Скважинный геофон Советский патент 1991 года по МПК G01V1/52 G01V1/18 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям горных массивов, в частности к скважинным устройствам, контролирующим изменение напряженного состояния массива горных пород.

Известно устройство для приема упругих колебаний, содержащее пневмокамеру в виде цилиндрической оболочки из эластичного материала, герметично закрепленной между двумя фланцами, расположенный внутри оболочки контейнер с преобразователями и контактную пластину, продольно установленную на внешней поверхности цилиндрической оболочки вдоль ее образующей и жестко соединенную с контейнером, причем устройство дополнительно снабжено двумя жесткими планками, неподвижно соединенными по крайней мере двумя размещенными внутри цилиндрической оболочки штоками, при этом планки цилиндрической

оболочки симметричны относительно контактной пластины и продольной оси цилиндрической оболочки 1.

К недостаткам данного устройства откосятся отсутствие контроля акустического контакта между массивов горных пород и активной поверхностью преемника упругих колебаний, так как активная поверхность может попасть на трещину или выступ породы, и как результат такой установки - низкая достоверность получаемых результатов.

Известен скважинный приемник упругих колебаний, содержащий распорную пнев- мокамерув виде цилиндрической оболочки из эластичного материала и по крайней мере два преобразователя упругих колебаний, причем распорная пневмокамера помещена в корпус в виде полого цилиндра с боковым продольным вырезом глубиной не более половины диаметра корпуса и длиной, равной длине

оо ю о о ы

пневмокамеры, которая укреплена одним торцом на цилиндрической втулке, жестко установленной в торцовой части корпуса, а другим торцом пневмокамера связана с установленными соосно с продольной осью корпуса преобразователем, имеющим жесткий контакт с корпусом посредством цилиндрическом втулки, в которой за пределами распорной камеры перпендикулярно продольной оси корпуса установлен второй преобразователь 2.

К недостаткам известного устройства относится отсутствие возможности регулирования и воспроизводимости контакта датчика с массивом, что снижает достоверность измерений, осуществляемых посредством датчика.

Цель изобретения - получение акустического контакта с заданными свойствами путем создания возможности управления положением геофона на дне скважины.

На фиг.1 изображен геофон, готовый для установки в скважину, продольный разрез; на фиг.2 - то же, установленный в скважину, общий вид; на фиг.З - часть втулки с пазами, входящими в нее хвостовиком, аксонометрия; на фиг,4 - управляющие штанги, аксонометрия.

Устройство содержит корпус-контейнер 1 с установленным на одном из его торцов протекторов 2 чувствительного элемента 3, а к противоположному торцу корпуса закреплен трубчатый хвостовик 4 с гайкой 5 и контргайкой б, а также регулирующий узел в виде барабана 7 с закрепленными пружинами 8, снабженными,пазами 9 и прижатыми к барабану полукольцами 10, К торцу барабана присоединена крышка 11, внешним торцом контактирующая с пружиной 12. Распорный узел составлен из кольца 13 с конической поверхностью 14, снабженной упорами 15, и втулки 16 с пазами 17 и раструбом 18. Для обеспечения установки геофона в скважину корпус-контейнер 1 снабжен звездочками 19 из эластичного материала для центрирования корпуса геофона в скважине. Для обеспечения установки геофона в скважину он снабжен двумя входящими с гарантированным зазором одна в другую трубчатыми штангами 20 и 21. Внешняя штанга 20 имеет установленные ради- ально и закрепленные оппозитно на ее поверхности штыри 22, внутренняя штанга 21 снабжена двумя выступами 23, входящими в соприкосновение с пазами 24 хвостовика 4, сквозь которую пропущен кабель 25 управления чувствительным 3 и контролирующим 26 элементами. Полукольца 10 установлены с зазорами А, а пазы 9 пружин 8 ограничивают ход В втулки 16. обеспечива ющий перемещение пружин 8 на величину Б. Незакрепленные концы пружин 8 отогнуты под углом а от плоскости, перпендикулярной оси геофона. Каждый из концов представляет собой часть витка винтовой поверхности, описанной вокруг геофона в той же плоскости.

Геофон работает следующим образом. Трубчатые штанги 20 и 21 вводят э по0 лость втулки 16 так, чтобы выступы 23 штанги 21 и штыри 22 штанги 20 вошли в соприкосновение соответственно с пазами 24 и 17, а кабель 25 управления пропускают при этом сквозь штангу 21, Собранное таким образом

5 устройство помещают в скважину (фиг.2), звездочки 19 которого из эластичного материала, например резины или термопластичной пластмассы, соприкасаясь со стенками скважины, определяют положение оси протек0 тора 2 чувствительного элемента 3 близким к положению оси скважины, а поверхность протектора входит в контакт с дном скважины. Перемещают штангу 25 в осевом направлении, приближая ае к корпусу

5 контейнеру 1 вдоль хвостовика 4, раздвигая пружины 8 конической поверхностью 14 кольца 13 до упора отогнутых концов 27 пружин 8 в стенку скважины, а так как каждая из пружин является самостоятельным

0 эластичным элементом, то все пружины самоустанавливаются и опираются отогнутыми под углом концами на стенку скважины. Вращают штангу 20, одновременно создают давление на нее, направленное в сторону

5 корпуса 1, отогнутые концы 27 пружин 8 врезаются в стенку скважины и, перемещаясь по винтовой линии благодаря углусО, ввинчиваются в скважину. Барабан 7, воздействуя на крышку 11, сжимает пружину

0 12, которая передает усилие на корпус 1 и прижимает его к дну скважины. На дне скважины могут быть неровности, выступы или остатки породы после обработки, мешающие плотному соприкосновению протектора 2 с

5 дном скважины, поэтому при достижении некоторого например 10-20 N, усилия предварительную установку геофона считают законченной.

Для обеспечения акустического контак0 та поверхности протектора 2 с дном скважины штангу 21 поворачивают вокруг оси в любом направлении, при этом постоянно подают от контролирующего элемента 26

5 зондирующий сигнал. Благодаря тому, что протектор снабжен пазом 28 с заостренными кромками, очищается поверхность дна, обеспечивая более плотное соприкосновение протектора и дна. Сжатая пружина 12 и эластичные вкладыши крышки 11 и кольца 13 (не показаны) демпфируют паразитные

сигналы и шумы. Гайка 5 и контргайка б удерживают всю систему в собранном состоянии, пазы 9 обеспечивают определенную величину хода втулки 16. В пазах перемещаются упоры 15, выполняющие роль элементов, выводя- щих из зацепления отогнутых концов 17 пружин 8 при демонтаже геофона из скважины, а раструб 18 облегчает монтаж штанги 20 в геофон. Полукольца 10 благодаря крепежным элементам, например винтам и пазу А надеж- но закрепляют пружины 8 к барабану 7.

Демонтаж геофона производят следующим образом. Штангу 20 вводят в скважину так, чтобы она вошла в раструб 18 и ее штыри 22 попали в пазы 17, выполненные в виде байонетных. После того, как штыри 22 войдут в зацепление с пазами 17, штангу 20 перемещают вдоль скважины в сторону, противоположную от корпуса-контейнера 1, при этом упоры 15 скользят по пазам 9 пру- жин 8, упираются в торцы пазов, сводят пружины в положение, указанное на фиг.1, после чего устройство извлекают из скважины.

Качество акустического контакта конт- ролируют, например, способом контроля качества акустического контакта пьезопре- образователя при дефектоскопии изделий, заключающийся в том, что предварительно перед установкой на изделие пьезопреоб- разователь возбуждают сигналом, измеряют сигнал реакции пьезопреобразователя, устанавливают пьезопреобразователь на изделие, вновь измеряют параметры принятого сигнала и определяют качество контакта по изменению параметра, причем в качестве возбуждающего сигнала используют гармонические колебания с частотой, выше верхней границы полосы частот регистрации сигналов акустической эмиссии, а в качест- ве измеряемого параметра - уровень принятого сигнала на частоте возбуждения.

Контроль акустического контакта в устройстве осуществляют посредством контролирующего элемента 26, причем возбуждают

его гармонические колебания с частотой, выше верхней границы полосы частот регистрации сигналов акустической эмиссии массива горных пород, регистрируемых чувствительным элементом 3.

Е устройстве обеспечивается возможность создавания контролируемого и регистрируемого акустического контакта между протектором геофона и горной породой (дном скважины), что снижает погрешность измерений, обеспечивает постоянство уровня качества акустического контакта нескольких геофонов, а также постоянство параметров сигналов от измерения к измерению. Повышается достоверность информации, принятой геофоном из массива. Создается возможность установки серии датчиков с сопоставимой информацией для горного массива и при локации в нем источников акустической эмиссии.

Формула изобретения Скважинный геофон, содержащий корпус с трубчатым хвостовиком, чувствительный и контролирующий элементы, распорный и регулирующий узлы, отличающийся тем, что, с целью получения акустического контакта с заданными свойствами путем создания возможности управления положением геофона на дне скважины, распорный узел выполнен в виде втулки, установленной на хвостовике с пазами для внутренней штанги, один конец втулки выполнен с раструбом и пазами для штырей внешней штанги, на другом конце установлено кольцо с конической в сторону от штанг поверхностью, на которой размещены упоры, а регулирующий узел расположен на хвостовике между пружиной и распорным узлом и содержит барабан, на котором одним концом закреплены плоские пружины с продольными пазами, при этом незакрепленные концы пружин под тупым углом отогнуты относительно наружной поверхности барабана и срезаны под острым углом к плоскости, перпендикулярной оси геофона.

ГГТ

Фм.1

24

Фш.З

Изобретение относится к области геофизических исследований горных массивов, в частности к скважинным устройствам, контролирующим изменение напряженного состояния горных пород. Цель изобретения - получение акустического контакта с заданными свойствами путем создания возможности управления положением геофона не дне скважины. Геофон содержит цилиндрический корпус-контейнер с трубчатым хвостовиком и пружиной, чувствительный и контролирующий элементы, распорный и регулирующий узлы. Распорный узел составлен из кольца с конической поверхностью, снабженной упорами, и втулки с пазами, сопрягаемой с хвостовиком. Регулирующий узел в. виде барабана содеожит закрепленные на его внешней поверхности плоские пружины с возможностью их взаимодействия с конической поверхностью кольца и упорами. Незакрепленные концы плоских пружин образуют часть витков винтовой поверхности и отогнуты под тупым углом относительно наружной поверхности барабана 4 ил.