CN1009967B - 井眼地震波接收器 - Google Patents

Abstract

地震波接收器系供测量地震信号使用。地震信号经由地层中传来并在井眼中收集。接收器中的一个可反向施转的电动机驱动一调谐传动减速器，藉减速器放大电动机产生的扭矩驱动一滚球螺杆，滚球螺杆沿井眼的中心线直线移动来控制一夹持杆的伸展，使夹持杆进入或脱离一伸展位置，在该位置处夹持杆可与靠近井眼的地下大地接触。接收器设有一个可供释放的电气离合器使夹持杆脱离接触。因此，在发生动力故障而夹持杆处于伸展位置情况下，可以使接收器收回。

Description

本发明涉及井眼中适用的地震信号接收器。

在先有技术地震测井中，用导体铠装电缆系在一带检波器的探测器型井眼地震信号接收器上，接收器随电缆下降到井眼内选定的或要进行研究的地质结构深度，于是，探测器中的地震检波器探测出地下结构对声波和弹性波能量的反应，这些声波和弹性波能量是由地震能源发射出来的。为了取得精确数据，要点是地震检波器应能精确地检测出地震能量，这已是众所周知的。为了保证地震能量实实在在地从大地接合到检波器，探测器和井眼间就必需有良好稳定的机械接合，同样，工具和井眼壁间的机械接合也必须能有效地脱开，以便探测器易于移到选定的深度，也便于探测器顺利地撤回。

另外一个问题是，直到目前为止已知道的、在所希望的地震频率范围内现成的地震波接收器没有均匀的频率响应。现有的工具对低于100赫芝上下、特别是在水平轴线方向的频率，显示不出很平滑的频率响应，出现这些问题的原因，可能是由于工具的夹持力不够，工具的弯曲型式或工具本身摆动，特别是垂直于工具的杆件中心线的轴线方向摆动、或其他因素引起的。上述工具的杆件是用于夹持工具，使井眼周围大地结构和工具紧密地接触。

简单地说，本发明是提供一个新的且进行了改进的地震信号接收器，该接收器用于井眼中探测井眼附近大地构造中地震能量波的响应。探测大地结构对地震能量波的响应的地震检波器安放在一探测器内，探 测器下降到井眼内选定的深度后，被推向井眼壁并与之严密地接触，使保证地震波接收器和井眼壁间接触良好。

一根与探测器一起安装的连杆，在探测器沿井眼上下移动时，该接触杆收缩到贴近探测器的收起位置处，以便探测器上下移动，当探测器达到选定的深度后，电动机即通电驱动接触杆使之与井眼壁紧密接触，同时，也驱使探测器和井眼壁紧密接触。电动机最好是可逆转型的，它产生扭矩推动接触杆。在电动机和接触杆间设置有一个调谐传动齿轮机构装置，它起着放大电动机扭矩的作用。由于电动机和调谐传动组合装置施加的高扭矩和夹持杆的接触杆装置施加在接触杆端部附近（远离支点处）的力量，使之能获得很高的夹持力。此外，装设有一个可脱开的离合器，以便电动机发生电气事故，而接触杆处于伸展位置时，可从井眼中抽出探测工具。

探测器由一个单一刚性体组成，它包括地震检波器和电动机，这个刚性体具有体身短，夹持力大及定位准确的触脚等特点，这些特点使探测工具适应的最低自然频率超过150赫芝，并在较宽的地震波频带范围内准确地取得数据。探测器接触杆的一端，可转动地安装在探测器的侧面部位，在对向着上述侧面的侧面上，形成有一个大致平坦的表面，当接触杆被驱动到与井眼壁紧密接触位置时，由于上述平坦表面阻止探测器摆动，因此，探测器与井眼壁间能得到确保地震能量波偶合良好的紧密接触。

图1为本发明用于井眼中设备的正视图;

图2为沿图1中2-2线的纵断面图;

图3为沿图2中3-3线的横断面图;

图4为沿图2中4-4线的横断面图;

图5为沿图2中5-5线的横断面图;

图6为沿图2中6-6线的横断面图;

图7为沿图2中7-7线的纵断面图;和

图8为沿图2中8-8线的横断面图;

在以上各图中，字母R（见图1）表示地震波接收器，它配置在井眼10中，用于探测接近井眼10的大地结构12中的地震能量波反应。接收器R包含适当数量的探测大地结构12对地震能量波响应的地震检波器G，它装设在探测器S内，探测器S又被吊挂在井眼10内的一条导电的电缆W上。一根接触杆C和探测器S一起安装，后者由一可反向旋转的电动机M（图2）驱动。按照本发明要求，电动机M可释放地推动探测器S，并使之在井眼10中选定深度处与井眼壁14接触，以便地震检波器G可以准确地探测地震能量波。

更详细地说明接收器R，探测器S包括一上部连接件16，该连接件在一表面18（图2）处与电缆W的下部连接件20以丝扣连接。电缆W的导线通过连接件16的中心通道22。电缆W内设有通向各个地震检波器G（如示意图的24）的导线以及下面将叙述的其它用途的导线，接至地震检波器G的导线24从通道22进入检波器壳体，此壳体内并带有电子装置。

壳体28为一细长、管形、整个的坚固金属体，长度通常在3～4英尺之间，其上部接头装设密封环32处带有密封环槽，密封环32用于密封壳体28中扩口30处。上部连接件16上有插口34，以便连接螺钉36穿过孔38而插入螺钉40（见图2.3），孔38（图2）在上部连接件16的圆周上，孔的配置见图3标号36，螺钉孔40开在壳体28的顶部表面42上，连接螺钉36加强了壳体28和上部连接件16间的连接。

地震波接收器R内的地震检波器G一般安装在一个圆柱体形金属件44中，在某一实施例中，设有4个检波器G，其中两个互相成直角（图2）放置，它们接收从井眼10内选定深度处的大地结构12内某一平面中的地震信号。某一平面为与井眼纵向中心线相交的横向轴线的平面。第 三检波器是垂直安装。第四检波器是供检查校准用，它容易被地面通过电缆W送入的电试验信号激发而发射地震能，也是在探测工作开始前，为试验大地和接收器R间的偶合程度准备的。地震检波器G下方有腔位26，腔位内安放有两块印刷电路板27，它们用于放大从地震检波器G来的信号。

壳体部件28在其对向于接触杆C的一侧，沿壳体整个长度有一大体上平坦的与大地相接触的表面46，有必要时，表面46上可按一定间距设置适当数量的与大地接触用的接触脚48。壳体28的下方，有一组下部接触脚50，它们和一可转动脚52安装在一起。

从电缆W引来的电线见图中标号54，它向电动机提供电力。电动机最好是可反向传动的直流电动机，由电线54提供的电力的极性控制它的转动方向。电线54经由中心通道22（图2）进入一入口56并安装在一管形部件58中，实质上管形部件58是作为向电动机供应电力的电线54的护套管，它在壳体28上沿一槽沟或狭缝60（见图4-7）向下延伸到孔口62（图7）。孔口62亦在壳体28上靠近电动机小室64的部位上。

电动机M设在壳体28中固定板68下方的小室64中，固定板68上有中心口76，这就使电动机驱动的主动轴78可以和调谐传动咬合机构80（图2）连接。调谐传动咬合机构80促使离合转子（66A）转动，在离合器被电线54通电激励以后，离合转芯（66B）也会以相同于离合转子（66A）和调谐传动输出80的速度转动。离合转芯66B是用紧固螺钉和推力板82相连，离合器66得到的电力和电动机M一样，来自同一电源，然而，在精心控制推力板80旋转，也给它加上放大的扭矩条件下，调谐传动机构80使离合器66产生的旋转量，相对于电动机M的轴78每转一周来说只是旋转一周的一个很小的分数增量。具有代表性的是：主动轴78每旋转一周导致调谐传动机构转动推力板82的旋转量在1/50～1/100圈之间。推力板82和推力轴承84一同装在密封衬套88上面的推力座86上，密封衬套 88由固定销70（图6）固定，而后者又由开口环74固定在72中。推力板82由销90使它和滚珠螺杆传动轴92的下端连接，而销90则贯穿在密封衬套88，推力板82和主动轴92中间。

滚珠螺杆主动轴92从销90开始向上延伸，它穿过轴承94、密封护圈96和弹性密封件98进入一空腔100。空腔100位于壳体28中滚珠螺帽罩104的下波纹套102内部。波纹套102系密封性地固定着，如在密封衬套88下端和滚珠螺帽车或鞍架106（图5）上用开口环接合。在滚珠螺帽鞍架106内装有滚珠螺帽108，它套在滚珠螺杆92上的螺纹部分110上，同时，它和它的鞍架的纵向移动方向由可反向旋转的电动机M驱动的滚珠螺杆的转动方向而定;滚珠螺帽108及其鞍架106的纵向位移量则决定于滚珠螺杆92的旋转数。如前文已谈到过的，滚珠螺杆92的旋转量决定于调谐传动咬合机构80的操纵和精密控制，这里并不排除滚珠螺帽108及它的鞍架106位移量的精确调整。

支撑板112（图2）安装在壳体28内上波纹套壳114中的波纹套113的上部，它也包括滚珠螺杆92的螺纹部分110的上端。波纹套113的两端均适当地加以密闭，为使用开口环锁口，波纹套102和113内部用适当流体如硅油填充，以便润滑螺纹部分110和滚珠螺帽108。

在滚珠螺帽鞍架108的两侧各成对地设有导向耳轴或滚珠轴116（图5），滚轴116嵌合在沿壳体28侧面的纵向槽沟或缝隙118之间，它的作用在使滚珠螺帽鞍架106在壳体28中移动平稳，壳体28上的槽沟118则用侧封板120封实。

滚珠螺帽鞍架106上有外伸臂122，它嵌入在壳体28的一纵向槽沟124中并通过连接销125与接触杆C中的拉杆128的叉架126连接，拉杆128外端又经销130与传感臂134的上部部分132相连，由于上部臂132已移向132a（图1），同时，下部臂136和上部臂132相似但尺寸已缩小，这样，传感臂134的上述两部分镶嵌在叉架128的狭缝138中。 在这样的情况下，当接触杆C处于收起位置时，传感臂134和壳体28表面大致在同一平面上，图1中的假想线表示了这一情况。传感臂134的上臂部分132由销140（图3）连接在壳体28顶部的装配耳142上。

转动脚52安装在一封闭塞144的下方，封闭塞144由6个螺钉145固定在壳体28端部上，而且还带有安装密封环146用的槽沟。凸轮跟随臂148安装时，延伸出封闭塞144的下方并处在转动脚52的一弓形或曲线形道152内。巨形螺塞150从密封塞144底面旋入并与它连接。附图所示的实施例中，使用了四个接触垫块，两个上接触垫块48和两个下接触垫块50。在井眼壁14表面不平整时，可能出现只有三块接触垫块和井眼壁贴合的局面，这就会使接收器R₈在水平面内产生摆动型振动，本发明中的转动脚52间使地震波接收器中的谐振频率高于先有技术所能获得的。曲线形道152中的凸轮跟随件148用于旋转转动脚52的位置，以消除由于水平激发引起壳体28可能产生的摆动。

在本发明的操作中，使地震波接收器R下降到井眼10中所期望的深度，随后，经由电缆W向电动机M供应电力，并使调谐传动咬合机构80转动传动轴92及它的螺纹表面110，于是导至滚珠螺帽106沿带螺纹表面110前进中带动拉杆128和夹持臂132向壳28以外移动。夹持臂132继续外移直到下部臂136和井眼壁14严密地接触。此时，试验地震检波器可供电起动并使产生声响试验信号，同时，调整探测地震检波器使和井眼壁14间达到紧密接触。如果要求接触更紧密时，可再次启动电动机使传感臂134移到与井眼壁14接触更紧密的地方。一旦地震波接收器R牢固地就位后，可从一个信号源发生由地层传送的地震信号，这些地震信号由接收器R的探测地震检波器G接收并转换为电信号，然后经由电缆W送往地面的记录装置。

在地震波接收操作完成后，改变通向电动机M的电流方向，使传动轴78及92反向旋转，也使滚珠螺帽108及它的鞍架106反向移动，滚珠 螺帽108这一动作使拉杆128向内移动，其结果是使夹持杆132与井眼壁14脱开。滚珠螺帽108和滚珠螺帽鞍架106继续下移直到接触杆C被移到收起位置。这时，地震波接收器R可以在井眼中升降到其它的深度，需要时也可以从井眼10中取出来。

为了在电动机出现供电事故，同时接触杆C又处于伸张位置时，可以取出接收器，特设有离合器66。如果电动机出现供电事故，离合器66同样地得不到电力，因此，离合器66a和66b不能偶合。而会让接触杆C的重量使滚珠螺帽108在传动轴92的螺纹部分110上向下移到接触杆C和井眼壁14脱离接触的位置。所以，在供电事故发生而接触杆C处于伸延位置时，离合器66能让地震波接收器从井眼10中取出来。

本发明所公开并描述的内容属于说明和解释性质。只要不违背本发明的精神，作某些变动如改变大小、形状、材料以及图形结构细节等是可以的。

Claims (6)

1、一个用于钻孔内探测钻孔附近大地结构对地震能量波的响应的地震波接收器，其特征在于包括：

(a)用于探测大地结构对地震能量波的反应的地震检波器装置；

(b)用于安放上述地震检波器装置的探测器装置，所述探测器装置具有一个包含着所述地震检波器装置的一个上部和一个下部部分的坚固壳体；并具有一个用以与大地接触的大致平坦的表面；

(c)一个接触杆的一个端部可转动地连接到所述探测器装置上的所述大致平坦表面对侧的侧面，用以驱使或解除上述探测器装置在选定的深度处与钻井壁的接触，以便该地震检波器装置能探测地震能量波，所述接触杆的收起位置允许上述探测器装置移动通过该钻井直至选定的深度处，而在接合位置时，可推动该探测器装置牢固地与大地接触；

(d)四个接触脚部件安装在所述探测器装置的所述大致平坦的表面上，用以紧密贴合钻井壁，至少两个接触脚部件分别安装在该探测器装置的上部和下部部分上；

(e)设置在所述探测器装置内用以驱动所述接触杆在一个收起位置和一个接合位置间移动的电动机装置；

(f)安装在所述电动机和所属接触杆之间的离合器装置，以便在发生所述电动机装置操作失效时，容许将该接触杆缩回；及

(g)用以将所述探测器装置的上部部分相对于下部部分转动的装置，使所述探测器，尽管在钻井壁不平整状态下，也能牢固地紧靠在钻井壁上。

2、按权利要求1的装置，其特征是包括：

和上述可转动装置一起防止上述探测器装置振动的装置，探测器振动是由于水平方向激发引起的。

3、按权利要求1的装置，其特征是上述地震检波器装置中包含多个地震检波器用以探测横截井眼的轴心线的平面内对地震波的响应。

4、按权利要求3的装置，其特征是还包括：

试验上述多个探测地震检波器的地震检波器试验装置，当试验装置被激发时，可发出振动。

5、一个用于井眼内探测井眼附近大地结构对地震能量波的反应的地震波接收器，其特征是包括：

（a）用于探测大地结构对地震能量波的响应的地震检波器装置;

（b）用于安放上述地震检波器装置的探测器装置，所述探测器装置具有一个坚固的壳体，而该壳体具有一个沿其一侧面的大致平坦的表面。

（c）用以可解除地驱动上述探测器在井眼中选定的深度处沿所述大致平坦的表面与井眼壁接触的装置，所述装置包括：

（ⅰ）一接触杆可枢轴转动地安装于所述探测器的所述大致平坦的表面的对侧的一端点上，并可在一收起位置和接触位置间活动，上述接触杆收起位置是指可使探测器在井眼内移动到选定的深度的位置，而接触位置是指在井眼内的选定的深度处使探测器与大地结构紧密接触的位置;

（ⅱ）安放在所述探测装置中用以驱动所述接触杆在收起位置和接触位置间移动的电动机装置;

（ⅲ）安装在上述电动机装置和所述接触杆之间的离合器装置，使得在所述电动机装置有故障时能收起该杆;

（d）所述探测器包括可转动的装置，该装置可使所述探测器的低端部转动，尽管在井眼壁不平整状态下也能牢固地紧靠在井眼壁上;及

（e）至少两个接触脚部件分别安装在所述所探测器装置大致平坦的表面的各端部用以与井眼壁紧密贴合。

6、用于钻井中检测地震能量的地震波接收器，包括：

（a）一个细长壳体具有上部和下部部分、可彼此相对地绕该壳体的一个纵轴转动，并在其一个侧面上有一个大致平坦的表面;

（b）一杆部件的一个端部可转动地连接到该壳体的所述大致平坦表面的对侧的侧面上，用以驱使或解除该探测器与钻孔壁间的接触;

（c）设置在壳体内的电动机装置用以驱动杆部件在一个驱动上述探测器装置牢固地与大地接合的打开位置和一个允许上述探测器装置移动通过该钻井的关闭位置间移动;

（d）连接在电动机装置和杆部件之间的离合器装置用以在电动机装置的操作失效时缩回该杆部件。

（e）设置在壳体内的地震检波器装置用以检测地震信号;及

（f）至少两个接触脚分别连接在该壳体的大致平坦的表面的上部部分和下部部分上，当由该杆部件驱使该探测器紧靠钻井壁时，使之能牢固地紧靠钻井壁。

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