Устройство для регистрации импульсов давления Советский патент 1977 года по МПК G01V1/52 

1

Изобретение относится к области геофизических методов разведки, в частности может быть использовано при проведении скважинных сейсмических исследований.

Приемник для регистрации импульсов давления в скважине должен иметь высокую чувствительность во всем сейсмическом диапазоне частот. Чувствительность прибора не должна зависеть от глубины погружения прибора.

Наибольшей чувствительностью обладают датчики .мембранного типа, представляющие собой упругий диск (мембрану) с укрепленным на нем изгибным элементом пьезоэлектрического «ли другого типа. Ме.мбрана является одной из стенок приемной камеры, заполненной газом либо сжимаемой жидкостью. Однако подобный датчик не может работать на больших глубинах, так как не выдерживает большого внешнего давления.

Для расширения диапазона рабочих глубин таких датчиков необходимо использовать выравнивание гидростатического давления на внутренней и внешней поверхностях мебраны. В наиболее совершенных приборах такое выравнивание происходит автоматически при помоши дополнительного резервуара с податливыми стенками (компенсационной камеры), заполненного той же жидкостью (либо газом), что и внутренняя полость узла приемника, и сообщающегося с этой полостью посредством

устройств, служащих фильтром частот. Назначение этих устройств - беспрепятственно передавать во внутреннюю полость датчика медленные изменения гидростатического давления, возникающие при спусках и подъемах прибора, и исключать влияние динамического давления от упругого импульса на внутреннюю сторопу мембраны.

Так, например, в известном устройстве для регистрации импульсов давления I для компенсации гидростатического давления используют сжатый воздух. Конструкция компенсатора содержит специальный резервуар из резины, заполненный воздухом и соединенный с внутренней полостью датчика через небольщое отверстие, систему пружип и поршней, служащих для регулирования давления воздуха во внутренней полости путем изменения ее объема при изменении впещнего давления. Однако такое устройство из-за большой сжимаемости воздуха несмотря на громоздкость и сложность все же не может работать ,в необходимом диапазоне глубин, используемых при глубоководных исследованиях.

В устройстве для регистрации импульсов давления 2 в качестве гидравлического дросселя использована капиллярная трубка большой длины. Она также соединяет компенсационную камеру с внутренней полостью приемной камеры и служит для пер(етекания заполняющей их жидкости при медленных изменепиях давления. Это устройство обеспечивает работу приемника нри значительных изменениях гидростатического давления, но при регистрации колебаний низких частот в сейсмическом диапазоне капиллярная трубка должна иметь очень малое сечение и большую длину, что вызывает определенные неудобства при нзготовлении и в эксплуатации.

Известно устройство для регистрации импульсов давления, например, нри скважинных сейсмических исследованиях, содержащее преобразователь, например, мембранного тина, приемную п компенсационную камеру и соединяющий их канал 3.

На мембране, являющейся одной из стенок нрнемной камеры, наклеены пьезокерамическне диски. Приемная и компенсационная камеры заполнены кремнийорганической жидкостью и сообщаются одна с другой через тонкие щели, образованные отверстиями с проходящими через них электрическими проводами.

Используемые в системе компенсации данного устройства тонкие щели имеют большую вероятность засорения из-за эффекта облитерации, который присутствует в тонких капалах с ненодвижными стенками, либо продуктами распада жидкости, заполняющей камеры, или инородными частицами, нонавшими в жидкость при сборке .прибора. Это приводит к нестабильности регистрируемых параметров и даже к полному отказу системы компенсации, а следовательно, и к разрушению чувствительного элемента.

Цель изобретения - повышение надежности конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик. Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве компенсационная камера и канал занолнены магнитной жидкостью п отделены от нрнемной камеры, заполненной немагнитной жидкостью, эластичной перегородкой, а вокруг канала, соединяющего камеры, размещен соленоид.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство состоит из каротажного кабеля 1, на котором в скважину, за-полнепную буровым раствором 2, опускают корпус 3 с отверстиями 4.

Внутри корпуса 3 размещен преобразователь, представляющий собой упругую мембрану 5 С у,креплеппым на ней нзгнбпым пьезоэлементом 6. Мембрана 5 перекрывает .приемную камеру 7, в которой содержится сжимаемая, нанример силиконовая жидкость. Камера 7, соединена каналом 8 с компенсационной камерой 9, заполненной магнитной жидкостью п имеющей связь с буровым раствором 2 через резиновую диафрагму 10. Со стороны приемной камеры 7 канал 8 перекрыт эластичной перегородкой 11, нрепятствуюпдей смещенпю

жидкостей. В корпус 3 вмонтирован соленоид 12 так, что канал 8 является внутренним пространством соленоида.

Устройство работает следующим образом.

На каротажном кабеле 1 прибор опускают на нужную глубину в скважину, заполненную буровым раствором 2. Статическое давление столба жидкости через отверстия 4 в корпусе

3 прибора воздействует как на мембрану 5 чувствительного элемента, так и на резиновую диафрагму 10 компенсационной камеры 9. Через магнитную жидкость давление передается на эластичную перегородку 11. Таким образом, в приемной камере 7, заполненной силиконовой жидкостью, создается давление, равное по величине статическому давлению на внешнюю поверхность мембраны 5 чувствительного элемента. Компенсация статического

давления обеспечивает сохранность датчика и постоянство его параметров на любой глубине.

Носле установки прибора на нужную глубину через обмотку соленоида 12 пропускают

ток. Магнитное поле соленоида увеличивает вязкость магнитной жидкости, заполняющей соединительный канал 8, и этот канал приобретает свойства капилляра, т. е. становится фильтром низких частот. В среде возбуждаются сейсмические колебания, которые в виде импульсов давления воздействуют на мембрану 5 чувствительного элемента.

Электрический сигнал снимается с укренленного на мембране 5 изгибного пьезоэлемента 6 и передается по кабелю 1 на поверхность к регистрирующему устройству (на чертеже не показано). По окончании измерений соленоид 12 обесточивается, вязкость магнитной жидкости уменьшается, и снова возможен свободный и быстрый переток необходимого количества жидкости из камеры в камеру для компенсации гидростатического давления. Устройство перемещается на новую глубину и весь цикл повторяется.

Преимущество лредложенного устройства заключается в том, что компенсация статического давления осуществляется нри начальной малой вязкости жидкости, а при приеме упругих колебаний, в результате воздействия магнитного поля вязкость жидкости в соединительном канале 8 существенно возрастает вплоть до затвердевания и изолирует влияние

компенсационной камеры на диафрагму. В результате эффективного управления вязкостью жидкости появляется возможность отказаться от тонкой капиллярной трубки, трудной в изготовлении и ненадежной в эксплуатации.

В предлагаемом устройстве компенсация статического давления благодаря щирокому каналу происходит практически мгновенно,что исключает вероятность нарушения (продавливания) тонкой диафрагмы при быстром спуске прибора в скважину.

Формула изобретения

Устройство для регистрации импульсов давления, например, при скважинных сейсмических исследованиях, содержащее преобразователь, иаПример мембранного типа, приемную м ко.мпенсационную камеры и соединяющий их канал, отличающееся тем, что, с целью повышения надежногти конструкции и улучшения эксплуатационных характеристик, компенсационная камера и канал заполнены магнитной жидкостью и отделены от приемной

камеры, заполненной немагнитной жидкостью, эластичной перегородкой, а вокруг канала, соединяющего камеры, размещен соленоид.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Патент США К° 3237152. кл. 340-8, 1966г.

2.«Seismograph Service Corporation, Division Birdwall, 1970 r.

)

3.«Подводная акустика. Мир, М., 1970 г., стр. 52-57 (прототип).