Источник поперечных волн Советский патент 1992 года по МПК G01V1/53 

f/апрабление действия электромагнитов фиъ

Изобретение относится к малоглубинной сейсморазведке, в частности для возбуждения поперечных волн в скважине при детальном изучении верхней части разреза.

Известен источник поперечных волн, содержащий корпус и возбудитель колебаний, включающий электродвигатель, маховик и муфту сцепления маховика с электродвигателем 1.

Недостатком такого источника является то, что он может работать только в режиме излучения отдельных импульсов, причем приведение его в исходное состояние требует значительного времени. Такой источник имеет значительную массу, что снижает порог генерируемых частот.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является источник поперечных волн, содержащий цилиндрический корпус, на котором закреплен возбуди- тель колебаний, выполненный в виде электромагнитов, подключенных к источнику энергии 2.

Недостатком известного источника является то, что такая конструкция обладает значительной.инерцией, так как колебания возбуждаются поворотами всего корпуса, масса которого сконцентрирована на максимальном удалении от оси вращения. При этом инерционность возрастает с увеличе- нием диаметра скважины, что снижает частоту генерируемых поперечных волн. Кроме того, недостатком является то, что жесткий корпус имеет постоянное сечение. Это не позволяет создать надежный контакт между излучающей поверхностью и стенкой скважины, что приводит к потере высокочастотных составляющих излучаемых колебаний, а следовательно, и снижению частоты генерируемых поперечных волн.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности путем увеличения частоты колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в источнике поперечных волн, содержащем цилиндрический корпус, на котором закреплен возбудитель колебаний, выполненный в виде электромагнитов, подключенных к источнику энергии, цилиндрический корпус разделен по образующим на две соединен- ные одна с другой разжимным устройством части, снаружи которых по касательной к внешней поверхности подвижно закреплены электромагниты, ориентированные осями перпендикулярно образующим цилиндрического корпуса.

На фиг. 1 изображен источник поперечных волн, вид в плане на фиг 2 - электромагнит, разрез,

Источник поперечных волн содержит цилиндрический корпус 1, разделенный по образующим на две части, внутри которого расположено разжимное устройство в виде пневмоцилиндра 2. Одна половина цилиндрического корпуса 1 соединена с корпусом пневмоцилиндра 2, а другая половина - с его штоком 3.

С внешней стороны цилиндрического корпуса 1 с помощью проволочных хомутов 4 закреплены электромагниты 5. Хомуты 4 пропущены через отверстия в корпусе 1 источника и закреплены, как показано на фиг. 2, Могут быть другие варианты крепления, но в любом случае соединение электромагнитов с корпусом не должно быть жестким.

Электромагнит 5 (фиг. 2) состоит из корпуса 6 в виде цилиндрического стакана, по- стоянного магнита 7, имеющего цилиндрическую форму и запрессованного в дно корпуса 6 коаксиально, а между его поверхностью и стенками корпуса 6 имеется кольцевой зазор, в который входит катушка 8, выполненная также, как корпус 6, в виде тонкого цилиндрического стакана, на котором имеется электрическая обмотка 9. Катушка 8 опирается на плоские пружины 10, которые фиксируют ее положение в зазоре между магнитом 7 и корпусом 6, но позволяет перемещаться вдоль оси корпуса, совершая колебания. Напряжение от источника питания подается на обмотку 9 катушки 8 через контакты 11.

Катушки 8 ийдуктивности подключаются к источнику энергии, расположенному около скважины 12, параллельно.

Источник поперечных волн работает следующим образом.

При подаче воздуха в пневмоцилиндр 2 он своим корпусом и штоком 3 начинает давить на обе половины разрезного цилиндрического корпуса 1, разводя их и прижимая электромагниты 5 к стенкам скважины 12. Хомуты 4 позволяют электромагнитам 5 смещаться в пределах 1-3 мм и плотнее прилегать к неровностям стенок скважины 12. Одновременно микровыступы сминаются под действием разжимного устройства. Этим достигается увеличение площади контакта электромагнитов 5 со стенками скважины 12. После прижатия хомуты 4 оказываются ослабленными, связь между корпусом 1 источника поперечных волн и электромагнитами 5 существует только за счет трения, с та связь на частотах свыше 200 Гц незначительна. При подаче импульса напряжения от источника энергии на параллельно включенные обмотки 9 катушек 8 электромагнитов 5 катушки 8 начинаютдви- гаться вдоль осей корпусов б в одну сторону,

а корпуса 6 электромагнитов - в противоположную сторону.

Так как электромагниты 5 прижЗты к стенке скважины 12 с силой между поверхностью скважины и корпусами электромагнитов 5 при движении последних возникает сила трения, под действием которой в движение вовлекается некоторый объем грунта, прилегающий к поверхности электромагнитов. Так как электромагниты 5 расположены равномерно по окружности корпуса 1 и действуют в одном направлении, смещается эле- ментарный кольцевой слой грунта 13, прилегающий к поверхности скважины 12. Этот слой вовлекает в движение следующий и т.д. Таким образом в грунт излучается волна сдвига-кручения, т.е. поперечная горизонтально поляризованная волна.

Часть импульса под действием силы трения, возникающей между поверхностью электромагнитов 5 и корпусом источника 1, передается последнему, приводя его к элементарным поворотам относительно оси скважины. Если бы электромагниты 5 были закреплены на корпусе 1 жестко, вовлеченная в движение масса включала бы массу корпуса 1 и разжимного устройства, что уменьшало бы скорость смещения и, следовательно, частоту излучаемых колебаний. В описываемом источнике за счет подвижного закрепления электромагнитов 5 отрицательное влияние максимально уменьшено.

Предлагаемый источник поперечных волн обладает малой инерцией и при возбуждении его короткими импульсами напряжения (0,2-1 мс) формирует импульсы силы длительностью 0,5-1 мс в грунте без значительных потерь энергии,чему также способствует внешнее расположение электромагнитов 5, так как в этом случае имеется только один контакт. Поверхность электромагнитов 5 - поверхность скважины 12, через который передаются сформированные источником импульсы силы/Это позволяет излучать колебания поперечных волн с частотой до 1500 Гц.

Источник поперечных волн может быть выполнен, например, следующим образом.

Корпус 1 источника изготавливают из отрезка капролоновой трубы высотой 100 мм и толщиной стенок 10 мм, разрезанной по образующей. Изготовление корпуса из пластика позволяет уменьшить трение между ними электромагнитами 5, снижает его вес. Пластмассы типа капролона обладают большими коэффициентами затухания, что приводит к быстрому затуханию колебаний корпуса и способствует генерированию ко ротких импульсов. Внутри разрезного корпуса 1 находится прижимное устройство в

виде пневмоцилиндрэ 2. Пневмоцилиндр 2 и шток 3 соединены с корпусом через резиновые прокладки, служащие виброизоляторами. На корпусе 1 с помощью хомутов 4 5 подвижно закреплены двенадцать электромагнитов 5 двумя группами по шесть штук, одна под другой. Электромагниты 5 в каждой из групп расположены равномерно по внешней поверхности корпуса 1 с шагом 0 90°. Такое расположение позволяет добиться излучения источника, не зависящего от азимутального угла. Группы по шесть электромагнитов 5, а не более, взяты исходя из их размеров, чтобы обеспечить внешние га5 бариты источника, позволяющие работать в скважинах с минимальным диаметром 160 мм. Использованы две группы электромагнитов 5 для того, чтобы добиться интенсивности излучаемого сигнала, позволяющей

0 регистрировать его на расстоянии не менее 10 м. Хомуты 4 могут быть выполнены из проволочных тросиков, которые проходят вдоль корпуса 6 электромагнитов 5, крепятся к нему с помощью проволочной спирали,

5 покрытой затем эпоксидным клеем, выполняющим одновременно роль герметика. Хомуты 4 входят в отверстия корпуса 1 источника и соединены друг с другом с помощью скрутки попарно с обратной сторо0 ны корпуса 1. Электромагниты 5 изготовлены аналогично серийно выпускаемым сейсмоприемникам, например СВ-20П, однако корпус 6 выполнен из легкого металла, например дюралюминия. Катушка 8 ин5. дуктивности имеет обмотку проводом большего диаметра (0,15 мм).

Описываемый источник поперечных волн позволяет возбуждать колебания с частотой до 1500 Гц. Таким образом в верхней

0.части разреза, где скорости поперечных волн составляют 100-1000 м/с, длина поперечной волны не превышает 1 м. С длиной волны связана разрежающая способность сейсмических методов. Имея такую малую

5 длину волны, можно решать задачу обнаружения скальных включений зо вскрышной толще угольных разрезов и определения их физико-механических свойств.

Формула изобретения

0Источник поперечных волн, содержащий цилиндрический корпус, на котором закреплен возбудитель колебаний, выполненный в виде электромагнитов, подключенных к источнику энергии, отличаю5 щ и и с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности путем увеличения частоты колебаний, цилиндрический корпус разделен по образующим на две соединенные одна с другой разжимным устройством части, снаружи которых по касательной к

внешней поверхности подвижно закреплены электромагниты, ориентированные осями

перпендикулярно образующим цилиндрического корпуса.

Изобретение относится к малоглубинной сейсморазведке и м,б. использовано для возбуждения поперечных волн в скважине при детальном изучении верхней части разреза. Цель - повышение разрешающей способности источника путем увеличения частоты колебаний. Источник поперечных волн содержит цилиндрический корпус 1, на котором за- . креплен возбудитель колебаний, выполненный в виде электромагнитов 5, подключенных к источнику энергии. Цилиндрический корпус 1 разделен по образующим на две соединенные одна с другой разжимным устройством части, снаружи которых по касательной к внешней поверхности подвижно закреплены электромагниты 5, ориентированные осями перпендикулярно образующим цилиндрического корпуса 1. Действие электромагнитов 5 направлено по касательной к стенкам скважины 12, в результате чего создаются крутильные колебания и возбуждаются горизонтально поляризованные поперечные волны. 2 ил. (Л С J 00 V4 О

фронт поперечной волны