СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ Российский патент 2017 года по МПК G01V1/16 G01V1/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение имеет отношение к геофизической области и относится к прикладным системам, в которых считывающие элементы используются для того, чтобы составлять карту подземных характеристик заданной географической территории.

Если более точно, то изобретение относится к соединительным устройствам для таких считывающих элементов, позволяя позиционировать считывающие элементы на поверхности вышеуказанной географической территории.

Хотя изобретение может быть использовано в различных прикладных системах, включающих в свои функции сбор сейсмических данных через сеть считывающих элементов, особый интерес оно представляет для области промышленности по нефтяной разведке.

Уровень техники

В известном уровне техники сейсмические данные собираются с помощью сетей электронных считывающих элементов, которые присоединяются к центральному серверу для обработки данных.

Каждый считывающий элемент содержит по меньшей мере один датчик, расположенный внутри корпуса и характеризующийся наличием нижней поверхности, которая предназначается для механического соединения с грунтом. Для этой цели считывающий элемент обычно оборудуется соединительным устройством, имеющим форму штыря, который должен быть утоплен в грунт. Такой штырь описан в документе FR 2918462.

Такое решение не является полностью удовлетворительным. Оно доказало свою непрактичность во время применения в тех случаях, когда грунт является слишком твердым для погружения в него штыря, так же как и для городских участков земли. В такой ситуации считывающий элемент должен быть просто положен на грунт и таким образом будет очень нестабильным и в конечном итоге измерения возможно будут неточными.

По аналогичным причинам известное решение будет непрактичным при использовании в арктических условиях. В частности, адаптированные штыри были спроектированы для таких условий, но эти специализированные штыри являются очень тяжелыми и поэтому вредными для эксплуатационной эффективности.

Кроме того, соединительные устройства с формой штыря могут быть недостаточно эффективными, чтобы гарантировать стабильность датчика в рыхлом грунте, например, когда грунт состоит из песка или грязи, в этом случае штырь не будет поддерживаться в нужном положении, как он поддерживался бы в более плотном и, таким образом, менее сдвигающем окружающем грунте.

Для решения этой проблемы стабильности иногда используются дополнительные подставки в форме треноги или держатели на четырех опорах, но такие подставки имеют тенденцию резонировать на своих собственных режимах и создавать нежелательные резонансные частоты, которые наносят ущерб эксплуатационной эффективности датчика. Следовательно, эти нежелательные резонансные частоты (шум) будут понижать качество измеренных данных, особенно в том случае, если вышеуказанный датчик является цифровым сейсмическим датчиком, поскольку он имеет высокую чувствительность к шуму.

Некоторые известные считывающие элементы оборудованы корпусом, который характеризуется наличием цилиндрического контейнера, выступающего из дна корпуса. В таком случае штырь прикрепляется к концу вышеуказанного контейнера. В таких считывающих элементах действующий датчик располагается в контейнере и, таким образом, он будет располагаться под землей после того, как штырь будет надлежащим образом утоплен в грунте. В такой конфигурации датчик будет менее чувствительным к шумам на поверхности. Однако эта конструкция имеет недостаток вследствие удлиненной формы контейнера, выступающего из дна корпуса, который будет иметь тенденцию резонировать на частоте, содержащейся в рассматриваемой полосе частот, и таким образом может значительно изменить эксплуатационную эффективность считывающего элемента.

Изобретение предлагает решение, которое по существу не подвержено упомянутым выше недостаткам за счет обеспечения соединительного устройства для считывающего элемента, которое позволяет вышеуказанному считывающему элементу оставаться в стабильном положении даже в том случае, когда он просто лежит на грунте, и которое значительно уменьшает риск резонирования для датчика, расположенного на дне поддона корпуса, в условиях эксплуатации.

Раскрытие изобретения

Объектом изобретения является соединительное устройство для считывающего элемента, содержащего по меньшей мере один датчик, расположенный внутри корпуса, при этом соединительное устройство включает в себя по меньшей мере одну поддерживающую часть, выполненную с возможностью поддержки считывающего элемента в стабильном положении, причем соединительное устройство или размещается на грунте, или погружается в него, и по меньшей мере один стержень, расположенный в плоскости, которая по существу перпендикулярна периферийной поверхности поддерживающей части и соединена с вышеуказанной поддерживающей частью. Соединительное устройство дополнительно включает в себя средства крепления для присоединения считывающего элемента к соединительному устройству.

Соединительное устройство, в соответствии с настоящим изобретением, характеризуется тем, что оно позволяет решить две проблемы одновременно. Поддерживающая часть будет поддерживать считывающий элемент в стабильном положении, когда он размещается на грунте или погружается в него, в то время как стержень или стержни присоединяются к поддерживающей части и будут обеспечивать дополнительную жесткость для корпуса считывающего элемента и таким образом подавлять резонансные частоты, которые будут генерироваться корпусом.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения соединительное устройство, как описывалось ранее, будет предпочтительно иметь симметричную форму по отношению по меньшей мере к одной плоскости, которая, по существу, перпендикулярна поддерживающей части.

Такая симметричная форма позволяет обеспечить равномерное распределение массы в горизонтальной плоскости, когда соединительное устройство размещается на грунте или погружается в него, таким образом она будет способствовать предотвращению вибрации соединительного устройства в условиях эксплуатации.

В соответствии с отдельным вариантом осуществления изобретения соединительное устройство, как описывалось ранее, включает в себя по меньшей мере один стержень и характеризуется наличием по меньшей мере первой поддерживающей части, к которой должен прилегать корпус в своем положении, и второй поддерживающей части, имеющей периферийную секцию, которая по существу параллельна периферийной секции первой поддерживающей части, при этом вышеуказанные первая и вторая поддерживающие части соединяются вместе вышеуказанным по меньшей мере одним стержнем.

Такое соединительное устройство, в частности, хорошо подходит для корпусов, характеризующихся по меньшей мере одним участком в виде кронштейна, который может позиционироваться напротив первой поддерживающей части.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения соединительное устройство, как описывалось ранее, включает в себя по меньшей мере два стержня, соединенные вместе с вышеуказанными первой и второй поддерживающими частями, а также по меньшей мере одно частично периферийное ребро, расположенное параллельно по меньшей мере одной периферийной секции первой и второй поддерживающих частей.

Множество стержней будет увеличивать эффект увеличения жесткости, создаваемый соединительным устройством, и этот эффект будет еще увеличиваться за счет ребер. Дополнительной причиной использования комбинации стержней и ребер вместо простой формы, подобной цилиндру, является то, что пространства, разделяющие вышеуказанные стержни и ребра, позволяют рыхлому грунту (например, аналогичному песку) протекать внутри пространства, ограниченного внешней поверхностью соединительного устройства. Заполнение этого пространства будет одновременно создавать двойное преимущество, поскольку оно будет помогать якорю соединительного устройства на грунте, или даже внутри грунта, и будет позволять обеспечить прямой контакт между грунтом и корпусом, который будет улучшать эксплуатационные характеристики датчика.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения соединительное устройство, как описывалось ранее, характеризуется наличием третьей поддерживающей части, на которой должен быть закреплен конец корпуса, причем вышеуказанная третья поддерживающая часть располагается между первой и второй поддерживающими частями.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения первая поддерживающая часть обеспечивается канавкой, поддерживающей уплотнительное кольцо, при этом предполагается, что она должна быть размещена между соединительным устройством и корпусом. В этом варианте осуществления изобретения уплотнительное кольцо будет компенсировать любой зазор между третьей поддерживающей частью и концом корпуса, таким образом гарантируя, что корпус и соединительное устройство плотно прикреплены друг к другу. Поскольку третья поддерживающая часть располагается между первой и второй поддерживающими частями, то конец корпуса размещается основательно внутри соединительного устройства, когда корпус прикрепляется к нему, что будет помогать защищать целостность датчика в случае сотрясения между второй поддерживающей частью и грунтом.

В соответствии с разновидностью описанного выше конкретного варианта осуществления изобретения третья поддерживающая часть включает в себя сквозное отверстие, при этом предполагается, что через него должны проходить резьбовые средства крепления, чтобы прикреплять конец корпуса к третьей поддерживающей части.

Резьбовые средства крепления могут быть образованы за счет обеспечения наружной резьбы на конце корпуса, проходящей через вышеуказанное отверстие. Эта наружная резьба в этом случае будет дополняться гайкой, прижимающей нижнюю сторону третьей части. И наоборот, резьбовые средства крепления могут быть образованы за счет обеспечения конца корпуса внутренней резьбой, которая в этом случае будет дополнена винтом, головка которого будет прижимать нижнюю сторону третьей части.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения нижний компонент второй поддерживающей части включает в себя амортизирующие средства.

Эти амортизирующие средства предназначаются для сохранения физической целостности датчика в тех случаях, когда сборочный узел, образованный считывающим элементом и взаимодействующим с ним соединительным устройством, падает на грунт.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения периферийные секции поддерживающих частей имеют круговую форму.

Физические свойства соединительного устройства со свойственной ему симметричной формой, придаваемой сборочному узлу, образованному считывающим элементом и соединительным устройством, имеют оптимальное сопротивление резонансным явлениям.

В соответствии с другими существенными аспектами изобретение также относится к считывающему элементу, адаптированному для прикрепления к соединительному устройству, как описывалось ранее.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения вышеуказанный по меньшей мере один датчик является однокомпонентным вертикальным цифровым датчиком или трехкомпонентным ортогональным цифровым датчиком, аналогичным сейсмоприемнику или измерителю ускорения.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения вышеуказанный по меньшей мере один датчик является цифровым сейсмическим датчиком.

Краткое описание чертежей

Характеристики и преимущества изобретения станут более понятными после прочтения последующего описания предпочтительного варианта осуществления изобретения, приведенного в качестве неограничивающего примера и со ссылками на прикрепленные фигуры.

На фиг.1 показан вид в перспективе сборочного узла считывающего элемента с соединительным устройством в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

на фиг.2 - боковой вид сборочного узла считывающего элемента с соединительным устройством в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

на фиг.3 - вид в перспективе соединительного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

на фиг.4 - вид в перспективе внутренней части соединительного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

на фиг.5 - боковой вид считывающего элемента, адаптированного для прикрепления к соединительному устройству, в соответствии с вариантом осуществления изобретения; и

на фиг.6 - вид снизу в перспективе сборочного узла считывающего элемента с соединительным устройством в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Общий принцип

Соединительное устройство в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что оно позволяет решить две проблемы одновременно с помощью по меньшей мере одной поддерживающей части, которая будет поддерживать считывающий элемент в стабильном положении, когда он размещается на грунте или погружается в него, в то время как стержень или стержни, связывающие обе поддерживающие части, будут обеспечивать дополнительную жесткость для корпуса считывающего элемента.

Описание конкретного варианта осуществления изобретения

На фиг.1 и 2 показано соединительное устройство TRM для считывающего элемента SU, содержащего по меньшей мере один датчик, расположенный внутри корпуса SH, при этом соединительное устройство TRM включает в себя в этом варианте осуществления изобретения четыре стержня, из которых здесь показаны только первый и второй стержни RD1 и RD2.

Сенсор может быть однокомпонентным вертикальным цифровым датчиком или трехкомпонентным ортогональным цифровым датчиком, аналогичным сейсмоприемнику или измерителю ускорения.

Соединительное устройство TRM характеризуется наличием первой поддерживающей части SP1, характеризующейся канавкой, поддерживающей уплотнительное кольцо ORG, к которому участок HSD в виде буртика корпуса SH прижимается средствами FSM крепления, описанными подробнее далее.

Соединительное устройство TRM характеризуется наличием второй поддерживающей части SP2, имеющей в этом примере круговую периферийную секцию, по существу параллельную периферийной секции первой поддерживающей части SP1, при этом первая и вторая поддерживающие части SP1 и SP2 соединены вместе с помощью стержней.

Уплотнительное кольцо может альтернативно входить в состав средств FSM крепления. В этом случае соединительное устройство жестко прикрепляется с помощью прессового соединения к участку HSD в виде буртика корпуса SH.

В показанном здесь конкретном варианте осуществления изобретения корпус SH характеризуется наличием цилиндрического контейнера CSH, выступающего из дна корпуса, при этом конец вышеуказанного контейнера CSH прикрепляется к третьей поддерживающей части SP3 средствами FSM крепления, причем вышеуказанная третья поддерживающая часть SP3 является по существу параллельной первой поддерживающей части SP1. В этом варианте осуществления изобретения датчик располагается внутри цилиндрического контейнера CSH.

Вторая поддерживающая часть SP2 должна быть размещена на твердом грунте в условиях эксплуатации. В этом случае твердый грунт не позволяет считывающему элементу погружаться в грунт. Таким образом считывающий элемент будет поддерживаться в стабильном положении, когда сборочный узел, образованный считывающим элементом SU вместе с соединительным устройством, опирается на грунт, в то время как стержни, соединенные с обеими поддерживающими частями SP1 и SP2, будут обеспечивать дополнительную жесткость для корпуса SH считывающего элемента и таким образом будут предотвращать попадание контейнера в резонанс, следовательно, это будет значительно увеличивать эксплуатационную эффективность считывающего элемента.

На фиг.3 и 4 показаны более подробные виды соединительного устройства TRM, на которых изображены его четыре стержня RD1, RD2, RD3 и RD4.

В этом варианте осуществления изобретения соединительное устройство TRM дополнительно включает в себя три ряда частично периферийных ребер Fij (для i = от 1 до 4, и j = от 1 до 3), расположенных параллельно с периферийными секциями первой и второй поддерживающих частей SP1 и SP2.

Как объяснялось выше, использование множества стержней увеличивает эффект усиления жесткости, создаваемый соединительным устройством, причем этот эффект будет еще дополнительно увеличиваться за счет ребер. Дополнительными причинами для использования комбинации стержней и ребер вместо простой формы, подобной цилиндру, являются пространства, отделяющие вышеуказанные ребра и стержни. Такая конфигурация позволяют рыхлому грунту, такому как грязь или песок, протекать внутри пространства, ограниченного внешней поверхностью соединительного устройства. Заполнение этого пространства будет одновременно создавать двойное преимущество, поскольку оно помогает надежно закрепить соединительное устройство на грунте, или даже внутри грунта, и будет позволять обеспечивать прямой контакт между грунтом и корпусом, что будет увеличивать эксплуатационную эффективность датчика.

Как показано на фиг.3, ребра Fi3 (для i = от 1 до 4) нижнего ряда могут быть соединены вместе, чтобы таким образом образовывать третью поддерживающую часть SP3, к которой должен прикрепляться конец нижнего контейнера корпуса. В этом варианте осуществления изобретения первая поддерживающая часть SP1 обеспечивается канавкой, которая будет располагаться между соединительным устройством TRM и корпусом. Эта канавка поддерживает уплотнительное кольцо ORG, которое позволяет компенсировать любой зазор между третьей поддерживающей частью SP3 и концом корпуса, таким образом гарантируя, что корпус и соединительное устройство плотно прикреплены друг к другу. Величина твердости уплотнительного кольца ORG может составлять, например, 90 единиц твердости по Шору (Shore A).

В этом конкретном варианте осуществления изобретения нижний компонент второй поддерживающей части SP2 включает в себя амортизирующие средства DMP, образованные кольцевым выступом вышеуказанной второй поддерживающей части SP2. В том случае, если для изготовления соединительного устройства TRM выбирается материал, имеющий некоторую эластичность, как, например, 666 полиамид, заполняющий на 30% стекловолокно, с модулем упругости около 5300 МПа, то кольцевой выступ может иметь свойства, аналогичные амортизатору ударов, в случае столкновения дна нижней части соединительного устройства TRM с твердой поверхностью, и таким образом сохранять физическую целостность датчика. В других вариантах осуществления изобретения кольцевой элемент эластичного материала, подобного резине, может использоваться в качестве амортизирующих средств.

В соответствии с разновидностью описанного выше конкретного варианта осуществления изобретения третья поддерживающая часть SP3 включает в себя сквозное отверстие THL, при этом предполагается, что через него должны проходить средства для винтового крепления, чтобы прикреплять конец корпуса к третьей поддерживающей части SP3.

На фиг.5 и 6 показан возможный вариант осуществления средств для винтового крепления, в которых конец HSE контейнера CSH обеспечивается внешней резьбой РМТ, предназначенной для того, чтобы выступать через отверстие, содержащееся в третьей поддерживающей части SP3 соединительного устройства. Эта внешняя резьба будет затем дополняться гайкой NT, прижимающейся к нижней стороне третьей поддерживающей части SP3.

В других вариантах осуществления изобретения, не показанных здесь, средства для винтового крепления могут быть образованы за счет обеспечения конца HSE контейнера CSH внутренней резьбой, которая будет затем дополняться винтом, головка которого будет прижиматься к нижней стороне третьей поддерживающей части SP3.

Предпочтительно, чтобы внешняя или внутренняя резьбы, которые находятся на конце HSE контейнера CSH, также были совместимыми с дополнительными резьбами, которые находятся на конце штыря, как описывалось ранее.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.6, соединительное устройство TRM характеризуется наличием отверстий H1, Н2, Н3 и Н4, которые позволяют рыхлому грунту, такому как грязь или песок, протекать внутрь со стороны нижней поверхности третьей поддерживающей части SP3 в пространство, ограниченное внешней поверхностью соединительного устройства TRM.

Вышеописанное изобретение гарантирует, что считывающий элемент будет оставаться стабильным даже в том случае, когда он используется в рыхлом грунте или на твердом грунте, в который невозможно забивать штырь.

Когда считывающий элемент, оборудованный соединительным устройством в соответствии с изобретением, эксплуатируется с размещением на грунте или с погружением в него, соединительное устройство гарантирует хорошую стабильность датчика.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсмических исследований. Предложено соединительное устройство TRM для считывающего элемента SU, содержащего по меньшей мере один датчик, расположенный внутри корпуса SH. При этом соединительное устройство TRM включает в себя по меньшей мере одну поддерживающую часть SP2, причем поддерживающая часть конфигурируется для поддержки считывающего элемента в стабильном положении, причем соединительное устройство или размещается на грунте, или погружается в него, и по меньшей мере содержит один стержень, расположенный в плоскости, которая по существу перпендикулярна периферийной поверхности поддерживающей части SP2 и соединяется с поддерживающей частью SP2. При этом соединительное устройство TRM дополнительно включает в себя средства FSM крепления для присоединения считывающего элемента SU к соединительному устройству TRM. Технический результат – обеспечение стабильного положения считывающего элемента и повышение жесткости корпуса. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Соединительное устройство для считывающего элемента, содержащего по меньшей мере один датчик, расположенный внутри корпуса, которое включает в себя:

- по меньшей мере одну поддерживающую часть, выполненную с возможностью поддержки считывающего элемента в стабильном положении, причем соединительное устройство расположено на грунте или погружено в него, и

- по меньшей мере один стержень, расположенный в плоскости, которая по существу перпендикулярна периферийной поверхности поддерживающей части, и соединенный с поддерживающей частью,

при этом соединительное устройство дополнительно включает в себя соединительные средства для присоединения считывающего элемента к соединительному устройству.

2. Соединительное устройство по п.1, которое имеет симметричную форму по отношению к по меньшей мере одной плоскости, которая, по существу, перпендикулярна поддерживающей части.

3. Соединительное устройство по п.1, которое имеет по меньшей мере первую поддерживающую часть, к которой в требуемом положении прилегает корпус, и вторую поддерживающую частью, имеющую периферийную секцию, которая по существу параллельна периферийной секции первой поддерживающей части, при этом первая и вторая поддерживающие части соединены вместе по меньшей мере одним стержнем.

4. Соединительное устройство по п.2, которое имеет по меньшей мере первую поддерживающую часть, к которой в требуемом положении прилегает корпус, и вторую поддерживающую частью, имеющую периферийную секцию, которая по существу параллельна периферийной секции первой поддерживающей части, при этом первая и вторая поддерживающие части соединены вместе по меньшей мере одним стержнем.

5. Соединительное устройство по п.1, которое включает в себя по меньшей мере два стержня, соединенных вместе с первой и второй поддерживающими частями, и по меньшей мере одно частично периферийное ребро, расположенное параллельно по меньшей мере одной периферийной секции первой и второй поддерживающих частей.

6. Соединительное устройство по п.2, которое включает в себя по меньшей мере два стержня, соединенных вместе с первой и второй поддерживающими частями, и по меньшей мере одно частично периферийное ребро, расположенное параллельно по меньшей мере одной периферийной секции первой и второй поддерживающих частей.

7. Соединительное устройство по п.3, которое включает в себя по меньшей мере два стержня, соединенных вместе с первой и второй поддерживающими частями, и по меньшей мере одно частично периферийное ребро, расположенное параллельно по меньшей мере одной периферийной секции первой и второй поддерживающих частей.

8. Соединительное устройство по п.4, которое включает в себя по меньшей мере два стержня, соединенных вместе с первой и второй поддерживающими частями, и по меньшей мере одно частично периферийное ребро, расположенное параллельно по меньшей мере одной периферийной секции первой и второй поддерживающих частей.

9. Соединительное устройство по любому из пп.1-8, которое имеет третью поддерживающую часть, предназначенную для закрепления на ней конца корпуса, причем третья поддерживающая часть расположена между первой и второй поддерживающими частями.

10. Соединительное устройство по любому из пп.1-8, в котором первая поддерживающая часть имеет канавку, поддерживающую уплотнительное кольцо, и предназначена для расположения между соединительным устройством и корпусом.

11. Соединительное устройство по п.9, в котором первая поддерживающая часть имеет канавку, поддерживающую уплотнительное кольцо, и предназначена для расположения между соединительным устройством и корпусом.

12. Соединительное устройство по п.9, в котором третья поддерживающая часть включает в себя сквозное отверстие, предназначенное для прохождения через него резьбовых крепежных средств, чтобы прикреплять конец корпуса к третьей поддерживающей части.

13. Соединительное устройство по п.10, в котором третья поддерживающая часть включает в себя сквозное отверстие, предназначенное для прохождения через него резьбовых крепежных средств, чтобы прикреплять конец корпуса к третьей поддерживающей части.

14. Соединительное устройство по п.11, в котором третья поддерживающая часть включает в себя сквозное отверстие, предназначенное для прохождения через него резьбовых крепежных средств, чтобы прикреплять конец корпуса к третьей поддерживающей части.

15. Соединительное устройство по любому из пп.1-8, 11-14, в котором нижний компонент второй поддерживающей части включает в себя амортизирующие средства.

16. Соединительное устройство по п.9, в котором нижний компонент второй поддерживающей части включает в себя амортизирующие средства.

17. Соединительное устройство по п.10, в котором нижний компонент второй поддерживающей части включает в себя амортизирующие средства.

18. Соединительное устройство по любому из пп.1-8, 11-14, 16, 17, в котором каждая периферийная секция поддерживающей части имеет круговую форму.

19. Соединительное устройство по п.9, в котором каждая периферийная секция поддерживающей части имеет круговую форму.

20. Соединительное устройство по п.10, в котором каждая периферийная секция поддерживающей части имеют круговую форму.

21. Соединительное устройство по п.15, в котором каждая периферийная секция поддерживающей части имеет круговую форму.

22. Считывающий элемент, приспособленный для крепления к соединительному устройству по любому из пп.1-21.

23. Считывающий элемент по п.22, в котором по меньшей мере один датчик является однокомпонентным вертикальным цифровым датчиком.

24. Считывающий элемент по п.22, в котором по меньшей мере один датчик является трехкомпонентным ортогональным цифровым датчиком.

25. Считывающий элемент по п.24, в котором по меньшей мере один датчик является цифровым сейсмоприемником или цифровым измерителем ускорения.

26. Считывающий элемент по любому из пп.22-25, в котором по меньшей мере один датчик является цифровым сейсмическим датчиком.