ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ "СИБИРЯК" Российский патент 2009 года по МПК G01V1/02 

Пневматический источник сейсмических сигналов относится к разведочной геофизике, а именно к устройствам возбуждения сейсмических сигналов, в которых используется выхлоп сжатого до высокого давления воздуха для возбуждения упругих колебаний, и может быть использован при проведении сейсморазведочных работ нефти и газа.

Известны технические средства, используемые для возбуждения упругих колебаний в наземной и морской сейсморазведке (1).

При проведении работ методом вертикального сейсмического профилирования (ВСП), исследований в транзитных зонах на мелководном шельфе необходим источник сейсмического сигнала повышенной мощности. Мощность источника определяется амплитудой возбуждаемого сигнала. Наиболее интенсивный рост амплитуды сигнала без изменения его спектральных характеристик достигается при группировании источников сейсмических сигналов (2). При этом повышение интенсивности суммарного излучаемого сигнала источника возможно в условиях синхронизации времени выхлопа сжатого воздуха.

Известен пневматический источник сейсмических сигналов, состоящий из пневмокамер и запускающего электропневмоклапана (3). Пневмокамеры соединены между собой в линейную группу с помощью полых переходников, содержащих подвижные поршни и штоки, обеспечивающие передачу движения одного поршня всем остальным при срабатывании электропневмоклапана головной пневмокамеры.

Известен пневматический источник сейсмических сигналов «Малыш», предназначенный для сейсмических исследований в зонах предельного мелководья (4). Устройство содержит цилиндрический корпус, снабженный запускающим электропневмоклапаном, каналом подачи сжатого воздуха, выхлопными окнами, пневмокамерой с подвижным затвором и уплотнителями. Однако при высокой надежности и удобстве работы мощность его излучаемого сигнала недостаточна для проведения сейсморазведочных работ методом вертикального сейсмического профилирования.

Известна система пневматических источников сейсмических сигналов для мелководья и вертикального сейсмического профилирования, образующая группу из 2-4 последовательно соединенных малогабаритных пневмоисточников сейсмических сигналов с возможностью управления посредством одного клапана управления по общему каналу подрыва (5).

Для получения интенсивного суммарного сигнала необходимо стабильная синхронизация моментов выхлопа пневмокамер в системе пневматических источников.

Целью изобретения является формирование сейсмического сигнала повышенной мощности при проведении работ в скважинах методом ВСП и обеспечение стабильной синхронизации времени выхлопа пневмокамер источника по команде запускающего элемента электропневмоклапана.

Поставленная цель достигается путем создания групповой линейной системы пневмокамер не менее чем из двух камер с единым запуском, то есть линейной группы пневмоисточника, в которой передача силового сигнала обеспечивает срабатывание всех камер одновременно, формируя мощный сейсмический сигнал в области высоких частот.

Для обеспечения стабильной синхронизации времени выхлопа всех пневмокамер сейсмоисточника необходимо создание контактно-герметизирующего давления сжатого воздуха в каждой из камер пневмоисточника, согласовано с которым силовой импульс сжатого воздуха от электропневмоклапана поступает на все подрывающие бровки подвижных затворов пневмокамер линейной группы, запуская механизм пневмовзрыва. При этом подвижные затворы выполнены с линейно уменьшенной величиной контактного прижатия их к торцевым уплотнителям, а отношение верхнего и нижнего уплотняющих диаметров затворов линейно увеличено сверху вниз по закону линейного увеличения, считая от головной пневмокамеры

,

где ⌀1 - верхний уплотняющий диаметр затвора головной камеры,

⌀2 - верхний уплотняющий диаметр затвора второй камеры,

⌀3 - верхний уплотняющий диаметр затвора третьей камеры,

⌀0 - нижний уплотняющий диаметр затвора всех затворов в области подрывающих бровок, что создает возможность при линейном же уменьшении сверху вниз величины силового импульса от электропневмоклапана осуществить одновременный запуск всех рабочих пневмокамер источника, обеспечивая стабильную синхронизацию времени выхлопа сжатого воздуха из пневмокамер, формируя в среде сейсмический сигнал повышенной мощности чертеж.

Такая схема передачи пневматического силового импульса от электропневмоклапана ко всем пневмокамерам линейной группы, время передачи которого по линии согласовано с величиной контактно-герметизирующего давления сжатого воздуха в каждой рабочей пневмокамере источника, является существенным отличительным признаком и обеспечивает высокий положительный эффект от использования данного изобретения, а именно обеспечение стабильной синхронизации времени выхлопа сжатого воздуха из всех пневмокамер и формирование в среде сейсмического сигнала повышенной мощности.

На чертеже приведена схема пневматического источника сейсмических сигналов до производства пневмовзрыва.

Пневматический источник состоит из электропневмоклапана 1 с уплотнительной шайбой 2, пневмокамер 3, соединенных жестко между собой в линию, воздушных каналов 4, 5, электрического кабеля 6. Каждая пневмокамера 3 имеет цилиндрическую емкость 7 для сжатого воздуха, торцевые уплотнители из капролона 8, подвижный затвор 9 с уплотнителем 10, подрывающей бровкой 11, выхлопные окна 12, тормозные камеры 13 и представляет собой отдельный модуль, соединяющийся с другими при помощи переходных муфт.

Устройство работает следующим образом.

Сжатый воздух под высоким давлением 100-130 атм от источника избыточного давления через каналы 4 поступает в рабочий объем электропневмоклапана 1 и в емкости 7 пневмокамер 3. Первая порция сжатого воздуха, попадая через каналы 4 в емкости 7, прижимает затворы 9 к торцевым уплотнителям 8, герметизируя все пневмокамеры до момента их заполнения сжатым воздухом с рабочим давлением 130 атм. При подаче импульсного тока на катушку электропневмоклапана 1 последний, разгерметизируя свой рабочий объем по каналам 5, подает порцию воздуха последовательно на подрывающие бровки 11 затворов 9. В результате подвижные затворы 9 с большой скоростью смещаются вверх, рабочие объемы пневмокамер 3 разгерметизируются и сжатый воздух из них через выхлопные окна 12 выбрасывается в окружающую среду одновременно от всех активных рабочих пневмокамер, излучая мощный сейсмический сигнал. После выхлопа сжатого воздуха из рабочих объемов 7 затворы 9 за счет падения давления в пневмокамерах 3 и сохранения высокого давления в тормозных камерах 13 сначала тормозятся, а затем возвращаются в исходное положение и герметизируют рабочие емкости 7. Цикл окончен, источник готов к повторному действию. После последующего заполнения сжатым воздухом рабочих объемов камер источника цикл может быть повторен.

Таким образом, пневматический источник сейсмических сигналов «Сибиряк» конструктивно представляет собой блочную конструкцию линейно соединенных модулей из активных рабочих пневмокамер с единым головным запуском и синхронным взаимодействием камер.

Расчеты и испытания опытных образцов показали, что запуск активных элементов проводится одновременно с точностью не менее 0,7-0,5 мс. В состав устройства входит специальный датчик отметки момента для передачи на пульт управления (контроллер) импульса момента срабатывания источника. Амплитуда волны давления при «выхлопе» трех излучателей составляет величину не менее 3,6 бар. Амплитуда пикового значения импульса может составить 3,2 атм метр.

Проведены испытания опытных образцов пневматического источника сейсмических сигналов «Сибиряк» на прочность, безопасность, проведена проверка его работоспособности и технологичности использования. Произведено 1220 циклов на рабочем давлении 13 МПа без отказов. Собственное время срабатывания излучателя при каждом цикле составило 16 мс + 0,7 мс. Блочная конструкция пневматического источника, выполненная в виде отдельных модулей, позволяет в случае необходимости проводить их оперативную замену с минимальной потерей производительности выполняемых на профиле работ. Известные элементы в источнике проверены и отработаны, что в целом обеспечивает высокую надежность и эффективность использования пневмоисточника «Сибиряк» с новыми существенными конструктивными признаками, с большей мощностью формируемой сейсмической волны.

Пневматический источник сейсмических сигналов «Сибиряк» используют как скважинный источник для проведения сейсморазведочных работ в скважинах, а также он может быть применен при геофизических исследованиях, в геологоразведочных работах, для проведения сейсморазведочных работ в районах предельного мелководья при глубинах акваторий от 0 м до 2,0 м, в транзитных зонах «суша-море».

С помощью ряда источников «Сибиряк» можно создавать группы как площадные, так и линейные скважинного или донного варианта, что расширяет возможности использования данного изобретения.

Заявленное изобретение относится к разведочной геофизике, а именно к устройствам возбуждения сейсмических сигналов, и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ нефти и газа. Источник «Сибиряк» представляет собой устройство линейного типа с отдельными рабочими объемами сжатого воздуха не менее двух, которые вскрываются одновременно по команде запускающего элемента - электропневмоклапана. При этом отношение верхнего и нижнего уплотняющих диаметров затворов пневмокамер линейно увеличено по закону линейного увеличения сверху вниз от головной пневмокамеры. В среде образуется сейсмический сигнал повышенной мощности. Передача силового импульса согласована с величиной контактно-герметизирующего давления в камерах источника. Технический результат - формирование сейсмического сигнала повышенной мощности при проведении работ в скважинах методом ВСП (вертикального сейсмического профилирования) и обеспечение стабильной синхронизации времени выхлопа пневмокамер источника по команде запускающего элемента электропневмоклапана. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пневматический источник сейсмических сигналов, содержащий запускающий электропневмоклапан и линейную группу пневмокамер, включающих подвижные затворы, уплотнители, канал подачи сжатого воздуха и выхлопные окна, отличающийся тем, что пневматический силовой импульс сжатого воздуха от электропневмоклапана поступает на подрывающие бровки подвижных затворов пневмокамер согласовано с величиной контактно-герметизирующего давления сжатого воздуха в каждой из камер линейной группы, при этом подвижные затворы в пневмокамерах выполнены с линейно уменьшенной величиной контактного прижатия их к торцевым уплотнителям с начала и до конца источника, а отношение верхнего и нижнего уплотняющих диаметров затворов линейно увеличено по закону линейного увеличения сверху вниз от головной пневмокамеры

где ⌀1 - верхний уплотняющий диаметр затвора головной камеры,
⌀2 - верхний уплотняющий диаметр затвора второй камеры,
⌀3 - верхний уплотняющий диаметр затвора третьей камеры,
⌀0 - нижний уплотняющий диаметр затвора всех затворов в области подрывающих бровок, что создает возможность при линейном же уменьшении сверху вниз величины силового импульса от электропневмоклапана осуществить одновременный запуск всех рабочих пневмокамер источника, обеспечивая стабильную синхронизацию времени выхлопа сжатого воздуха из всех пневмокамер линейной группы, формируя в среде сейсмический сигнал повышенной мощности.

2. Пневматический источник по п.1, отличающийся тем, что пневмокамеры источника линейно и жестко соединены между собой при помощи переходных муфт в блочную конструкцию из отдельных модулей, образуя линейную группу не менее чем из двух модулей, способных к взаимозаменяемости.