Устройство для возбуждения поперечных сейсмических волн Советский патент 1980 года по МПК G01V1/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН

Изобретение относится к устройствам для возбуждения поперечных сей смических волн и может быть испльзовано при проведении сейсморазведочны работ на нефть и газ. Известны устройства для возбужде ния поперечных сейсмических волн, в которых возбуждение волн происходит при помощи внедренных в грунт передающих элементов, выполненных в виде пластин или буров, на которы действует генерируемая устройством перемещенная горизонтальная сила II , 21. Рабочий цикл таких устройств вклю чает подготовительный этап, зак.гаочающийся во внедрении передающего элемента в грун, в течение которого не происходит возбуждения сейсмической волны, что снижает производительность устройства. Известны также устройства для возбуждения поперечных сейсмических волн, содержащие источники вертикальной и горизонтальной сил и передающие элементы, выполненные в форме клиньев,в которых возбуждение сейсмического сигнала происходит в проце се внедрения пepJBдaющeгo эл.емента в грунт под действием RRrlтикзльнf1й и горизонтальной си i у.трстйства ( 3,4 Однако пни не име1-т 4-ipaN eTpoB, находящихся в соотношг.чии, позволяюгдем получить м ки ппьное значение результируомет) i- изонтальной силы. При этпм : пЛ 1:тепьная часть энергии затрачииаегся f: возбуждение продольных сейсмичесь.их волн, что противоречит фун:к 1И(П1альному назначению устройстт:а, Йаиболее близким по технической сущности к изое)ретению является устройство для возбужде:{ия поперечных сейсмических волн, содержащее источники горизонтальной и вертикальной сил и контактирующие с грунтом передающие элементы в виде клиньев 51. Возбуждение сейсмического сигнала в устройстве происходит в процессе внедрения передающего элемента в грунт под действием вертикгшьной и изменяющейся во рремени гх ризонтальной сил. При этом интенсивность (амплитуда) возбуждаемой поперечной волны возрастает с увеличением амплитудного значения результирующей горизонтальной силы. Это значение определенным образом

зависит от величины вертикал1)Ной и горизонтальной сил и формг передающего элемента, определяемой углом при вершине клина. Однако конструкция этого устройства не имеет параметров (значений сил и угла при вершине клина), находящихся в соотношении, позволяющем получить максимальное значение результирующей горизонтальной силы, что снижает сейсмическую эффективность устройства.

Для повышения интенсивности возбдаемых волн путем эффективного воз.действия передающих элементов на грунт передающий элемент выполнен с углом Л при вершине, определяемы в соответствии с соотношением,

Х-апсс Н,

где Н - значение вертикальной силы

F - амплитудное значение горизонтальной силы;

К - коэффициент трения между грунтом и поверхностью передающего элемента.

На фиг,1 дана схема передающего элемента с действующими силами; на фиг.2 - показан граФик зависимости с ( d. ) от угла dv , где с (сЖ ) - коэфициент в выражении X F с ((Ж) ,

Соотношение, связывающее параметры передающего элемента устройства получено при рассмотрении взаимодействия передающего элемента 1 выполненного-в виде клина с грунтом 2 (см.фиг.1).

На грунт 2 со стороны .предлагаемого элемента 1 с углом при вершине Содействуют силы нормального давления N и трения Т, являющиеся произвными от горизонтальной F и вертикальной Н сил, генерируемых устройством. Сила, действующая со сторон грунта на клин в вертикальном напралении по оси клина, пренебрежимо мала, так как разрушение грунта под острием клина происходит достаточно быстро.

Сила трения Т может быть представлена произведением

Т KN,(1)

где К - коэффициент трения между поверхностью клина и грунтом,

Силу нормального давления N находят, из условия равенства нулю проезсций сил F, Н, R, S, действующих На КЛИН, на направление перпендикуляра к стороне клина. Здесь R -Я нормальной реакции

грунта, S - сила трения (§. -Т), 1 J

ы J

(2) R Н s-in-j- + F cos- ГЬризонтальная составттяющая X сил N и Т равна по величине

X N COS-75-- - Т sin-y- (3)

Учитывая выражения (1) и (2), находят

Х Ысос.|:-кизт Ы(сое,- V4ein V

С,. т

-(На-.п| Fcos|)(cos| - не,п -J)

(4)

{Н9-.ПСЛ.-КН31П 4.РСО -|КР91ПС1.

Производная полученного выражения по углу ее имеет следующий вид

gj -HcOSc.--KHsin c.--Fsin(X-2 KPcoso(.

|(Н-KFJCOSC -- (рц-KH uin.

(51

При угле c c.Q, соответствующем экстремальному значению величины X,

|i.0,,e.te%.p

H-KF

(6)

или

При Л АОдостигается максимум

, -|(H-ksF))cosd (7)

2

аА

.i,-n.jH-.P.(..KH)t±-) adk

(i.

-lein J -

(8)

H-HF

Полученное выражение всегда мейьше нуля, так как в реальной конструкции It ; Н KF

Отрицательное значение второй производной свидетельствует о том, что при значении угла при вершине клина, выбранном согласно соотношению (б), достигается максимум действующей на грунт горизонтальной силы. Приведем выражение (4 У к следующему виду х F с (ck) ,

c(dC)-igsinoL-Kysin--| -cos -iKsm

На фиг.2 приведен в качестве примера график, отражающий зависимость с(с.) при 1,,1.

Как видно из графика, максимальное значение c(d) достигается при dL 40. Таким образом, устройство, снабженное передающим элементом 1 в форме клина с углом при вершине, 0 равным , и имеющее отношение значений вертикальной и горизонтальной сил, равное 1:2, позволяет получить результирующую, горизонтальную силу в 1,222 раза большую, чем горизонтальная сила, генерируемая устройством,

Приведенное соотношение параметров устройства позволяет получить наибольшее значение действующей на грунт результирующей горизонтальной силы, наибольшую амплитуду возбуждаемой поперечной волны, приводит к существенному повышению

сейсмической эффективности устройства.

Формула изобретения Устройство для возбуждения поперечных сейсмических волн, -содержащее

источники горизонтальной и вертикальной сил и контактирующие с грунтом передающие элементы в виде клиньев, отличающееся тем, что, с целью повышения интенсивности возбуждаемых волн путем эффективного воздействия передающих элементов на грунт, передающий элемент выполнен с углом ot. при вершине, определяемым в соответствии с соотношеИ-кР

QPClg(Х

НлкР

- значение вертикальной силы; - значение горизонтальной СИ.ПЫ;

К - коэффициент трения между

грунтом и поверхностью элемента,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе - 1. Патент США №3.106.982, кл, 181-5, опублик. I960. 2. Патент США №3.205,974,

кл, 181-5, опублик, 1962.

3, Патент США №3,280,935,

181-5, опублик, 1963.

кл 4. Патент США №3,286,783, 181-5, опублик, 1963,

кл 5, Патент США №3,159,233, кл. 181-5, опублик, 1962 (прототип)