его запирания, например, установкой заглушки, канал, входящий в камеру воздушной пружины вблизи ее верхнего торца для подачи сжатого газа в излучатель, предпочтительно второй аналогичный канал, исходящий из нее, с возможностью сообщения его с входом электропневмоклапана, оба эти канала выполнены с возможностью их перекрытия для различных режимов работы излучателя, например, установкой заглушек, канал непостоянного сообщения камеры воздушной пружины с пассивной нижней камерой с возможностью его полного открытия только в крайнем нижнем положении катушкообразного челночного устройства, выполненный, например, на поверхности ступени большего диаметра, в виде несквозного шпоночного паза, входящего в ее торец, хотя бы один канал из пассивной нижней камеры с возможностью сообщения с трубопроводом высокого давления и с возможностью его запирания, например, заглушкой, хотя бы один канал из активной верхней камеры с возможностью сообщения его с трубопроводом высокого давления и с возможностью его запирания, например, заглушкой, хронирующий вентиль, например игольчатый, выполненный в качестве одностороннего расходного клапана по пропусканию в верхнюю активную камеру, установленный в перегородке корпуса с входом, сообщенным каналом с нижней пассивной камерой, и выходом, сообщенным каналом с верхней активной камерой, с возможностью установки (регулирования) им проходного сечения для потока сжатого газа из пассивной камеры в активную камеру и автоматического запирания его для обратного потока и возможностью его глухого закрытия, в сборе пневмоизлучателя трубчатый подшипник скольжения сопряжен своими ступенями со скользящей посадкой со ступенями отверстия перегородки корпуса и не герметично уплотнен зазорами в них с возможностью образования замкнутой камеры воздушной пружины между ступенями, нижняя внутренняя демпферная тарелка верхнего выдвигаемого поршня сопряжена с верхней дисковой демпферной выточкой перегородки корпуса при посадке катушкообразного челночного устройства на свое седло в его крайнем нижнем положении, на нижней тарелке нижнего втягиваемого поршня выполнен внутренний демпферный выступ вверх, сопряженный с нижней демпферной дисковой выточкой перегородки корпуса при крайнем верхнем положении катушкообразного челночного устройства, на наружной торцевой поверхности верхней тарелки верхнего выдвигаемого поршня или (и) на поверхности, расположенной внутри пассивной камеры нижней тарелки нижнего втягиваемого поршня вне ее демпферного выступа, выполнены хотя бы по две симметричные спиральные канавки с синхронным ходом винта (со стороны обработки), при этом в случае скрепления частей катушкообразного челночного устройства с помощью резьбы они выполнены на верхней тарелке с противоположным относительно нее ходом винта, а на нижней - с синхронным.

3. Пневмоизлучатель по п.2, отличающийся тем, что сменное дисковое уплотнительное кольцо прямоугольного сечения нижнего узла уплотнения изготовлено, например, из полиуретана, а внешний диаметр кромки его уплотнительной поверхности выполнен большим или меньшим диаметра радиальной прямоугольной проточки в средней ступени верхнего выхлопного окна на 1-2% соответственно для ждущего и автоматического режимов работы пневмоизлучателя для всего диапазона рабочих давлений.

4. Пневмоизлучатель по п.2, отличающийся тем, что нижний узел уплотнения составлен из одного эластичного дискового кольца прямоугольного сечения с наружным вырезом на одной внешней боковой поверхности для меньшего уплотняющего диаметра, установленного с возможностью его переворачивания при смене режима работы излучателя.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к сейсморазведке и предназначена для возбуждения упругих колебаний в водной среде. Преимущественная область использования - в морской сейсморазведке для создания групповых источников сейсмических волн.

Известны способы запуска сейсмических пневмоизлучателей, использующие электромагнитный принцип, путем подачи электрического импульса на обмотки электромагнитных клапанов излучателя (1-7) и множество других. Известные способы имеют низкую надежность по причине большого количества электрических соединений в гирляндах пневмоизлучателей, особенно, если требуется мощный групповой источник сейсмических волн.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы источника сейсмических волн и увеличение его мощности.

Поставленная цель в способе достигается тем, что хотя бы в одной гирлянде пневмоизлучателей применяют излучатели, создающие при выхлопе узконаправленную ударную волну в ближней зоне, например, с выдвигающимся в среду поршнем и чувствительным к ударной волне элементом его запуска, определяют экспериментально предельную дистанцию устойчивого запуска для каждого типоразмера излучателя, в каждую гирлянду их устанавливают с обеспечением передачи воздействия на чувствительный к ударной волне элемент запуска каждого следующего (ведомого) излучателя от каждого предыдущего (ведущего), запуск каждого следующего излучателя в гирлянде осуществляют автоматически без проводов последовательно в качестве цепной реакции с передачей сигнала запуска ударной волной в столбе среды, созданной предыдущим, первым инициирующим в каждой гирлянде применяют излучатель с автоматическим или ждущим запуском, а задержки запуска каждого излучателя формируют посредством задаваемых интервалов длин несущих элементов каждой гирлянды, выбираемых не большими предельных, а за счет высокой скорости распространения ударной волны в среде и ее постоянства обеспечивают высокую точность синхронизации в группе.

Известны сейсмические пневмоизлучатели, состоящие из корпуса с накопительной и рабочей камерами и содержащие камеру воздушной пружины и поршень с уплотнительными кольцами (1-4). Поставленная цель в устройстве достигается тем, что дуплексный пневмоизлучатель содержит полый корпус с двумя противоположными верхним и нижним круглыми соосными выхлопными окнами и с двумя внутренними выемками: верхней и нижней, разделенными перегородкой с двухступенчатым осевым отверстием и верхней и нижней соосными дисковыми демпферными выточками на ее торцах, составное катушкообразное челночное устройство, собранное, по крайней мере, из трех частей: верхнего выдвигаемого Т-образного полого поршня с верхней трехступенчатой и внутренней демпферной тарелками и полым штоком и предпочтительно со сквозной полостью, нижнего втягиваемого в виде перевернутого Т с нижней тарелкой и предпочтительно со сквозной полостью штоком поршня, жестко скрепленных, например, резьбовым соединением, и трубчатого подшипника скольжения, снаружи двухступенчатого, из полимерного материала (например, капролона) с верхней ступенью меньшего диаметра и установленного герметично по своим торцам на штоке нижнего втягиваемого поршня с плотной посадкой, имеющего хотя бы один канал сообщения зазора на внутренней поверхности подшипника с окружающей средой, которое соосно с окнами установлено нижней торцовой поверхностью внутренней демпферной тарелки на свое седло - дно верхней дисковой выточки перегородки корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения, три ступени верхнего выхлопного окна: верхнюю разгонную большего диаметра, среднюю с диаметром, равным диаметру нижнего выхлопного окна, и нижнюю меньшего диаметра, верхний узел торцового уплотнения верхней тарелки и верхнего окна со своим уплотняющим диаметром по наружному диаметру уплотнительного кольца, например, прямоугольного сечения, нижний узел торцового уплотнения нижней тарелки и нижнего окна, составленный из сменного эластичного дискового уплотнительного кольца прямоугольного сечения, установленного в канавку на нижней тарелке нижнего втягиваемого поршня с внутренней канавкой в ней и хотя бы одним каналом сообщения ее с окружающей средой и уплотняющего нижнее выхлопное окно своей нижней торцовой поверхностью с внешним диаметром кромки уплотнительной поверхности, большим уплотняющего диаметра верхнего узла торцового уплотнения для ждущего режима работы и меньшим для автоматического, три ступени верхней тарелки верхнего выдвигаемого поршня: верхнюю разгонную наибольшего диаметра, среднюю уплотняемую и нижнюю центрирующую с наименьшим диаметром, в сборе пневмоизлучателя первые две ступени сопряжены с разгонной и уплотняемой ступенями верхнего выхлопного окна корпуса, а центрирующая ступень сопряжена с внутренней боковой поверхностью уплотнительного кольца верхнего уплотнительного узла, две накопительные камеры: верхнюю - активную и нижнюю - пассивную, выполненные, например, с равными объемами и образованные внутренней поверхностью корпуса с перегородкой и наружной боковой челнока при его посадке на свое седло, щелевую камеру запуска, размещенную под нижней торцовой поверхностью разгонной ступени верхней тарелки челнока и корпусом, и канал с возможностью сообщения его с выходом электропневмоклапана или его запирания, например установкой заглушки, канал, входящий в камеру воздушной пружины вблизи ее верхнего торца для подачи сжатого газа в излучатель, предпочтительно второй аналогичный канал, исходящий из нее, с возможностью сообщения его с входом электропневмоклапана, оба эти канала выполнены с возможностью их перекрытия для различных режимов работы излучателя, например установкой заглушек, канал непостоянного сообщения камеры воздушной пружины с пассивной нижней камерой с возможностью его полного открытия только в крайнем нижнем положении челнока, выполненный, например, на поверхности ступени большего диаметра, в виде несквозного шпоночного паза, входящего в ее торец, хотя бы один канал из пассивной нижней камеры с возможностью сообщения с трубопроводом высокого давления и с возможностью его запирания, например, заглушкой, хотя бы один канал из активной верхней камеры с возможностью сообщения его с трубопроводом высокого давления и с возможностью его запирания, например заглушкой, хронирующий вентиль, например игольчатый, выполненный в качестве одностороннего расходного клапана по пропусканию в верхнюю активную камеру, установленный в перегородке корпуса с входом, сообщенным каналом с нижней пассивной камерой, и выходом, сообщенным каналом с верхней активной камерой, с возможностью установки (регулирования) им проходного сечения для потока сжатого газа из пассивной камеры в активную камеру и автоматического запирания его для обратного потока и возможностью его глухого закрытия, в сборе пневмоизлучателя трубчатый подшипник скольжения сопряжен своими ступенями со скользящей посадкой со ступенями отверстия перегородки корпуса и не герметично уплотнен зазорами в них с возможностью образования замкнутой камеры воздушной пружины между ступенями, нижняя внутренняя демпферная тарелка верхнего выдвигаемого поршня сопряжена с верхней дисковой демпферной выточкой перегородки корпуса при посадке челнока на свое седло в его крайнем нижнем положении, на нижней тарелке нижнего втягиваемого поршня выполнен внутренний демпферный выступ вверх, сопряженный с нижней демпферной дисковой выточкой перегородки корпуса при крайнем верхнем положении челнока, на наружной торцовой поверхности верхней тарелки верхнего выдвигаемого поршня или (и) на поверхности, расположенной внутри пассивной камеры нижней тарелки нижнего втягиваемого поршня вне ее демпферного выступа, выполнены хотя бы по две симметричные спиральные канавки с синхронным ходом винта (со стороны обработки), а в случае скрепления частей челнока с помощью резьбы они выполнены на верхней тарелке с противоположным относительно нее ходом винта, а на нижней с синхронным, сменное дисковое уплотнительное кольцо прямоугольного сечения нижнего узла уплотнения изготовлено, например, из полиуретана, а внешний диаметр кромки его уплотнительной поверхности выполнен большим или меньшим диаметра радиальной прямоугольной проточки в средней ступени верхнего выхлопного окна на 1-2% соответственно для ждущего и автоматического режимов работы пневмоизлучателя для всего диапазона рабочих давлений или это кольцо выполнено с наружным вырезом на одной внешней боковой поверхности для меньшего уплотняющего диаметра, а для смены режима работы излучателя его переворачивают, а выполняя различные соотношения объемов нижней пассивной и верхней активной камер и их общий объем, выбирают диапазон и характер спектра излучаемого сигнала.

Индивидуальное применение дуплексного пневмоизлучателя (ДПИ) практически реализует группу из двух жестко синхронных физических источников, а использование их множества позволяет создавать беспроводной групповой сейсмический излучатель с количеством парных синхронных физических источников, равным удвоенному количеству реальных излучателей в группе и позволяет неограниченно увеличивать их число без электрических коммуникаций для запуска.

Возможность реализации

Изобретение поясняется чертежами, где дан пример общего вида ДПИ: на фиг.1 показан его главный вид, на фиг.2 - вид слева, дополнительные идентичные элементы конструкции, расположенные концентрично, на чертежах не показаны. На фиг.3 схематично показан пример реализации способа ударно-волнового запуска ДПИ в их гирлянде.

Дуплексный пневмоизлучатель содержит: полый корпус 1 с двумя противоположными верхним 2 и нижним 3 круглыми соосными выхлопными окнами и с двумя внутренними выемками: верхней 4 и нижней 5, разделенными перегородкой 6 с двухступенчатым осевым отверстием 7 и верхней 8 и нижней 9 соосными дисковыми демпферными выточками на ее торцах, в который соосно с окнами установлено на свое седло - дно верхней дисковой выточки 8 с возможностью ограниченного осевого перемещения составное катушкообразное челночное устройство 10, собранное из трех частей: верхнего выдвигаемого Т-образного полого поршня 11 с верхней трехступенчатой 12 и внутренней демпферной 13 тарелками и полым штоком 14, надетого на нижний втягивающийся, в виде перевернутого Т, поршень 15 с нижней тарелкой 16 и полым штоком 17, скрепленных зашплинтованным пальцем 18, и двухступенчатого снаружи трубчатого подшипника скольжения 19 из полимерного материала (например, капролона) с верхней наружной ступенью 20 меньшего диаметра и нижней 21 большего, в сборе пневмоизлучателя сопряженного своими ступенями со ступенями отверстия перегородки корпуса и не герметично уплотненного по ступеням 20 и 21 верхним и нижним зазорами 22 скользящей посадки с возможностью образования замкнутой камеры воздушной пружины 23 между ступенями и установленного герметично по своим торцам с помощью полимерных колец верхнего 24 и нижнего 25 на штоке 17 нижнего втягиваемого поршня 15 с плотной посадкой, имеющего хотя бы один канал 26 сообщения зазора 27 на внутренней поверхности подшипника с окружающей средой, три ступени верхнего выхлопного окна: верхнюю 28 разгонную большего диаметра, среднюю 29 с диаметром, равным диаметру нижнего выхлопного окна 3, и нижнюю меньшего диаметра 30, три ступени верхней тарелки верхнего выдвигаемого поршня 11: верхнюю разгонную наибольшего диаметра 31, среднюю уплотняемую 32 и нижнюю центрирующую с наименьшим диаметром 33, верхний узел торцового уплотнения верхней тарелки 12 и верхнего окна 2, составленный из радиальной прямоугольной проточки 34 в средней ступени 29 верхнего выхлопного окна 2 в корпусе и установленного в ней полимерного кольца 35 в виде отрезка шланга с возможностью его продольного перемещения в ограниченных пределах, уплотняющего своим верхним торцом среднюю ступень 32 верхней тарелки 12 верхнего выдвигаемого поршня 11, нижний узел торцового уплотнения нижней тарелки 16 нижнего втягиваемого поршня 15 и нижнего окна 3, составленный из эластичного дискового уплотнительного кольца прямоугольного сечения 36, установленного в канавку 37 на нижней тарелке 16 нижнего втягиваемого поршня 15 с внутренней канавкой в ней 38 и хотя бы одним каналом 39 сообщения ее с окружающей средой и уплотняющего нижнее выхлопное окно 3 своей нижней торцовой поверхностью с внешним диаметром кромки уплотнительной поверхности, большим диаметра радиальной прямоугольной проточки 34 в средней ступени верхнего выхлопного окна 2 для ждущего режима работы и меньшим его для автоматического, в сборе пневмоизлучателя верхняя разгонная 31 и средняя 32 ступени верхней тарелки 12 верхнего выдвигаемого поршня 11 сопряжены с разгонной 28 и уплотняемой 29 ступенями верхнего выхлопного окна 2 корпуса, а центрирующая ступень 33 сопряжена с внутренней боковой поверхностью уплотнительного кольца 35 верхнего уплотнительного узла, две накопительные камеры: верхнюю - активную 40 и нижнюю - пассивную 41, выполненные, например, с равными объемами и образованные внутренней поверхностью корпуса 1 с перегородкой 6 и наружной боковой челнока 10 при его посадке на свое седло (дно выточки 8), щелевую камеру запуска 42, размещенную под нижней торцовой поверхностью разгонной ступени 31 верхней тарелки 12 челнока 10 и корпусом 1 и канал 43 с возможностью сообщения его с выходом электропневмоклапана или его запирания, например, установкой заглушки 44, канал 45, входящий в камеру 23 воздушной пружины вблизи ее верхнего торца для подачи сжатого газа в пневмоизлучатель, второй аналогичный канал, расположенный концентрично (на чертеже не показан), с возможностью сообщения его с входом электропневмоклапана (на чертеже не показан), оба эти канала выполнены с возможностью их перекрытия для различных режимов работы излучателя, например, установкой заглушек 44, канал 46 непостоянного сообщения камеры воздушной пружины с пассивной нижней камерой 41 с возможностью его полного открытия только в крайнем нижнем положении челнока, выполненный на поверхности ступени большего диаметра 21 подшипника 19 в виде несквозного шпоночного паза, входящего в ее торец, хотя бы один канал 47 из пассивной нижней камеры 41 с возможностью его сообщения с трубопроводом высокого давления и с возможностью его запирания, например, заглушкой 44, хотя бы один канал 48 из активной верхней камеры с возможностью его сообщения с трубопроводом высокого давления и с возможностью его запирания, например, заглушкой 44, регулируемый расходный односторонний клапан, выполненный по пропусканию в верхнюю активную камеру 40 с хронирующим вентилем 49, например игольчатым, установленным в перегородке 6 корпуса 1 с входом, сообщенным каналом 50 с нижней пассивной камерой 41, и выходом, сообщенным каналом 51 с верхней активной камерой 40, с возможностью установки регулировочным винтом 52 проходного сечения для потока сжатого газа из пассивной камеры 41 в активную камеру 40, автоматического запирания его для обратного потока и возможностью его глухого закрытия винтом 52, нижняя внутренняя демпферная тарелка 13 верхнего выдвигаемого поршня 11 сопряжена с верхней дисковой демпферной выточкой 8 перегородки 6 корпуса при посадке челнока на свое седло (дно выточки 8) в его крайнем нижнем положении, на нижней тарелке 16 нижнего втягиваемого поршня 15 выполнен внутренний демпферный выступ вверх 53, на представленном примере выполненный совместно с кольцом 25, сопряженный с нижней демпферной дисковой выточкой 9 перегородки 6 корпуса 1 при крайнем верхнем положении челнока, в радиальной прямоугольной проточке 34 в средней ступени 29 верхнего выхлопного окна 2 выполнен поясок шероховатости 54, сообщенный каналами 55 с окружающей средой, на дисковом эластичном кольце 36 выполнен наружный вырез 56 на одной внешней боковой поверхности для автоматического режима работы пневмоизлучателя при установке кольца вырезом вниз, на наружной фигурной торцовой поверхности 57 верхней тарелки 12 верхнего выдвигаемого поршня 11 или (и) на поверхности 58, расположенной внутри пассивной камеры 41 нижней тарелки 16 нижнего втягиваемого поршня 15 вне ее демпферного выступа 53, выполнены не показанные на чертеже, хотя бы по две симметричные спиральные канавки с синхронным ходом винта (со стороны обработки).

ДПИ можно снабдить навесным (для малых объемов) или встроенным (для больших объемов) запускающим электромагнитным пневмоклапаном.

Работа индивидуального ДПИ

Каналы 43, 47 и 48 заперты заглушками 44, как показано на чертежах фиг.1, 2. Работа ДПИ включает два этапа: подготовительный (посадка) и эксплуатационный. На подготовительном этапе производится ввод ДПИ в эксплуатацию: посадка излучателя и нарастание давления сжатого газа в нем до рабочего. Эксплуатационный этап включает три такта работы: «накопление», «выхлоп» и «возврат» в автоматическом режиме и четыре такта: «накопление», «ожидание», «выхлоп» и «возврат» в ждущем режиме.

Для посадки в ДПИ, помещенный в водную среду, по трубопроводу (шлангу высокого давления) в канал 45 подают сжатый газ под давлением выше гидростатического и ожидают установления стационарного процесса его потока через излучатель. После продувки, в результате которой излучатель освобождают от поступившей в него воды, прекращают подачу сжатого газа (закрывают вентиль) и после установления показания манометра на условный ноль (гидростатическое давление) подают в него сжатый газ под рабочим давлением. За счет повышения давления в камере 23 воздушной пружины челнок 10 перемещается вниз, «садится» на седло (дно выточки 8) и уплотняет выхлопные окна 2 и 3. В нижнем положении канал 46 вскрывается полностью, протечка газа через верхний зазор 22 в активную камеру устраняется герметизацией его кольцом 24 и происходит накопление сжатого газа в пассивной камере 41 и активной 40. Сжатый газ в активную камеру 40 поступает по каналам 50 и 51 через регулируемый хронирующим вентилем 49 расходный односторонний клапан. Давление в ней нарастает до рабочего с задержкой, обусловленной его проходным сечением, установленным винтом 52. Это запаздывание обеспечивает последовательную герметизацию выхлопных окон: сначала нижнего 3, а затем верхнего 2 и исключает возможность неконтролируемого неустойчивого положения челнока.

Автоматический режим ДПИ

Для автоматического режима работы ДПИ дисковое кольцо 36 устанавливают вырезом 56 вниз (фиг.1, 2). После «посадки» излучателя начинается такт накопление эксплуатационного этапа работы. В такте "накопление" челнок находится в крайнем нижнем положении и нижняя тарелка 16 нижнего втягиваемого поршня 15 уплотняет нижнее выхлопное окно 3 дисковым кольцом 36, сжатый газ по открытому каналу 46 поступает в нижнюю пассивную накопительную камеру 41. По каналам 50 и 51 из этой камеры через полость регулируемого расходного одностороннего клапана газ поступает также в верхнюю активную накопительную камеру 40. Давление в ней нарастает с запаздыванием, определяемым установкой хронирующего вентиля 49. В результате потока газа из верхней активной накопительной камеры 40 в окружающую среду кольцо 35 передвигается вверх и уплотняет своим верхним торцом верхнее выхлопное окно 2.

Такт «выхлоп» начинается для автоматического режима при выравнивании давлений в обеих накопительных камерах: верхней 40 и нижней 41. Из-за превышения уплотненной площади верхней тарелки 12 верхнего выдвигаемого поршня 11 над уплотненной площадью нижней тарелки 16 нижнего 15 происходит начальная разгерметизация узла нижнего уплотнения и возникает начальное воздействие сжатого газа на среду под нижним втягивающимся поршнем. Давление под ним повышается, а в нижней камере понижается, односторонний расходный клапан запирается хронирующим вентилем 49 для потока газа из верхней камеры 40 в нижнюю 41. Этот процесс происходит с положительной обратной связью с разгерметизацией верхнего уплотнительного узла. В результате давление сжатого газа действует уже на всю площадь верхнего выдвигаемого поршня по диаметру его разгонной ступени 31. Челнок 10 передвигается вверх и быстро вскрывает обе накопительные камеры в окружающую среду. Скорость этого вскрытия определяется высотой разгонной выточки 28. В среде возникают два прецизионно жестко синхронных тороидальных газовых пузыря, расходящихся по одной оси в разные стороны и поэтому не взаимодействующих друг с другом. Для дальней зоны образуется зондирующий сигнал удвоенной амплитуды со спектром, определяемым половиной объема излучателя при равенстве объемов пассивной 41 и активной 40 камер. После падения давления в них инерции движения челнока противодействует давление газа в камере воздушной пружины 23, за счет которого челнок останавливается и меняет знак своего поступательного движения на обратный и начинается такт «возврат». В процессе «выхлопа» челнок поворачивается на небольшой угол в результате действия потоков среды и воздуха на спиральные канавки, не показанные на чертежах.

При достижении крайнего нижнего положения обе накопительные камеры 40 и 41 герметизируются и начинается такт «накопление». Далее такты «накопление», «возврат» и «выхлоп» циклично повторяются. Период их устанавливают, меняя проходное сечение регулируемого расходного одностороннего клапана установкой положения хронирующего вентиля 49 винтом 52. Так как такт «возврат» происходит быстро, то временная протечка газа по верхнему зазору 22 во время его не влияет на этот период. Второй альтернативный способ управления периодом осуществляют по вспомогательной управляющей магистрали высокого давления, сообщенной по выходу с каналом 48, дистанционно устанавливая время накопления сжатого газа в верхней активной камере 40 путем дросселирования вентилем на борту судна его расхода. При этом каналы 43 и 47 запирают заглушками 44, а винтом 52 запирают регулируемый односторонний клапан хронирующим вентилем 49. Мягкое гашение скорости челнока в тактах «выхлоп» и «возврат» обеспечивается демпферными выточками 8 и 9 и сопрягающимися с ними выступами 13 и 53 поршней.

Ждущий режим ДПИ

Предложенная конструкция позволяет достичь высокой чувствительности излучателя к внешним воздействиям, что открывает широкие возможности нетрадиционных способов их запуска. Для перевода ДПИ в ждущий режим дисковое кольцо 56 устанавливают вырезом 36 вверх, увеличивая уплотненную площадь нижней тарелки 16 нижнего втягиваемого поршня 15 до величины, превышающей уплотненную площадь верхней тарелки 12 верхнего выдвигаемого поршня 11. Величина этого превышения определяет чувствительность ДПИ к запускающему воздействию. Такт «накопление» после выравнивания давлений в обеих накопительных камерах 40 и 41 переходит в такт «ожидание», а вскрытие излучателя осуществляют следующими альтернативными способами: с помощью электромагнитного пневмоклапана (ЭМПК), с помощью ударной волны, с помощью соединительного трубопровода по воздушной линии.

Электромагнитный запуск ДПИ

Для запуска ДПИ с помощью внешнего (встроенного) ЭМПК с передачей управляющего сигнала по электрической линии сообщают его выход с каналом 43 излучателя предпочтительно коротким отрезком шланга высокого давления (ШВД). Вход его сообщают или со вторым каналом, аналогичным каналу 45, или каналом 47, или с питающей, или с отдельной вспомогательной магистралью высокого давления. Для возможности дистанционного изменения спектра посредством длительности управляющего электрического импульса вход ЭМПК сообщают предпочтительно коротким отрезком ШВД со вторым расположенным концентрично (не показанным на чертеже) каналом, аналогичным каналу 45. В этом случае на запуск ДПИ отбирается переменная порция сжатого газа из воздушной пружины, изменяя ее силу. Электромагнитный пневмоклапан может быть встроен непосредственно в перегородку 6 пневмоизлучателя, а необходимые коммуникации выполнены в виде каналов для получения минимальной задержки запуска.

Дистанционный ударно-волновой запуск ДПИ

Беспроводной запуск ДПИ в ближней зоне для их гирлянды, фиг.3, осуществляют последовательно от ведущего с передачей сигнала запуска ударной волной, возникающей в движущемся, присоединенным к верхнему выдвигающемуся поршню 11 столбе среды, воздействующей на нижнюю тарелку 16 нижнего втягиваемого поршня 15 каждого следующего, являющегося по отношению к предыдущему ведомым. При этом каналы 43, 47 и 48 запирают заглушками 44. Первым ведущим инициирующим может быть предложенный ДПИ с автоматическим или ждущим от ЭМПК запуском или альтернативный излучатель, например [1-7]. Задержки запуска определяют экспериментально для каждого типоразмера ДПИ и каждого рабочего давления газа. Они будут минимальными при минимальной массе челнока и максимальном рабочем давлении в ведущем ДПИ.

Запуск ДПИ по воздушной линии

Беспроводной запуск для гирлянды ДПИ в ближней зоне осуществляют отрицательным перепадом давления в пассивной камере 41 каждого предыдущего (ведущего) с передачей управляющего сигнала по отрезкам ШВД, сообщающих последовательно каналы 47 пассивных камер 41 всех ведомых ДПИ. Первым ведущим может быть излучатель с автоматическим или ждущим от ЭМПК запуском. Для объединения элементов в группу в виде «куста», аналогичных ДПИ, каждый из которых запускается от одного ведущего, в нем выполняют несколько концентрично расположенных одинаковых каналов 47, а все каналы 47 ведомых сообщают с этими каналами. Задержки запуска определяют экспериментально для каждого типоразмера ДПИ, длины и проходного сечения отрезков ШВД и каждого рабочего давления газа.

Запуск ДПИ по воздушной питающей линии, например при работе в скважине, можно осуществлять сбросом сжатого газа на наземном управляющем пульте. Давление в пассивной камере 41 падает, хронирующий вентиль 49 запирается и в результате инверсии результирующей силы ДПИ вскрывается. Момент возбуждения при необходимости можно получать, например, с помощью гидрофонного датчика.

Механический запуск ДПИ

В скважине ДПИ размещают с ориентацией нижней тарелки 16 нижнего поршня 15 вверх. Беспроводной запуск ДПИ в неглубокой скважине в зоне малых скоростей (ЗМС) при инженерных изысканиях, например, можно осуществлять вручную легким ударом стержня по этой тарелке. При необходимости в стержень встраивают инерционный датчик момента или регистрируют момент с помощью гидрофонного датчика.

Автоматический режим ДПИ с захватом синхронизации

В автоматическом режиме перед вскрытием ДПИ достигается его наивысшая чувствительность к внешнему воздействию. Устанавливая период вскрытия несколько большим периода внешнего запуска, достигается предельная точность синхронизации для использования излучателя в их группе. Этот режим можно использовать для запуска единичного ДПИ, и каждого в группе от ЭМПК, и каждого в группе беспроводным способом кустообразно от одного ведущего или в их гирлянде последовательно каждого следующего от каждого предыдущего, начиная от первого. Данный режим предпочтителен для применения устройства в морской сейсморазведке. Задержки запуска, которые в этом режиме минимальные, определяют экспериментально для каждого типоразмера ДПИ и каждого рабочего давления газа.

Работа ДПИ в группе

Пример 1. На фиг.3 приведен пример применения способа последовательного дистанционного ударно-волнового запуска ДПИ в буксируемой вправо горизонтальной гирлянде. На фрагменте ее в качестве первого инициирующего показан сейсмический пневмоизлучатель ДПИ 59 с выдвигаемым поршнем 60 и запускающим его встроенным электромагнитным клапаном 61, воздействующий на второй излучатель ДПИ 62, последовательно запускающий третий аналогичный ДПИ 63 и т.д. Излучатели показаны во вскрытом состоянии. Пневмоизлучатели укреплены на буксирных цепях 64 с помощью полухомутов 65. Сопутствующие коммуникации: шланги высокого давления, кабель управления, поплавки, крепежные элементы и т.п. для простоты на схеме не показаны. В зоне действия газового пузыря предпочтительно применять шланг высокого давления в металлической оплетке. При подаче управляющего электрического импульса на электромагнитный клапан 61 излучатель 59 вскрывается и создает выдвигающейся влево тарелкой 12 выдвигаемого поршня 60 сжатый водяной столб, который воздействует на тарелку 16 втягиваемого поршня 15 челнока ДПИ 62. В результате этого воздействия ДПИ 62 также вскрывается и аналогичным образом тарелкой 12 выдвигаемого поршня 11 челнока 10 создает следующий сжатый водяной столб, воздействующий на тарелку 16 следующего ДПИ 63 и т.д. Этот процесс аналогичен волне детонации при взрывах цепочки зарядов ВВ.

Пример 2. Используют симметричную горизонтальную гирлянду ДПИ из двух встречных полугирлянд с двумя инициирующими синхронными излучателями 59, размещенными на ее концах, и формирующую два вышеописанных процесса, направленных навстречу, для создания в дальней зоне фронта зондирующей сейсмической волны с седловиной в центре гирлянды. При буксировании с двух бортов судна двух таких симметричных гирлянд автоматически создается фокусировка излучения по нормали из центра симметрии группы. Можно также использовать в гирляндах ДПИ с различными объемами.

Пример 3. Применяют вертикальную (наклонную) группу (инициирующий излучатель вверху). Задержки запуска каждого ДПИ для дальней зоны по нормальному лучу (по оси гирлянды) частично компенсируются тем, что скорость распространения ударной волны выше скорости звука в среде.

Предложенный способ позволяет упростить коммуникации и систему управления группового источника сейсмических волн и тем самым существенно повысить надежность их многочисленной группы. Способ позволяет создавать без электрических проводов и соединений направленный фронт результирующей волны с формированием прецизионно жестко заданных геометрией коммуникаций и несущих элементов необходимых задержек запуска каждого элемента в группе аналогично направленному взрыву. Универсальность предложенного излучателя для реализации способа позволяет применять также и множество других беспроводных вариантов его запуска в зависимости от задач эксплуатации. Применение в излучателе только торцовых уплотнений значительно повышает длительность и надежность непрерывной эксплуатации, что особенно актуально для их многочисленных групп. Также достигается увеличение амплитуды суммарного излучаемого сигнала в дальней зоне в два раза жесткой синхронизацией индивидуальных парных источников.

Источники информации

1. Патент РФ № 2204848 С2, кл. G01V 1/133. 2003.

2. Патент РФ № 2174241, кл. G01V 1/133. 2000.

3. Патент РФ № 2109309, кл. G01V 1/137, 1/133. 1992.

4. Патент РФ № 2109310, кл. G01V 1/137, 1/133. 1992.

5. Авторское свидетельство СССР № 1434991, кл. G01V. 1986.

6. Авторское свидетельство СССР № 1294131, кл. G01V 1/137. 1985.

7. Авторское свидетельство СССР № 1162315, кл. G01V 1/137. 1984.