СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН Российский патент 1995 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 известного способа возбуждения сейсмических волн 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].

Недостатками известного способа образования механических колебаний являются потери энергии, запасенной в инертной массе во время создания силового импульса, а также невысокая частота 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 сброс груза осуществляют 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.

Целью изобретения является повышение частоты повторения и мощности силовых воздействий на исследуемую среду.

Цель 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, активную и реактивную части преобразователя устанавливают с возможностью вращения друг относительно друга, приводят реактивную часть во вращательное движение, силовое воздействие осуществляют путем подачи электрического импульса на обмотку управления, которую устанавливают на реактивной части преобразователя.

На фиг. 1 и 2 изображено устройство для осуществления способа возбуждения сейсмических волн, вид сбоку и вид сверху; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.

На фиг. 1, 2 и 3 приняты следующие обозначения: несущая платформа 1, двигатель 2 приводного устройства, опорное устройство 3, подшипник 4 вала реактивной части, вал 5 реактивной части, реактивная часть 6 электромеханического преобразователя, шкив 7 реактивной части, вал 8 двигателя, шкив 9 двигателя, ремень 10, активная часть 11 электромеханического преобразователя, обмотка 12 реактивной части, излучающая платформа 13, упругий элемент 14 в виде пружины, шатун 15, шарнир 16 активной части, шарнир 17 излучающей платформы, подшипник 18 активной части, контактное кольцо 19, щетка 20, генератор 21 электрических импульсов, исследуемая среда 22.

Устройство для осуществления способа сейсмических волн содержит несущую платформу 1, к которой жестко присоединены двигатель 23 приводного устройства и два опорных устройства 3. На валу 5 жестко посажена реактивная часть 6 электромеханического преобразователя, выполненная из электромеханической стали, при этом в пазах реактивной части 6 уложена обмотка 12. Вал 5 и реактивная часть 6 установлены на подшипниках 4 опорных устройств 3, а на валу 5 жестко посажен шкив 7. Вал 8 двигателя 2 жестко соединен со шкивом 9. Двигатель 2 через шкивы 7 и 9, ремень 10 и вал 5 приводит во вращение реактивную часть 6. Активная часть 11 установлена на подшипниках 18 с возможностью поворота ее на валу 5 относительно реактивной части 6. Конструкция активной части обеспечивает протекание индуктированных токов вдоль образующей ее цилиндрической внутренней поверхности. Излучающая платформа 13 соединена упругими элементами 14 в виде пружин с несущей платформой 1 и через шарниры 16, 17 и шатун 15 - с активной частью 11. Выводы генератора 21 электрических импульсов соединены с щетками 20, которые с помощью пружин прижаты к контактным кольцам 19. Выводы обмотки 12 подключены к контактным кольцам 19.

Способ возбуждения сейсмических волн осуществляют следующим образом.

Возбуждение сейсмических волн производят с использованием электромеханического преобразователя, содержащего активную и реактивную части. Для управления движением вращающейся реактивной части на ней устанавливают обмотку, подачу тока в которую выполняют с помощью подвижных, например щеточных, контактов.

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 друг относительно друга. Производят создание запаса кинетической энергии в реактивной части преобразователя. Для этого ее приводят 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 преобразователя.

При подаче электрического импульса на обмотку, размещенную на вращающейся реактивной части электромеханического преобразователя, создается движущееся магнитное поле, которое индуктирует токи в его активной 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 импульсных последовательностей, характеризующихся повышенной частотой повторения воздействий, основным является режим частичного 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 амплитудная модуляция силовых воздействий на исследуемую среду может быть осуществлена путем модуляции амплитуды формируемых электрических импульсов, а возможность подачи их в произвольные моменты времени позволяет управлять законом следования воздействия в последовательности.

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

Установка обмотки управления с массивными магнитопроводами на реактивной части преобразователя способствует увеличению ее инерционности и способности запасания кинетической энергии. В то же время облегчение активной части преобразователя способствует улучшению спектрального состава возбуждаемых сейсмических колебаний.

Способ возбуждения сейсмических волн путем соответствующей 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, приведенным на чертеже.

Устройство возбуждения сейсмических волн устанавливают излучающей платформой 13 на грунт 22 и прижимают ее к нему собственным весом и дополнительным пригрузом (на чертеже не показан), 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 жестко посаженной на нем реактивной частью 6 электромеханического преобразователя. Вал 5 установлен в опорных устройствах 3 на подшипниках 4 качения, обеспечивающих минимальные потери энергии двигателя 2 при ее передаче реактивной части 6 преобразователя. Необходимую скорость вращения последней задают с помощью передаточного числа привода шкив 7 - ремень 10 - шкив 9.

В качестве генератора 21 электрических импульсов в мощных источниках сейсмических волн обычно используют емкостный накопитель электрической энергии, соединенный тиристорным ключом через щетки 20 и контактные кольца 19 с обмоткой 12, установленной на вращающейся реактивной части 6 преобразователя. В исходном состоянии емкостный накопитель заряжен до заданного напряжения, а тиристорный ключ закрыт.

По команде от системы регистрации сейсмических сигналов тиристорный ключ открывается и в обмотку 12 подается импульс тока, амплитуда которого определяется напряжением заряда емкостного накопителя, а форма - параметрами колебательного контура, образованного емкостью накопителя и индуктивностью обмотки 12. После формирования одного полупериода колебаний тиристорный ключ самопроизвольно закрывается и емкостный накопитель может быть заряжен для дальнейшей работы.

При подаче электрического импульса с генератора 21 на обмотку 12 вращающейся реактивной части 6 преобразователя создается движущееся магнитное поле, силовые линии которого пересекают поверхность активной части 11 преобразователя, в результате чего в ней наводятся индуктированные токи, вызывающие силовое взаимодействие активной 11 и реактивной 6 частей преобразователя. Сила, действующая на активную часть 11, приводит ее в движение, а реактивная противоположно направленная сила тормозит реактивную часть 6. Так как активная часть 11 установлена на валу 5 на подшипниках 18, действующая на нее сила беспрепятственно передается через шарнир 16, шатун 15 и шарнир 17 на излучающую платформу 13, которая воздействует на грунт 22 и возбуждает сейсмические волны в геологической среде. Вызванное реактивной силой движение несущей платформы 1 гасится упругими элементами 14 с целью исключения возбуждения мешающих колебаний.

После окончания действия электрического импульса от генератора 21 магнитное поле, формируемое обмоткой 12, снимается и индуктирование токов в активной части 11 преобразователя прекращается. Расторможенная реактивная часть 6 преобразователя переходит в режим свободного вращения и запасания кинетической энергии для очередного воздействия.

Для возбуждения поперечных волн излучающую платформу 13 шарнирно соединяют с нижней частью активной части 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. Активную и реактивную части преобразователя устанавливают с возможностью вращениядруг относительно друга. Приводят реактивную часть преобразователя во вращательное движение. Силовое воздействие осуществляют путем подачи электрического импульса на обмотку управления, которую устанавливают на реактивной части преобразователя. 3 ил.

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 обмотку управления устанавливают на реактивной части преобразователя, активную и реактивную части преобразователя устанавливают с возможностью вращения одна относительно другой, и кинетическую энергию запасают путем приведения реактивной части преобразователя во вращательное движение.