Скважинный источник упругих колебаний Советский патент 1992 года по МПК G01V1/53 

сл

С

Изобретение относится к скважинным импульсным источникам сейсмических волн и может быть использовано преимущественно при шахтной сейсморазведке. Цель изобретения - повышение мощности возбуждения поперечных сейсмических волн, управление диаграммой направленности и снижение уровня шумов. В полом цилиндрическом корпусе источника соосно расположен ударный шток, нижний конец которого имеет коническое окончание и связан с коническим выступом, выполненным на дне корпусе, через пружину сжатия. Между образующими конусов установлены с возможностью перемещения секторы кругового кольца. С внешней стороны в цент- ральной части секторов напротив вертикальной прорези, выполненной в стенке корпуса, закреплены съемные бойки с на- саженными резиновыми прокладками. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к скважинным импульсным источникам сейсмических волн и может быть использовано преимущественно в шахтной сейсморазведке.

Известно устройство для возбуждения поперечных сейсмических волн путем механического воздействия на стенки скважины, включающее металлический корпус, в котором размещены спиральная пружина, боек и ударник, выполненный в виде головки. Для управления с поверхности взводом и спуском ударной пружины внутри штанг проложены штоки..

Недостатками этого устройства являются малая мощность ударного импульса, обусловленная незначительной энергией спиральной пружины, из-за ее малых габаритов в снаряде для скважин малого диаметра и неуправляемость диаграммой направленности.

Наиболее близким по технической сущности является скважинный источник поперечных волн, включающий полый цилиндрический корпус, ударный шток, поворотную пружину и цилиндрический излучатель.

Недостатками известного источника являются малая мощность энергии упругих ко- лебаний, возбуждаемых в массиве, и неуправляемость диаграммой их направленности. Значительная часть энергии теряется на кручение поворотной пружины, соединяющей ударный шток и излучатель, а также на сложный изгиб упругих пластин,

VI

ND 00 00

оо

через которые энергия возбуждения передается на грунтозацепы. Способ формирования упругих волн - возбуждение грунтозацепами касательной к окружности шпура силы - не позволяет управлять диаг- раммой направленности.

Цель изобретения - повышение мощности возбуждения поперечных сейсмических волн, управление диаграммой направленности и снижение уровня шумов.

Указанная цель достигается тем, что скважинный источник упругих колебаний включает полый цилиндрический корпус с прорезями и упругим основанием, а расположенные в нем соосно ударный шток и цилиндрический излучатель выполнены так, что нижний конец ударного штока имеет коническое основание, а дно корпуса имеет вовнутрь обращенный конический выступ, причем углы при вершинах этих конусов равны, и при этом вершины конусов связаны между собой пружиной сжатия,

Излучатель выполнен в виде секторов кругового кольца, размещенных между конусами, при этом сектора стянуты упругими кольцами. С внешней стороны секторов, в их центральной части, закреплены ударные бойки. На ударные бойки насажены упругие прокладки.

На фиг. 1 изображен скважинный источ- ник в исходном положении, общий вид; на фиг. 2 - то же, в рабочем положении; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг. 5 - кинематическая схема излучателя.

Скважинный источник упругих колебаний включает цилиндрический корпус 1, дно которого с внешней стороны имеет упругое основание 2, а с внутренней - конический выступ 3. Внутри корпуса соосно с ним рас- положен ударный шток 4, коническое окончание 5 которого связано с выступом 3 пружиной 6 сжатия. Между конусами 3 и 5 установлены с возможностью перемещения вдоль их образующих по крайней мере че- тыре сектора 7 кругового кольца, которые стянуты кольцами 8 из упругого материала (например, резины). С внешней стороны в центральной части секторов 7, напротив вертикальных прорезей 9 в корпусе, закреплены съемные бойки 10 с насаженными на них упругими прокладками 11, которые обеспечивают акустическую развязку (амортизацию) секторов 7 кругового кольца с корпусом 1. Упругое основание 2 поглощает и частично рассеивает вертикальную со- ставляющую импульсной нагрузки, передающуюся на забой скважины 12.

Источник работает следующим образом.

Источник помещают в скважину 12 до упора с ее забоем. При ударном воздействии (показано стрелкой) на шток 4 он перемещается вдоль оси корпуса 1 и сжимает пружину 6 сжатия. При этом секторы 7 кругового кольца перемещаются вдоль образующих конусов 3 и 5 в радиальном направлении, бойки 10 ударяются о стенки скважины и формируют в массиве упругие волны.

Для снижения уровня шумов, которые могут возникнуть при соприкосновении (ударе) секторов 7 о корпус источника, в момент удара по штоку 4, на бойки 10 насажены кольца 11 из упругого материала, на- пример резины, амортизирующие и поглощающие ударную поперечную составляющую ударной нагрузки на шток 4.

Кинематическая схема излучателя в рабочем положении (при приложении импульсной нагрузки на шток) показана на фиг. 5. За счет осевого перемещения конических поверхностей выступа 3 и конического окон-, чания 5 один навстречу другом направление вектора ударной нагрузки, прилагаемой к штоку 4 в момент удара по нему вдоль его оси, трансформируется с осевого в радиальное перемещение сектора 7 кругового кольца и удар по стенкам скважины 12 бойкой 10. Потери энергии, определяющие КПД источника, при этом обусловлены трением поверхностей соприкосновения секторов 7 о образующие конических поверхностей 3 и 5, сжатием пружины 6 сжатия и растяжением упругих колец 8. Потери энергии снижаются при увеличении угла 2 а при основании конусов 3 и 5 до 90°, так как при этом возрастает радиальная составляющая вектора силы, равная sina, где F0 - усилие на сектор 7 со стороны конуса 5 (действующее по нормали к конической поверхности). Упругость пружины 6 сжатия действует против осевой составляющей Fa, а упругость колец 8 - радиальной составляющей FL Усилия сжатия пружины 6 Рсж и растяжения упругих конец 8 FyK подбирают экспериментально в зависимости от угла и усилия, прикладываемого к штоку 4:

РСЖ Кр F;

1 FyK Ks F-i Ks F -sin a cos a - - Ks

x F sin la

где Кр и Ks - коэффициенты, учитывающие величину внешней возбуждающей силы F (подбираются экспериментально и обычно составляют 0,1-0,2).

После снятия импульсной нагрузки на шток 4 под действием цилиндрической пружины 6 он возвращается в исходное положение. Секторы кругового кольца 7 под действием упругих колец 8 сжимаются, возвращая ударные бойки 10 в исходное положение. Источник вновь готов к работе.

Управление диаграммой направленности осуществляется путем изменения числа ударных бойков в излучателе, так как диаграммы направленности при воздействии на массив одной или системой сил различны.

Для достижения уровня шумов, возникающих в момент удара от соударения секторов кругового кольца с внутренней поверхностью корпуса, на ударные бойки надеты упругие прокладки.

Формула изобретения 1. Скважинный источник упругих колебаний, включающий полый цилиндрический корпус с вертикальными Прорезями и упругим основанием, соосно расположенный в нем ударный шток и излучатель, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности возбуждения поперечных сейсмических волн, нижний конец ударного штока имеет коническое окончание, а дно корпуса снабжено обращенным вовнутрь

коническим выступом, при.этом вершины конусов связаны между собой пружиной сжатия, а излучатель выполнен в виде секторов кольца, размещенных между образующими конусов и стянутых упругими

0 кольцами, и с внешней стороны в центральной части секторов напротив вертикальных прорезей закреплены ударные бойки.

W /// //// I

Фие.З

Фиг4

Фиг.5