ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Советский патент 1995 года по МПК G01V1/157 

Изобретение относится к невзрывным источникам возбуждения сейсмических колебаний, используемым в разведочной геофизике.

Цель изобретения уменьшение поперечных габаритов источника и повышение сейсмической эффективности путем увеличения базы излучателя.

На фиг. 1 представлен схематический чертеж источника с камерой для генерации импульсного давления при помощи индукционно-динамического двигателя, рабочим органом которого является якорь-поршень; на фиг. 2 то же, с камерой для генерации импульсного давления при помощи электроискрового разряда; на фиг. 3 то же, с камерой для генерации импульсного давления при помощи взрыва; на фиг. 4 то же, с камерой для генерации импульсного давления при помощи гидроудара; на фиг. 5 представлен набор унифицированных секций, образующих линейный источник с большой базой излучателя.

Источник сейсмических сигналов (см. фиг. 1) представляет собой корпус 1, который имеет продольную и радиальную расточки. В продольной расточке под углом 45^о к поверхности исполнительного поршня 2 закреплен отражатель 3 упругой волны со скошенным торцом. С другой стороны расточки расположен поршень 4, который образует рабочую полость 5. Полый поршень 4 проходит через отверстие в центре отражателя 3. В радиальной расточке корпуса 1 размещен исполнительный поршень 2. Внешний конец поршня 2 соединен с излучающей плитой 6, а его внутренняя поверхность обращена к скосу отражателя 3. Причем взаимное расположение их плоскостей находится под углом 45^о. На торце корпуса 1 со стороны поршня 4 закрепляется сменная головка 7, внутренняя полость которой образует с торцом поршня 4 камеру 8 высокого давления. Из канала 9 через дроссельное отверстие 10 камера 8 заполняется жидкостью, после чего в ней генерируются импульсы высокого давления, например электрического разряда между электродами 11, размещенными перпендикулярно продольной оси источника, от двигателя индукционно-динамического или электродинамического типа, от взрыва, например, пиропатрона 12 (см. фиг. 3), от гидроудара (см. фиг. 4), например, при резком открытии клапана 13, расположенного на трубопроводе между камерой 8 и гидропневмоаккумулятором 14, и других генераторов. На другом (нижнем) торце корпуса 1 крепится устройство 15. Полость этого устройства заполняется жидкостью под давлением от внешнего источника через канал 9. Давление жидкости из полости устройства 15 через канал и дроссельное отверстие 16 в полом штоке поршня 4 подается в рабочую полость 5 и уравновешивает статическое усилие, действующее на поршень 4 со стороны камеры 8. Кроме того, в полости устройства 15 размещена пружина 17, которая упирается в полый шток поршня 4 и прижимает его к сменной головке 7. Для увеличения базы излучателя его корпус 1 выполнен в виде унифицированной секции. На фиг. 5 изображен набор 18 из унифицированных секций, которые соединяются между собой последовательно, образуя излучатель необходимой длины с единой базой L. Соединение секций в набор 18 образует между ними полости 19, которые заполняются жидкостью через канал 20. На первой секции набора 18 устанавливается выбранная сменная головка 7, например камера с электродами 21, на последней крепится устройство 15, снабженное пружиной 17, упирающейся в полый шток поршня 4 последней секции.

Источник работает следующим образом. После установки источника (см. фиг. 1) в рабочее положение (при скважинном или наземном варианте его использования) от внешнего источника питания по каналу 9 подается жидкость в полость устройства 15. Далее жидкость проходит через канал в полом штоке поршня 4, дроссельное отверстие 16 и заполняет рабочую полость 5. Одновременно через дроссельное отверстие 10 заполняется жидкостью камера 8. В случае необходимости заполнения камеры 8 жидкостью с другой характеристикой дроссельное отверстие 10 закрывается. Источник готов к пуску. После этого запускается выбранный генератор.

Импульсное давление в камере 8 можно создавать разрядом запасенной в конденсаторах электрической энергии между электродами 11 (см. фиг. 2), взрывом, например, пиропатрона 12 (см. фиг. 3), гидравлическим ударом при резком открытии, например, клапана 13 и другими средствами. Давление в камере 8 действует на торец поршня 4 с некоторой силой F SP, где S площадь поршня 3; Р избыточное давление в камере. Под действием этой силы малой продолжительности поршень воздействует на столб жидкости, заключенной в полости 5. В результате на границе соприкосновения поршня 4 с жидкостью, заключенной в полости 5, повышается давление. Это давление в форме упругой волны начинает распространяться вдоль столба жидкости по направлению к отражателю 3. Достигнув отражателя 3, ударная упругая волна отражается под углом 45^о в направлении исполнительного поршня 2. В момент столкновения ударной волны с внутренней поверхностью поршня 2 последний развивает усилие, равное
G SP_o+ + Δ (P_yn) где S_n площадь исполнительного поршня 2;
Р_о начальное статическое давление в источнике;
S площадь поршня 4 в камере;
n коэффициент отношения площади штоковой части поршня к бесштоковой;
Δ P_y давление ударной волны;
n коэффициент, учитывающий потерю давления удара из-за утечек жидкости;
F сила, действующая на торец поршня 4 от импульсного давления.

Под действием силы G излучающая плита 6 относительно корпуса 1 или секций 19 с инерционным грузом (на чертежах не показан) перемещается и деформирует грунт на некоторую величину. Эта деформация сопровождается распространением вглубь грунта сейсмических волн.

После окончания процесса давление в камере 8 падает. Под действием пружины 17 и давления обратной волны, отраженной от плоскости поршня 2, поршень 4 возвращается в исходное положение. Давление в полости устройства 15 в камере 8 и полости 5 источника проходит в исходное состояние.

Увеличение базы излучателя осуществляется последовательно соединением секций в набор 18 (см. фиг. 5). При этом конец полого штока поршня 4 первой секции должен упираться в торец поршня 4 второй секции, конец полого штока второй секции должен упираться в торец поршня 4 третьей секции и так далее, а канал 9 каждой секции должен совмещаться в единый канал всего набора 18. Образовавшиеся полости 19 должны быть соединены каналом 20 с каналом 9.

Подготовка набора 18 секций (см. фиг. 5) к работе аналогична подготовке к работе описанного источника, состоящего из одной секции (см. фиг. 1). Процесс работы и возбуждение сейсмических колебаний осуществляется также по описанной схеме.

Описанный источник может размещаться в скважинах и возбуждать направленные поперечные волны, а также способен возбуждать продольные волны в наземной сейсморазведке, а за счет выполнения камеры с электродами сменный источник позволяет работать практически с любым генератором импульсов высокого давления в камере.

Установка в камере с жидкостью электродов, расположенных перпендикулярно продольной оси источника и отражателя, расположенного под углом 45^о к поверхности исполнительного поршня, позволяет уменьшить поперечные габариты источника, а увеличение базы излучателя позволяет повысить сейсмическую эффективность источника.

Изобретение относится к невзрывным устройствам возбуждения упругих волн и может быть использовано как в скважинной, так и в наземной сейсморазведке. Цель изобретения - уменьшение поперечных габаритов источника и повышение эффективности путем увеличения базы излучателя. Источник сейсмических сигналов представляет собой корпус, в котором размещены и поршень, и отражатель упругих волн со скошенным под углом 45° торцом. Напротив плоскости скоса отражателя расположен исполнительный поршень, внешний конец которого соединен с излучающей плитой. На верхнем торце корпуса крепится сменная головка, в полости которой создаются импульсы высокого давления от генератора, например от электрического разряда, а на нижнем торце установлена пружина, соединенная с концом полого штока поршня, обращенного своим верхним торцом в сторону камеры высокого давления. Для изменения базы излучателя корпус источника выполнен в виде унифицированной секции, а набор из последовательно жестко соединенных секций составляет единую базу необходимой длины. Уменьшение поперечных габаритов источника обеспечивается расположением электродов в камере с жидкостью перпендикулярно продольной оси источника и установкой в камере под углом 45° к поверхности исполнительного поршня отражателя. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащий корпус, в котором размещена камера с жидкостью и электродами, и исполнительный поршень с излучающим элементом, расположенный в радиальной расточке корпуса, отличающийся тем, что, с целью уменьшения поперечных габаритов, электроды размещены перпендикулярно продольной оси источника, а под углом 45^o к поверхности исполнительного поршня установлен отражатель. 2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения сейсмической эффективности путем увеличения базы излучателя, корпус выполнен в виде набора последовательно соединенных секций, каждая из которых содержит дополнительный поршень, полый шток которого проходит через отражатель и соединен с дополнительным поршнем следующей секции, при этом камера с электродами размещена на верхнем торце первой секции, а полый шток последней секции снабжен пружиной, установленной на ее нижнем торце. 3. Источник по п.1, отличающийся тем, что камера с электродами выполнена сменной.