СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН Российский патент 1994 года по МПК G01V1/02 

Изобретение относится к способам возбуждения сейсмических волн в сейсморазведке, а именно к способам возбуждения, основанным на использовании электромагнетизма и кинетической энергии вращающейся массы.

Известен способ возбуждения сейсмических волн, основанный на электромагнитном ускорении падающего груза, изготовленного из магнитного материала и движущегося вдоль направляющих брусьев внутри колонны из немагнитного материала, при этом после освобождения для свободного падения груз ускоряется при помощи электромагнитов, расположенных вдоль колонны, и автоматически возвращается в верхнее положение после удара о землю [1].

Недостатками этого способа являются невысокие точность синхронизации и частота повторения силовых воздействий на исследуемую среду.

Известен также способ образования механических колебаний, состоящий в передаче коротких механических импульсов, формировании и подаче электрического импульса на электромеханический преобразователь, в котором осуществляют прямое электродинамическое преобразование электрического импульса в импульс силы, приложенный между объектом и размещаемой над ним инертной массой, причем импульс силы образуют непосредственно в момент прохождения электрического импульса [2].

Недостатки такого способа состоят в потере энергии, запасенной в инертной массе во время создания силового импульса, а также в невысокой частоте повторения силовых воздействий на среду из-за большого времени опускания инертной массы.

Наиболее близким техническим решением является способ возбуждения сейсмических волн с использованием электромеханического преобразователя, включающий установку опорного устройства на грунт, создание запаса энергии в грузе при его подъеме и падении, формирование и подачу электрического импульса на катушки электромагнитов опорного устройства и передачу силового воздействия на грунт через опорное устройство, при этом осуществляют сброс груза в момент подачи команды запуска, а его торможение - через заданный промежуток времени после команды запуска [3].

Недостатками известного способа возбуждения сейсмических волн являются невысокая частота повторения силовых воздействий на среду, что делает невозможным возбуждение импульсных последовательностей, в которых интервалы следования импульсов меньше времени исследуемого отклика среды, а также потери энергии, вызванные выполнением операции подъема груза, и сложность обеспечения идентичности силовых воздействий на исследуемую среду.

Цель изобретения - повышение частоты повторения и мощности силовых воздействий на исследуемую среду.

Это достигается тем, что согласно способу возбуждения сейсмических волн с использованием электромеханического преобразователя, содержащего активную и реактивную части, включающему создание запаса кинетической энергии в реактивной части преобразователя и передачу силового воздействия на исследуемую среду механически связанной с ней активной частью, формирование и подачу электрического импульса на обмотку управления движением реактивной части преобразователя, установленную на его активной части, активную и реактивную части преобразователя устанавливают с возможностью вращения одна относительно другой, приводят реактивную часть преобразователя во вращательное движение, силовое воздействие осуществляют путем подачи электрического импульса на обмотку управления.

Кроме того, в способе возбуждения сейсмических волн реактивную часть преобразователя приводят во вращательное движение с постоянной скоростью.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления способа возбуждения сейсмических волн, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Устройство для осуществления способа возбуждения сейсмических волн содержит несущую платформу 1, в которой жестко присоединены двигатель 2 и опорное устройство 3. В опорном устройстве 3 установлен на подшипниках 4 вал 5, на котором жестко посажены маховик 6 и шкив 7. Вал 8 двигателя жестко соединен со шкивом 9. Двигатель 2 через шкивы 7 и 9, ремень 10 и вал 5 приводят во вращение маховик 6. Цилиндрический кожух 11 установлен на подшипниках 18 с возможностью вращения на валу 5 относительно маховика 6 в проеме несущей платформы 1. Обмотка 12 цилиндрического кожуха 11 создает магнитное поле в материале кожуха и маховика, а также в зазоре между ними. Кожух 11 механически связан с излучающей платформой 13 шатуном 15 через шарниры 16 и 17. Кроме того, излучающая платформа 13 соединена с несущей платформой 1 упругими элементами 14 в виде пружин. Выводы генератора 19 электрических импульсов связаны с обмотками 12 цилиндрического кожуха 11.

Вращающийся маховик 6 и кожух 11 с обмоткой 12 образуют электромеханический преобразователь. Конструкцией маховика 6 предусмотрена возможность протекания в нем индуктированных токов. Активной частью преобразователя является цилиндрический кожух 11, механически связанный с помощью шатуна 15, шарниров 16 и 17 и излучающей плиты 13 с исследуемой средой 20 и производящий на нее при своем движении силовое воздействие, приводящее к возбуждению в ней сейсмических волн. Маховик 6 является реактивной частью преобразователя, испытывающей при силовом воздействии на его активную часть действие противоположно направленной силы. Электрическое управление движением реактивной части электромеханического преобразователя производят посредством обмотки 12.

Способ возбуждения сейсмических волн осуществляют следующим образом.

Возбуждение сейсмических волн производят электромеханическим преобразователем, содержащим активную и реактивную части. При этом электромеханический преобразователь устанавливают в заданной точке, внутри или на поверхности исследуемой среды, и обеспечивают механический контакт с ней активной части электромеханического преобразователя, а также возможность вращения активной и реактивной частей одна относительно другой.

Осуществляют создание запаса кинетической энергии в реактивной части преобразователя. Для этого приводят реактивную часть преобразователя во вращательное движение, например, с помощью электродвигателя. По команде, поступающей от системы регистрации сейсмических сигналов, формируют электрический импульс и подают его на обмотку управления движением реактивной части электромеханического преобразователя, установленную на его активной части.

При подаче на обмотку управления электрического импульса создается магнитное поле, которое индуктирует ток во вращающейся реактивной части. В результате электромагнитного взаимодействия активной и реактивной частей преобразователя происходит отбор кинетической энергии вращающейся реактивной части и передача ее активной части, сопровождающаяся силовым воздействием на активную часть и торможением реактивной части. Силовое воздействие через механическую связь передается активной частью преобразователя на исследуемую среду и возбуждает в ней сейсмические волны.

Способ возбуждения сейсмических волн обеспечивает высокие точность синхронизации и частоту повторения силовых воздействий на исследуемую среду вследствие практически безынерционного протекания электрических и электромагнитных процессов и постоянного пребывания активной и реактивной частей преобразователя в состоянии их эффективного взаимодействия.

В способе возбуждения сейсмических волн возможен частичный или полный отбор кинетической энергии вращающейся реактивной части. При возбуждении кодированных импульсных последовательностей, характеризующихся повышенной частотой повторения воздействий, основным является режим частотного отбора энергии вращающейся реактивной части преобразователя.

В способе возбуждения сейсмических волн для формирования сложных зондирующих сигналов не требуется модуляция (изменение) скорости вращения реактивной части, так как амплитудную модуляцию силовых воздействий на исследуемую среду можно осуществить путем модуляции амплитуды формируемых электрических импульсов, а возможность подачи их в произвольные моменты времени позволяет управлять законом следования воздействий в последовательности.

Для обеспечения максимальной частоты повторения и мощности силовых воздействий на исследуемую среду задают скорость вращения реактивной части постоянной и максимально развиваемой приводным механизмом.

Способ возбуждения сейсмических волн путем ориентации направления силового воздействия на исследуемую среду позволяет раздельно возбуждать продольные или поперечные волны, или производить их совместное возбуждение как в наземных, так и в скважинных условиях.

Способ возбуждения сейсмических волн иллюстрируется примером наземного возбуждения продольных волн в геологической среде устройством для осуществления способа.

Устройство возбуждения сейсмических волн устанавливают излучающей платформой 13 на грунт 20 и прижимают ее к нему собственным и дополнительным пригрузом, который размещают на несущей платформе 1. Включают двигатель 2, который размещают на несущей платформе 1. Включают двигатель 2, который через вал 8, шкивы 7 и 9 и ремень 10 приводит во вращение вал 5 с маховиком 6. Вал 5 установлен в опорном устройстве 3 на подшипниках 4 качения для уменьшения потерь энергии на трение. Заданную скорость вращения маховика 6 обеспечивают передаточным числом привода шкив 7 - ремень 10 - шкив 9.

В мощных источниках сейсмических волн в качестве генератора 19 электрических импульсов обычно используют емкостный накопитель электрической энергии, соединенный тиристорным ключом с обмоткой 12. В исходном состоянии емкостный накопитель заряжен до заданного напряжения, а тиристорный ключ закрыт.

По команде от системы регистрации сейсмических сигналов тиристорный ключ открывается и через обмотки 12 протекает импульс тока, амплитуда которого определяется напряжением заряда емкостного накопителя, а форма - параметрами колебательного контура, образованного емкостью накопителя и индуктивностью обмотки 12.

Ток в обмотке 12 создается магнитное поле, силовые линии которого пересекают поверхность вращающегося маховика 6, в результате чего в нем наводятся индуктированные токи, вызывающие силовое взаимодействие маховика 6 и кожуха 11. Сила, действующая на кожух 11, приводит его в движение, а противоположно направленная сила тормозит маховик 6. Так как кожух 11 установлен на валу 5 на подшипниках 18, действующая на него сила передается через шарнир 16, шатун 15 и шарнир 17 на излучающую платформу 13, которая воздействует на грунт 20 и возбуждает сейсмические волны в геологической среде.

После окончания действия электрического импульса от генератора 19 магнитное поле, формируемое обмотками 12, снимается и индуктирование токов в маховике 6 прекращается. Маховик 6 переходит в режим свободного вращения и запасания кинетической энергии для очередного воздействия.

Для возбуждения поперечных волн излучающую платформу 13 шарнирно соединяют с нижней частью кожуха 11. При установке шатуна 15 под углом к излучающей платформе 13 производят совместное возбуждение продольных и поперечных волн.

Использование: в сейсморазведке для возбуждения сейсмических волн с использованием электромеханического преобразователя, содержащего активную и реактивную части. Сущность изобретения: способ включает создание запаса кинетической энергии в реактивной части преобразователя и передачу силового воздействия на исследуемую среду механически связанной с ней активной частью, формирование и подачу электрического импульса на обмотку управления движением реактивной части преобразователя, установленную на его активной части. Активную и реактивную части преобразователя устанавливают с возможностью вращения одна относительно другой. Приводят реактивную часть преобразователя во вращательное движение. Силовое воздействие осуществляют путем подачи электрического импульса на обмотку управления. Реактивную часть преобразователя приводят во вращательное движение с постоянной скоростью. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН с использованием электромеханического преобразователя, содержащего активную и реактивную части и обмотку управления движением реактивной части, включающий создание запаса кинетической энергии в реактивной части преобразователя и передачу силового воздействия на исследуемую среду механически связанной с ней активной частью при подаче электрического импульса на обмотку управления, отличающийся тем, что активную и реактивную части преобразователя устанавливают с возможностью вращения одна относительно другой и кинетическую энергию запасают путем приведения реактивной части преобразователя во вращение. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реактивную часть преобразователя приводят во вращение с постоянной частотой.