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

1

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

Устройство для регистрации импульсов давления в скважине должно имэть высокуьэ чувствительность во всем сейсмическом диапазоне частот. Чувствительность прибора не должна зависеть от глубины погружения прибора.

Наибольшей чувствительностью обладают преобразователи мембранного типа, представляющие собой упругий диск (мембрану) с укрепленным на нем изгибным пьезоэлементом. Мембрана является одной из стенок приемной камеры, заполненной сжимаемой жидкостью либо газом. Подобный датчик не выдерживает большого одностороннего (внешнего) давления при опускании прибора на большую глубину, и поэтому внешнее давление приходится компенсировать изнутри.

Для этой цепи используется компенсационная камера, связанная с внешней средой через эластичную диафрагму, а с приемной камерой - каналом. Обе камеры заполняются сжимаемой, например, силиконовой жидкостью- либо газом. Скорость перетекания жидкости из компенсационной камеры в приемную а, следовательно, и быстрота компенсации внешнего давления на мембране зависит от сечения канала, его длины и вязкости жидкости, С целью повышения чувствительности прибора желательно, чтобы изменения давления,обусловленные сейсмическими импульсами, не компенсировались , т„ е канал должен выполнять функцию низкочастоного фильтра: c эмпенсировать медленно меняющееся давление при спуске прибора в скважину и исключить влияние давлен1 я от сейсмического импульса на внутреннюю сторону диафрагмы.

В известном устройстве для компенсации гидростатического давления используется сжатый воздух. Конструкция компенсатора содержит специальный резервуар из резинЫв заполненный воздухом и соединяющийся с внутренней полостью датчика через маленькое отверстие, систему поршней и пружин, служащих для регулирования давления воздуха во внутренней полости путем изменения ее обгама при изменении внешнего дав ления. Однако такое устройство из-за большой сжимаемости воздуха, несмотря на громоздкость и сложность, все же не обеспечивает работу гидрофона в необходимом диапазоне глубин, используемых при глубоководных исследованиях.

В устройстве для регистрации импульсов давлений при скважинных исследованиях в качестве гидравлического дросселя использс- ю вана капиллярная труба большой длины. Она также соединяет компенсационную камеру с внутренней полостью приемной камеры и служит для перетекания заполняющей их жи кости при медленных изменениях давления. Это устройство обеспечивает работу приемн ка при значигельь1ь:х изменениях гидростати ческого давления, но при регистрации коле-банкй низкил частот (в сейсмическом диапазоне) капиллярная трубка должна иметь оче:нъ малое сечение и большую длину, что вызывает опрзделенные неудобства при изго товлении и эксплзатации. Известно устройство для регистрации им пульсов дав,1екия5 например; при скважин11ЫХ сейсдК 1ческих исследованиях содержащее иреобразователь. например мембранного типа, приемную и компенсационную камеры, соединенные каналов;. В этом устрой ве широкий канал размещен солеиоида, причем канал и дополнительная камера заполнены магнитной падкостью и отделены от приемкой камеры, заполненной немагнит ной жид,:.:;с1ь: :Эз эластичной перегородкой. При о::суготвии магнитного поля ( обмотка соланоада обесточена) магнитная жидкость имее малую вязкость и свободно передает изменение давленкя извне внутрь приемной камеры. После установки прибора на нужной глубине вокруг канала создается магнитное поле путем подачи тока в обмотку солекоида При наличии магнитнггго поля маггштна жидкость увеличршает свою вязкость, канал приобр-этает свойства фильтра низких частот н гфепа1СТБует пего.цлче колебаний дгшленна BiijTpb приамв:ой кс;;,;эры. По окхончаняи измерений сопаионд обесточиваегся,, вязкость магн;г иой уменьшает: л и снова возможна свободная и быстрая передача давления кз компежационной камеры в приемную. Однако наличие эластичной перегородки, отделяющей канал от приемной камеры, соленоидяд размещенного вокруг канала, усложняет констр5г: 1дшо1 увеличивает габариты и сн1-1жает надежность устройства, Целью иосбретення является упрощение KOHCTpj-rciu:}- и повышение надежности устройства для регистрации импульсов давления.

Это достигается тем, что в канал помещен плунжер с диаметром, обеспечивающим кольцевой зазор со свойствами капилляра, а со стороны приемной камеры плунжер подпружинен упругим элементом.

На чертеже изображено устройство для регистрации импульсов давлегшя; общий вид.

Устройство состоит из опускаемого на каротажном кабеле 1 в скважину, заполнениую буровым раствором 2, корпуса 3 с отверстиями 4. Внутри корпуса 3 размещен преобразователь, представляющий собой упругую мембрану 5 с укрепленным на ней изгибным пьезоэлементом 6. Мембрана 5 перекрывает приемную камеру 7, соединенную каналом 8 с компенсационной камерой 9. Обе камеры и соединяющий их канал заполнены сжимаемой, например силиконовой жидкостью. Компенсационная камера отделена от жидкости 2, запол1шющей скважину, резиновой диафрагмой 10. В соединительном канале расположен плунжер 11 диаметром меньше, чем диаметр канала на определенную величину, так чтобы кольцевой зазор обладат свойствами капилляра. Соединительный канал со стороны компенсационной камеры 9 имеет выступы 12, препятствующие выходу плукжера 11 в компенсационную камеи . Со стороны приемной камеры плунжер 11 поджат пружиной 13, другой конец которой упирается в решетку 14, перекрьшающую канал. Устройство работает следующим образом. В нормальном состоянии плунжер 11 прижат к выступам 12. При спуске прибора на забой скважины увеличивается гидростатическое давление, которое воздействует как на резиновую диафрагму 10, так и на мембрану 5. Сжимаемая жидкость внутри прибора через кольцевой зазор между плунжером 11 и стенкой канала 8 начинает перетекать в приемную камеру 7. Тем самым происходит компенсация внешнего давления на мембрану 5. Если гидростатическое давление возрж;т тает настолько быстро, что ввиду ограьщченной пропускной способности кольцевого зазора (щели), разница между давлениями в компенсационной и приемной камерах достигается определенной величины плунжер 11 смещается в сторону приемкой камеры 7. В результате этого происходит выравнивание давления на мембрану 5 и предотвращается разрушение последней. Кроме того, подвижность плунжера 11, поверхность которого является одной из стенок тонкой щели, препятствует облитерации ( закупорки возникновению щели). После этого , как устройство опущено и установлено на нужную глубину, в среде производится возбуждение упругих коле баний, которые в виде импульсов давления воздействуют на мембрацу 5 чувствительного элемента 6 и резиновую диафрагму 10. Знакопеременные быстрые колебания давления, возникающие в компенсационной камере 9, не способны перегонять жидкость из компенсационной камеры в приемную и наоборот. Амплитуда колебаний давления недостаточна для смещений плунжера 11; арижатого силой пружины 13 к выступам 1 Таким образом, полезная волна давлени воздействует на мембрану 5 с внешней сто роны и в результате деформации преобразо вателя вырабатывает электрические колеба ния. По окончании измерений устройство под нимается и устанавливается в следующей точке измерений. Расстояние между точками наблюдений 10 - 50 м, скорость подъема не превышает 1-2 км/час. Изменение гидростатического давления достаточно надежно компенсируется через коль цевую щель. Частые остановки для проведения измерений способствуют лучщему вы равниванию давлений внутри приемной камеры и внешнем пространстве. Даже в случае чрезмерно быстрого подъема прибора (что само по себе является нарушением технических норм проведения каротажа) благодаря его остановкам для приема полезных волн не возникнет большой разницы давлений внутри и снаружи приемной камеры, способной вывести из строя мембрану и прибор. Теки образом предложенное устройство по сравнению с известным позволяет упростить конструкцию за счет исключения соленоида и магнитной жидкости и повысить надежность компенсации гидростатического давления. Формула изобретения Устройство для регистрации импульсов давления, например, при скважинных сейсмических исследованиях, содержащее преобразователь, например, мембранного типа, приемную и компенсационную камеры, соединенные каналом, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности устройства, в канал помешен плунжер с диаметром, обеспечивающим кольцевой зазор со свойствами капилляра, а со стороны приемной камеры плунжер подпружинен упругим элементом.

10

9

12