Скважинный источник упругих волн Советский патент 1989 года по МПК G01V1/52 

Изобретение относится к геофизическим методам разведки месторождений полезных ископаемых и может быть использовано для возбуждения упругих волн при сейсмических и сей смоакустйческих исследованиях в скважинах.

Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия.

На фиг. 1 приведен скважинный источник упругих волн в транспортном состоянии, общий вид; на фиг. 2 и 3 - сечения А-А и Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вид В на фиг. 1; на фиг.5 источник в промежуточном состоянии между транспортным и рабочим состоя ниями, общий вид; на фиг. 6 - то же в рабочем состоянии.

Скважинный источник упругих волн (фиг.1-3) содержит корпус 1 с продольными окнами 2 и 3, электромагнитный ударник 4, помещенньй в верхнюю часть корпуса 1, внутренний стакан 5, внешний стакан 6, накладки 7 и 8, возвратную пружину 9, рабочую пружину 10, шток 11, шарИковьй замок прикрепленный к краю внутреннего стакана 5 и вьтолненный в виде кольца 12 с внутренней кольцевой проточкой, имеющей вид усеченного конуса, меньшее основание которого направлено в сторону электромагнитного ударника 4, и шариков 13, установленных свободно в выточке кольца 12 между внутренней поверхностью последнего и поверхностью штока 11, и узел из- лучения, вьшолненньй в виде клина 14 со ступенчатой рабочей поверхностью и прижимного элемента 15 и установленный в нижней части внешнего стакана 6.

Возвратная пружина 9 установлена на штоке 11 и одним концом взаимодействует с корпусом 1, например , через жестко связанную с ним шайбу (фиг.2) с осевым отверстием (не обозначено) , установленную над узлом излучения, а другим концом - через опорньй буртик на штоке 11 (не обозначен) .,

Рабочая пружина 10 установлена на штоке 11 и одним концом взаимодействует с корпусом так же, как и возвратная пружина 9, а другим концом - с внутренним стаканом 5, например, через кольцо 12 шарикового замка.

Внутренний стакан 5, помещенньй вверх дном в верхнюю часть внешнего стакана 6, может перемещаться в последнем вдоль оси и взаимодействовать с электромагнитным ударником 4 внешней поверхностью дна и со штоком 11 внутренней поверхностью дна-.

Внутренний стакан 5 и внешний стакан 6 установлены в корпусе I под электромагнитным ударником.

Во внешнем стакане 6 выполнено продольное окно 16 со стороны продольного окна 2 в корпусе 1, в кото- рое помещен конец прижимного элемен- та 15, второй конец которого взаимодействует со ступенчатой поверхностью клина 14.

Прижимной элемент 15 выполнен полым, установлен в направлякщей 17 и снабжен пружиной 18. Прижимной .элемент 15 подпружинен также снизу пластинчатой пружиной 19, чем обес

печивается его расположение в плос0

кости, перпендикулярной оси устройства.

Шток 11 жестко соединен с клином 14 и установлен во внешнем стакане 0 6 с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с электромагнитным ударником 4 через внутренний стакан 5.

Продольные окна 2 и 3 в корпусе 5 1 выполнены симметрично относительно его оси.

Накладйи 7 и 8 установлены в продольных окнах 2 и 3 корпуса 1 соответственно и прикреплены к внешнему 0 стакану .6. Толш:ина накладки 8 больше толщины корпуса 1, а толщина накладки 7 равна толщине корпуса 1.

В исходном состоянии (фиГоО внутренний стакан 5 внешней поверхностью 5 своего дна прижат рабочей пружиной 10 к электромагнитному ударнику 4. Верхний торец штока 11 прижат возвратной пружиной 9 к внутренней поверхности дна внутреннего стакана 5. Прижимной элемент 15 утоплен внутрь внешнего стакана 6.

Скважинньй источник упругих волн работает следующим образом.

В транспортном состоянии (фиг.1) его опускают на каротажном кабеле (не обозначен) в скважину на требуе- ,мую глубину.

На электромагнитный ударник 4 подают управляющее напряжение и он

5

осуществляет силовое воздействие на дно внутреннего стакана 5 с наружной его поверхности. Внутренний стакан 5 смещается вниз во внещнем стакане 6 вместе с шариковым замком и сжимает рабочую пружину 10. Так как шток 11 контактирует в исходном состоянии с внутренней поверхностью дна внутреннего стакана 5, то он, также смещается и сжимает при этом возвратную пружину 9. Клин 14 также смещается вниз и выдвигает своей ступенчатой рабочей поверхностью прижимной элемент 15, который смещается на направляющей 17 в направлении к стенк е скважины и растягивает при этом пружину 18.

При завершении силового воздействия внутренний стакан 5 вместе с шариковым замком под действием рабочей пружины 10 возвращается в исходное состояние. Под действием силы трения конда прижимного элемента 15 о ступенчатую рабочую поверхность клина 14 и усилия, создаваемого пружиной 18, клин 14 и шток 11 останавливаются во внешнем стакане 6 в позиции, которую они заняли после завершения первого силового воздействия электромагнитного ударника 4. Между внутренней поверхностью дна внутреннего стакана 5 и верхним торцом штока 11 возникает зазор. Электромагнитный ударник 4 осуществляет следующее силовое воздействие на внутренний стакан 5, который смещается В низ вместе с шариковым замком.

Шарики 13 в силу инерции некоторое время остаются в исходном положении, а кольцо 12 смещается вниз относительно щтока 11. Шарики 13 при этом попадают в верхнюю часть внутренней кольцевой проточки в кольце 12 и заклиниваются между поверхностью штока 11 и поверхностью внутренней проточки в кольце 12. Образуется кратковременная жесткая связь между внутренним стаканом 5 и штоком 11 через кольцо 12. Так как внутренний стакан 5 продолжает смещаться вниз, то он принуждает и шток 11 также смещаться вниз. Клин 14 тоже смещается вниз и еще больше выдвигает прижимной элемент 15 из продол ьньк окон 2 и 16 в направлении к стенке скважины. Рабочая пружина 10 и возвратная пружина 9 сжимаются.

10

15

20

56922-

При завершении силового воздействия внутренний стакан 5 останавливается, а затем под действием рабочей J. пружины 10 возвращается в исходное состояние. Шарики 13 возвращаются в исходное состояние при ос тановке и перемещении вверх внутреннего стакана 5, жесткая связь между внутренним стаканом 5 и щтоком 11 нарушается. Далее процесс повторяется до тех пор, пока не будет осуществлено прижатие устройства накладкой 8 и торцом прижимного элемента 15 к стенке скважины (фиг.5). После этого каротажный кабель приспускают. Корпус 1 опускается вниз вместе с электромагнитным ударником 4 и внутренним ста- каном 5 с шариковым замком относительно внешнего стакана 6, штока 11, излучающего узла и накладок 7 и 8 до тех пор, пока торец штока 11 не войдет в контакт с внутренней поверхностью дна внутреннего стакана 5 25 (фиг.6). Накладки 7 и 8 и прижимной элемент 15 не препятствуют перемещению корпуса 1 за счет продольных окон 2, 16 и 3.

Таким образом, через шток 11 на 30 излучающий узел передается усилие, создаваемое массой корпуса 1, электромагнитного ударника 4, внутреннего стакана 5 и каротажного кабеля, которое обеспечивает надежный прижим накладки 8 и прижимного элемента. 15 к стенке скважины. Рабочая 10 и возвратная 9 пружины возвращаются в исходное состояние.

После этого производят серию рабочих силовых воздействий электромагнитным ударником 4 на излучающий узел, возбуждая упругие колебания в горных породах через прижимной элемент 15 и накладку 8.

При завершении исследований прекращают подачу управляющего напряжения на электромагнитный ударник 4 и источник, извлекают из сквалшны или устанавливают в другом пункте скважины. Для этого корпус 1 с помощью каротажного кабеля поднимают. Источник вначале принимает промежуточное состояние, при котором возвратная пружина 9 сжата, а внутренний стакан 5 с шариковым замком находятся в исходном состоянии (фиг.5). При дальнейшем подъеме корпуса 1 один торец прижимного элемента 15, прижатый к стенке скважины, остается

35

40

45

50

55

145692

за счет сил трения на месте, а другой вместе с направляющей 17 смещается при .перемещении внешнего стакана 6 вверх и воздействует на пружины 19 до тех пор, пока не соскольз нет на нижнюю ступеньку рабочей поверхности клина 14,

Пружина 19 предотвращает падение прижимного элемента 15 вниз. Продоль10

ные окна 2 и 16 не препятствуют сме- . щению прижимного элемента 15. Уменьшение сил давления на клин 14 позволяет возвратной пружине 9 переместить шток 11 и клин 14 в исходное положение. Прижимной элемент 15 под действием пружины 19 также возвращается в исходнс1е положе ше. Шариковый замок не препятствует этому, так как шарики 13 при этом находятся в нижнем положении и поэтому не заклиниваются. Накладка 7 обеспечивает исключение возможности вращения корпуса 1 относительно внешнего стакана 6.

Формула изобр. етения

1.. Скважинный источник упругих волн, содержащий корпус с продольным окном с установленны уй в нем электромагнитным ударником, штоком, возвратной пружиной и узлом излучения, при этом возвратная пружина установлена на штоке с возможностью взаимодействия со штоком и корпусом, который нижним концом соединен с узлом, излучения и установлен с возможнос

тью осевого перемещения и взаимодействия с электромагнитным ударником, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен внутренним и внешним стаканами, которые установлены в корпусе, шариковым замком и рабочей пружиной, при этом внутренний стакан помещан в верхнюю часть внешнего стакана с возможнос

тью осевого перемещения и взаимодей- ствия внешн.ей поверхностью дна внутреннего стакана с электромагнитным ударником, а его внутренней поверхностью - со штоком, шариковый замок прикреплен к краю внутреннего ста- кана с возможностью взаимодействия со штоком, рабочая пр50кина помещена .на шток с возможностью взаимодействия с корпусом и в1гутренним стаканом.

2, Источник по п.

о т л и

ч а ю щ и и с я тем, что он снабжен 25 двумя накладками, при этом во внешнем стакане выполнено продольное окно со стороны продольного окна в корпусе, в корпусе выполнено второе продольное окно, симметричное отно- 30 сительно оси корпуса первому продольному окну, обе накладки, прикреплены к наружной поверхности внешнего стакана с возможностью перемеще шя в продольных окнах корпуса, а узел излучения установлен в нижней части внешнего стакана с возможностью прохождения продольное окно во внешнем стакане.

35

Фиа.г

Б-Б

Фие.д

Изобретение может быть использовано для возбуждения упругих волн при сейсмоакустических исследованиях в скважинах. Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия. Источник содержит корпус 1 с продольными OKHaMIi 2 и 3, электромагнитный ударник 4, внутренний стакан 5, внешний стакан 6, накладки 7 и 8, возвратную пружину 9, рабочую пружину 10, иток 11, шариковый замок, выполненный в виде кольца 12 и шариков 13, установленных свободно в выточке кольца 12, клин 14 и прижимной элемент 15, 1 -з.п. ф-лы, 6 ил. и -Ч О1 ОЭ QD Ю

,у

у и и

fv,

/ /«

/Г

.

10

9