Скважинный источник упругих колебаний Советский патент 1990 года по МПК G01V1/52 G01V1/133 G01V1/147 

t

(21)4352548/23-25

(22)29.12.87

(46) 30.08.90.БЮЛ,. № 32

(71)Украинский филиал Всесоюзного

. научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела

(72)Ю.Г.Мясников, А.С.Трифонов, Ю.Л.Семцов, А.В.Анциферов

и В.И.Жулябин

(53)550.83 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1038898, кл. G 01 V 1/04, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1226382, кл. G 01 V 1/147, 1986,

(54)СКВАЖИННЫЙ ИСТОЧНИК УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ

(57)Изобретение относится к средствам ударного возбуждения упругих волн в ropHbix массивах и может быть использовано в шахтной сейсморазведке геологических аномалий в пластах полезных ископаемых. Целью изобретения является повышение интенсивности и расширение спектра возбуждаемых в горном массиве колебаний. Для дости- дения цели источник дополнительно снабжен устройством управления инерционной массой 2, выполненным в виде соосной с корпусом источника и подвижной относительно него полой штанги 11, на конце которой размещено устройство захвата инерционной массы. Устройство захвата выполнено в виде полого цилиндра 13, внутри которого расположен цилиндрический наконечник 14. Для подготовки источника к работе в камеру между торцовой втулКой 10 и торцом инерционной массы 2 по зазору между стенкой штанги Пи штоком 12 подается сжатый воздух с рабочим давлением. Смещением управляющего элемента 19 освобожденная инертная масса 2 наносит удар по наконечнику 4. I 3.п, ф-лы, 1 ил.

с S

(Л

Изобретение относится к средствам ударного возбуждения упругих волн в горных массивах и может быть использовано в шахтной сейсморазведке геологических аномалий в пластах полезных ископаемых. Целью изобретения является повышение интенсивности и расширение спектра возбуждаемых в горном массиве колебаний. Для достижения цели источник дополнительно снабжен устройством управления инерционной массой 2, выполненным в виде соосной с корпусом источника и подвижной относительно него полой штанги 11, на конце которой размещено устройство захвата инерционной массы. Устройство захвата выполнено в виде полого цилиндра 13, внутри которого расположен цилиндрический наконечник 14. Для подготовки источника к работе в камеру между торцовой втулкой 10 и торцом инерционной массы 2 по зазору между стенкой штанги 11 и штоком 12 подается сжатый воздух с рабочим давлением. Смещением управляющего элемента 19 освобожденная инертная масса 2 наносит удар по наконечнику 4. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

5 64 7

ZZ T/7;7 7

89

СП

ОС

со

(чЭ

СО СП

Изобретение относится к средствам ударного возбуждения упругих волн в горных массивах и может быть использовано в шахтной сейсморазведке гко- логических аномалий в пластах полезных ископаемых

Цель изобретения - повышение интенсивности и расширение спектра возбуждаемых в горном массиве колебаний,,

На чертеже показан скважинный источник, продольный разрез о

Источник содержит корпус 1 в виде полого цилиндра, в котором свободно перемещается цилиндрическая инерцион- ная масса 2, В торцовой части инеоиионной массы, обращенной к хвостовой части источника, выполнена цилиндрическая камера 3 с зауженной входной частью, В головной части корпуса установлен наконечник 4 с насадкой 5 и фиксирующей эластичной втулкой 6. В торцовой части наконечника 4 имеется осевое отверстие 7, сообщающееся с поперечным отверстием 8, напротив которого в корпусе расположены отверстия. 9. Хвостовой торец корпуса источника закрыт втулкой 10 с осевым отверстием, сквозь которое соосно с корпусом проходит полая штанга 11 с расположенным в ней штоком 12 На конце штанги 1, находящемся внутри корпуса, для захвата инерционной массы предусмотрено устройство в виде полого цилиндра 13, в котором находится в жесткой СВЯЗИ со штоком 12 цилиндрический наконечник 14, одна торцовая часть которого имеет конусное усечение. Напротив наконечника 14 в попе-- речной плоскости цилиндра 13 выполнены частично завальцованные снаружи симметричные отверстия, в которых установлены шарики 15, диаметр которых превышает (примерно на треть диаметра) толщину стенки цилиндра 13

На определенном удалении (рассчитываемом с учетом размеров корпуса и инерционной массы) от устройства захвата на штанге 11 внутри корпуса 1 источника установлена шайба 16 с сальником 17. На наружном конце штанги 11 расположено устройство, предназначенное для управления смещением штока 12 . В корпусе 18 этого устройства шток 12 заканчивается управляющим элементом 19, подпруцииненным пружиной 20. Осе- вое отверстие штанги 1I связано через штуцер на корпусе 18 устройства с пневматической магистралью 21.

0

5

с

5 ,,.

0

40

45

50

55

На штанге 11 с возможностью свободного перемещения соосно с ней установлено пневматическое распорное устройство, содержащее полый цилиндрический корпус 22, снабженный распорной эластичной камерой 23, сообщающейся с пневмомагистралью 24о С торцом корпуса 1 распорное устройство имеет упругую связь через пружину 25,

Скважинный источник работает следующим образом,

Б горной выработке в пробуренную в исследуемый пласт скважину устанавливают скважинный источник и поджимают его к забою скважины через распорное устройство Эластичная камера 23 распорного устройства расширяется в скважине, фиксируя источник с поджимом его к забою скважины через пружину 25.

Затем смещают внутрь корпуса источника 1 штангу I1, при этом расположенное на штанге устройство захвата своим корпусом в виде полого цилиндра

13входит в камеру 3 инерционной массы 2 до тех пор, пока выступающие за поверхность корпуса устройства захвата шарики 15 не упрутся в контур входного отверстия камеры 3. Управляющим элементом 19 через шток 12 смещают относительно корпуса устройства захвата в виде полого цилиндра 13 наконечник 14, который оказывается . при этом относительно шариков 15 своей зауженной конусной частью, вследствие чего шарики 15 утапливаются в отверстиях цилиндра 13 и уже не препятствуют Дальнейшему продвижению корпуса устройства для захвата инерционной массы в камеру 3. После упора торца цилиндра 13 в дно камеры 3 (глубина камеры определяется с учетом удаленности шариков 15 от торца цилиндра 13) управляющий элемент 19 отпускается и под воздействием пружины 20 возвращает шток 12 в исходное состояние. При этом наконечник

14при возвращении в исходное положение своей конусной частью смещает шарики 15 в, поперечной плоскости и они частично (примерно на треть диаметра) выходят за поверхность цилиндра 13, фиксируя о зауженную часть входного отверстия камеры 3 корпус устройства захвата. После этого штангой 1 инерционную мас.су 2 смещают к хвостовой части корпуса источ 1

ника до упора установленной на штанге 11 шайбы 16 в торцовую втулку 10 корпуса I источника.

Через магистраль 21 и через осевое отверстие штанги 1I (по зазору между стенкой осевого отверстия штанги II и штоком 12) в камеру, образуемую торцовой втулкой 10 и торцом инерционной массы 2, подается сжатый .воздух до создания рабочего давления (5-10 кг/см ), определяющего готовность источника к работе,, Для осу1це- ствления возбуждения упругих волн достаточно сместить управляющий элемент 19 относительно штанги П, вследствие чего через шток 12 наконечник 14 смещается относительно шариков 15, последние, освобождаясь от распора,, утапливаются в корпус устройства захвата. Освобожденная в результате этого от захвата инерционная масса 2 под воздействием воздуха смещается к головной части источника и наносит удар по наконечнику 4, передающему через насадку 5 ударное воздействие в исследуемый горный массив.

При продвижении инерционной массы 2 к наконечнику 4 воздух, находящийся, между этим наконечником и инерционной массой 2, выходит из корпуса 1 источника через отверстия 7 (осевое) и 8 (поперечное) наконечника 4 и отверстия 9 в корпусе 1.

Устройство захвата инерционной массы с учетом прочностных характеристик его элементов способно удерживать инерционную массу при силе давления воздуха на нее со стороны пневмокамеры порядка тысячи кило.грамм и более.В реальных условиях возможное усилие на инерционную массу со стороны сжатого в пневмокамере воздуха не превышает 100-200 кг (с учетом давления воздуха в пневмосистеме и диа- метра инерционной массы).Таким образом, обеспечиваемый в источнике многократный запас прочности устройства захвата определяет надежную его работу при высоких усилиях (до 200 кг и более на инерционную массу со стороны сжатого в пневмокамере воздуха. Развиваемая при этом высокая скорость (десятки метров в секунду) перемещения инерционной массы (после ее рас- фиксаций в устройстве захвата) к наконечнику обуславливает высокую интенсивность возбуждаемых колебаний.

Высокая скорость инерционной массы (десятки метров в секунду, помимо высоких энергетических показателей воз- бужденного импульса, определяет также и высокую крутизну его фронта, обуславливая широкий спектр возбуждаемых частот (до 10 кГц и более).

Величина рабочей камеры высокого

jQ давления (между инерционной массой и хвостовой частью корпуса источника; регулируется в источнике смещением шайбы 16 с сальником 17 по штанге 11 с учетом возможного давления в пневмо5 камере, длины корпуса источника и необходимой энергии возбуждаемого сигнала.

Возможность захвата и перемещения инерционной массы посредством сосет

0 ной с корпусом и подвижной относительно штанги делает источник некритичным к пространственной ориентации скважины для размещения источника.

Имеющееся в источнике устройство

5 распора его в скважине, упруго связанное с корпусом источника посредство пружины, определяет ста.бильность прижима источника к забою скважины, чем достигается высокая стабильность воз-

бужденных колебаний по эгергии к частотному спектру.

Отсутствие необходимости извлечения источника из скважины для его пе резарядки определяет удобство эксплуатации источника. Кроме того, соос- ное выполнение элементов источника и использование подвижной штанги в качестве пневмомагистрали определяют

д0 малый наружный диаметр источника, что делает возможным его использование в щахтных условиях в скважинах малого диаметра (42 мм),

5 Формула изобретения

I. Скважинный источник упругих колебаний, содержащий цилиндрический корпус, размещенную в нем инер- 0 ционную массу и шток, отличаю-, щ и и с я тем, что, с целью noBbmie- ния интенсивности и расширения спектра возбуждаемых в горных массивах упругих колебаний, источник снабжен 5 устройством управления инерционной массой, выполненным в виде соосной .с корпусом, подвижной относительно .него и проходящей через его хвостовую часть полой штангой, на конце которой внутри корпуса выполнено устройство захвата инерционной массы, управляемое посредством проходящего через осевое отверстие штанги штока, заканчивающегося на наружном конце штанги устройством управления смещением штока, причем устройство захвата выполнено в виде жестко связанного с концом подвижной штанги полого цилиндра, внутри которого расположен жестко связанный со штоком цилиндрический наконечник с конусным усечением с одной стороны, а в поперечной плоскости цилиндра выполнены симметричные частично завалъцован- ные снаружи отверстия с расположенными в них шариками, диаметр которых

превьш1ает толщину стенки цилиндра, причем цилиндрический наконечник при захвате инерционной массы входит в цилиндрическую камеру в торце инерционной массы с зауженной входной частью.

отличающийся

тем. что,

целью повышения стабильности возбуж- даемых колебаний, он снабжен упруго- связанным с торцом его корпуса посредством пружины распорным устройством в виде соосного с полой штангой и свободно перемещающегося по ней Цилиндрического тела с эластичной пнев- мокамерой.