Устройство для возбуждения упругих волн в скважине Советский патент 1985 года по МПК G01V1/147 G01V1/52 

1

Изобретение относится к устройствам для возбутвдения упругих волн в горных породах и может быть исползовано в скважинкой геофизике, в частности, при выполнении сейсмоакустического просвечивания.

Известно устройство для возбуждения упругих волн, содержащее наконечник в виде полуконуса, штангу, выполненную с возможностью поворота, упор, направляющий стержень груз, фиксатор поднятия груза и опоную площадку Cl J

Недостатком устройства являет- ря низкий КПД преобразования энергии падающего груза в колебания среды, так как устройство устанавливают в мягких грунтах, что приводит к плохому согласованию импедансов среды и наконечника., .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для возбуждения упругих волн л скважине, содержащее падающий груз,устройство для подъема и сбрасывания груза, корпус, што пружину, направляющие, контактные элементы с поверхностями скольжения и распорный элемент, установленный с возможностью перемещения вдоль оси устройства по поверхностям с1 ольжения контактных элементов, которые установлены с возмож ностью перемещения перпендикулярно оси устройства по направляющим.

Устройство , на несущем: тросе опукают в скважину. Отбойный переходник в это время снят и остается на поверхности. По распорному.элементу наносят предварительные удары грузом, поднимаемым в рабочее по,ложение с помощью тягового троса Перемещаясь вниз под действием ударов, распорный элемент раздвигает направляющие косынки и . растягивает стягивающие пояса. При этом жестко скрепленные с косынка.,,; контактные щеки прижимаются к стенкам скважины. Распорный -элемент удерживается в нижнем положении торцами направляющих косынок, прилегающих к его поверхности, за счет сил трения. При последующих ударах часть кинетической энергии падающего груза преобразуется системой: распорный элемент - направляющие косынки - контактные щеки, в энерппо

8954 - 2

продольных и поперечных волн, распространяющихся в окружающей скйажину среде.

Для извлечения устройства из скважины груз поднимают на поверхность и крепят к нему отбойный переходник. Затем груз вновь опускают в скважину и несколько раз сбрасывают на корпус устройства. При этом

0 переходник ударяет по верхнему торцу корпуса, который вместе с направляющими косынками опускается вниз относительно распорного элемента. Усилие стягивающих поясов выталки5 вает распорный элемент вверх и перемещает направляющие косынки к оси устройства. В результате этого поперечные габариты устройства умень шаются, что позволяет извлекать

0 устройство из скважины 2 J.

Недостатком данного устройства является низкий КПД. Это объясняется тем, что часть полезной энергии, идущая на.образование упругих волн,

5 расходуется на преодоление сил сопротивления упругости стягивающих поясов.

Недостатком также является слож ность извлечения устройства из скваQ жины вследствие неравномерного распределения сил давления со стороны стенок скважины на контактные щеки, так как при этом возможно несинхронное перемещение их по направляющим окнам, что может привести к перекосу и заклиниванию одной из контактных щек.

Кроме того, для извлечения устройства требуются дополнительные операции по поднятию груза, крепления к нему отбойного переходника, опусканию груза и нанесению им дополнительньк ударов по корпусу.

Цель изобретения - повышение КПД, надежности и удобства в эксплуатации устройства. Г

Поставленная цель достигается

тем,- что устройство для вазбуткдения упругих волн в скважине, содержащее падающий груз, устройство для подъема и сбрасывания груза, корпус, щток, пружину, направляющие, контактные элементы с поверхностями скольжения и распорный.элемент, установленный .с возможностью перемещения вдоль оси устройства по поверхностям скольжения контактных элементов, которые установлены с возможностью

3

перемещения перпендикулярно оси устройства по направляющим, снабжено стаканом, направляющие выполнены вдоль поверхностей скольжения на распорном элементе, а на контактньсх элементах выполнены соответствующие им пазы, при этом распорный элемент жестко соединен со штоком, снабженным головкой, которая вместе с подающим грузом расположена в корпусе, а предварительно сжатая.;пру- жина размещена на штоке между корпусом и стаканом, который свободно установлен на штоке и прижат к контактным элементам, в верхней части пазов которых выполнены выступы, заходящие в соответствующие дополнительные пазы в направляющих распорного элемента.

Увеличение КПД достигается путем экономии, энергии удара, которая чатично затрачивала,сь на преодоление сил упругости стягивающих поясов. Кроме того, в процессе извлечения снаряда из скважины за счет синхрон кого смыкания контактных элементов исключается перекос устройства и егоЗаклинивание, т.е. повышается надежность, а также не требуется дополнительных операций по подъему, спуску груза, крепления ,к нему отбойного переходника и нанесения дополнительных ударов, что создает удобства в его эксплуатации

На фиг. 1 показано устройство в нерабочем состоянии, общий вид, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для возбуждения упругих волн в скважине состоит из груза 1, расположенного в корпусе 2, щтока 3, пружины 4, стакана 5 распорного элемента 6 с осевым отверстием 7, направляющими 8 и пазами 9, контактных элементов 10 с пазами 11 и выступами 12, опорной плиты 13, возвратного штока 14 и приво а 15.

Груз 1 и головка штока 3 расположены в корпусе 2. Шток 3 жестко скреплен с распорным элементом 6. На штоке 3 между корпусом 2 и стаканом 5 установлена предварительно сжатая пружина 4. Стакан 5 свободно установлен на штоке 3 и прижат пружиной 4 к контактным элементам 10 с выступами 12, В распорном элементе 6 имеется осевое отверстие. 7, в котором размещен возвратный шток 14,

54 4 жестко скрепле}:ный с опорной плитой 13. Возвратньй шток 14 имеет головк.у, с помощью которой опорная плита 13 удерживается от выпадения,

Распорный элемент 6 выполнен в виде усеченной пирамиды, вершина которой направлена в сторону, противоположную месту крепления штока 3 о На гранях пирамиды распорного элемента 6 вдоль поверхностей скольжения выполнены направляющие 8, в которых имеются продольные пазы 9. Соответствующим образом изготовлены и контактные элементы 10, поверхность которых по периферии повторяет форму цилиндра, а с внутренней стороны -. наклонную плоскость, вдоль оси симметрии которой вьтолнены пазы 11 под направляющие 8 распорного элемента 6 и выступы 12, которые могут скользить в пазах 9 распорйого эл мента 6. Контактные элементы 10 размещены со стороны стакана 5 по направляющим 8 на распорном элементе 6 . . .

В нерабочем состоянии (фиг. 1) головка штока 3 опирается на внутреннюю часть корпуса 2. Контактные элементы 10с помощью пружины 4 сдвинуты по направляю;щим 8 в сторону опорной плиты 13 и замкнуты между собой боковьЕми гранями (фиг. 2), что соответствует минимальному поперечному габариту устройства.

Привод 15 установлен в корпусе

2и обеспечивает подъем груза 1.

Устройство работает следующим образом.

Устройство опускают в скважину до тех пор, пока опорная плита 13 не достигнет ее дна и не станет при этом взаимодействовать с контактными элементами 10. Под действием собственного веса корпус 2 продолжает двигаться вниз, сжимая при этом пружину 4 и высвобождая головку штока 3 от контакта с корпусом 2, что необходимо в процессе работы для изоляции корпуса 2 от воздействия ударных нагрузок, затем включают привод 15. После нанесения предварительных ударов групом 1 по головке штока 3 шток

3и распорный элемент 6 начинают перемещаться вниз и раздвигать в стоРОНЫ контактные элементы 10 до плотного соприкосновения их со стенкаи скважины. В процессе этого двиения нижняя торцовая поверхность 5 стакана 5 скользит по опорным повер костям, o6pa30BaHHbnvi площадкой, состоящей из верхних торцов контакт ных элементов 10 и выступов 12. При этом перекос контактных элементов 10 друг относительно друга исключен так как движутся по направляющим 8распорного элемента 6 и соответствующим пазам 11 контактных элементов 10, причем их стабилизирует пружина 4, которая, равномерно воздействуя через стакан 5 на контактные элементы10 и выступы 12, обеспечивает контакт элементов 10 с .опорной плитой 13. В процессе движения выступы 12 контактных элементов 10 перемещаются по пазам 9распорного элемента 6, а возвратный шток 14 - в отверстии 7 распорного элемента 6... Далее проводится серия рабочих ударов, позволяющая возбуждать упругие волны в среде, После окончания рабочего цикла выключают привод 15 и снаряд поднимают. Корпус 2 захватывает головку штока 3, а освобождающаяся при этом пружина 4, продолжая воздействовать через стакан 5 на опорные поверхности распорных элементов 6 и высту пов 12, заставляет контактные элементы 10 оставаться в неподвижном состоянии. После захвата головки штока 3 он вместе с распорным элементом 6 начина.ет перемещаться вверх, увлекая за собой кон546тактные элементы 10. Вследствие воздействия на них сил трения со стороны стенок скважины силы давления пружины 4 тянущих усилий, передаваемых через наклонно расположенные направляющие 8 распорного элемента 6 и пазы 11 контактных элементов 10, контактные элементы 10 начинают равномерно перемещаться к оси устройства, а возвратный шток 14, остающийся пока на месте и скользящий в отверстии 7, своей головкой . захватывается, распорным элементом 6. Смыкание контактных элементов 10 ПРОИЗВОДИТСЯ по соответствующим направляющим 8 и пазам 11, Достигнув крайнего нижнего положения относительно распорного элемента 6, контактные элементы 10 своими боковыми гранями замыкаются между собой. При этом опорная плита 13 с ними не соприкасается. Таким образом, устройство приобретает исходную форму и извлекается из скважины. Положительный эффект изобретения по сравнению с прототипом состоит в увеличении КПД за счет сокращения потерь энергии, затрачиваемой на растяжение эластичных элементов, . повышении надежности за счет синхронности работыконтактных элементов и более npdCToro конструктивного решения устройства и повьш1ении производительности трУда вследствие г сключения дополнительных операций при извлечении yctpoiicTBa из скважиныФиг.1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН В СКВАЖИНЕ, содержащее падающий груз, устройство для подъема и сбрасьгоания груза, корпус, jfflTOK, пружину, направляющие, контактные элементы с поверхностями скольжения и распорный элемент, установленный с возможностью переме щения вдоль оси устройства по поверхностям скольжения контактных элементов, которые установлены с возможностью перемещения перпендикулярно оси устройства по направ-. ляющим, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения КПД, надежности и удобства эксплуатации, оно снабжено стаканом, направляющие выполнены вдоль поверхностей скольжения на распорном элементе, а на контактных элементах выполнены соответствуюгрте им пазы, при этом распорный элемент жестко соединен со iBTOKOM, снабженным .головкой, которая вместе с задающим грузом расположена в корпусе, а предвари(О тельно сжатая пружина размещена на штоке между корпусом и стаканом, который свободно установлен на штоке ,и прижат к контактным элементам, в верхней части пазов которых рыполнены выступы, заходящие в соответствующие дополнительные пазы в направел ляющих распорного элемента. 00 ;о СП 4i