CN1017092B - 地震勘探声波发生改进装置 - Google Patents

Abstract

提供一种通过使一重块在一壳体内落下撞击一目标构件而在井内产生声波并通过用可收缩的制动片使壳体锚定于该井内而将碰撞传递到周围的地质构造的装置。当壳体锚定后，从地面施加一牵引力于支承缆索使一支撑构件带着目标构件和重块朝上移动。当重块被液压装置锁定于它的设定位置时，该缆索放松，从而使目标构件和支撑构件返回到底部位置。在该位置，支撑构件压在一推动构件上，该推动构件驱动液压锁定装置并使重块脱开。

Description

本发明涉及一种改进的声波发生装置，该装置设置于一缆索的末端处而放入井或井眼内，通过使一重块下落撞击与该井壁耦合的一目标构件而产生声波。

本发明的装置特别应于用地震勘探领域。

已知有一种通过使一重块撞击一锚定在井眼内的目标构件而产生声波的装置。该目标构件固定在一长的带有锚定装置的壳体内，重块可在壳体内的与目标构件相接触的一底部位置和一顶部位置之间移动。在顶部位置时重块被控制装置释放而落下。该控制装置包括一带有可缩回的钩子的构件，适于夹紧一固定于重块上的啮合件和与安装于井内的提升装置相连接的刚性牵引构件（一钻管或互相连接的钻管串）。锚定装置是专业人员所熟知的压实机型锚定装置，它包括一由可径向移动的圆周部分和一中央部分组成的可张开部件。通过从地面使钻管串旋转引起该两部分相对旋转而使它枨开。圆周部 分可以由一些绕枢轴旋转的臂构成，这些绕枢轴旋转的臂上装有爪具，爪具张开时，能把自己锚定在井壁上，或者具有一种可变形的外壳。

这种装置在已公开的法国专利2590994中已有所描述。从另一个已公开的欧州专利EP242262中可找到另一种适于在井内通过使一重块在一长的壳体内落下撞击一锚定的目标构件而产生地震波的装置，其中的目标构件带有一能将重块从下部提升并平移至其释放位置的复位系统。

该复位系统包括一安装在壳体纵向轴线处的一有螺纹的杆和一拧于其上的螺母。螺母本身锁定不能旋转。该螺母安装在重块下方。当螺杆以某一方向旋转时，会使螺母移动，螺母将重块推到一顶部位置，重块在那里被一沿壳体母线安装在壳体内的啮合杆的凹口锁住。然后，改变螺杆的旋转方向，将螺母送回到底部位置，在那里，它横向移开啮合杆并脱开重块。螺杆由一刚性钻管串或一安装在壳体上方的电动机从地面上驱动，电动机用的电由一供电和支承电缆从地面上馈入。

采用了一刚性钻管串就有可能施加一相当大的牵引力，从而即使在偏移非常严重的井内，也能将很深的深处的震源复位（放回到原来的位置）。但是由于与地面刚性连接，一部分震动能量就沿着井传播形成寄生发射，这些寄生发射会在某种程度上干扰相应于直接传到震源锚定深度处井壁的波的有用回波的接收。

上述欧洲专利申请EP242262中所描述的、通过从地面由供电和支承电缆馈电的电动机，使利用重物下落技术的地震源复位的方法，克服了刚性连接的缺点。在脱开该地震源之前，可以先将供电和支承电缆放松，这样冲击能就不会沿着井传播了。但是，由于用于井内的电缆一般只能输送相当小的电力，因而就限制了这种地震源的震动能力。当为了获得强有力的碰撞要求下降高度相当大时，复位所需时间就长了，这样就降低了地震冲出的可能速度。如果复位时间间隔已定而不能更改，下降高度以及地震源的能量就必须降低。

本发明的一种改进的装置克服了上述的缺点。该装置可以设置在一连接构件的末端而放入井内，通过使一重块落下撞击一与该井壁耦合的目标构件可以产生声波。该装置包括一中空的长的壳体，在壳体中安装了目标构件，该目标构体与井壁断续地耦合;复位装置包括一安装在重块下方的支撑构件，该支撑构件在一底部位置和一顶部位置之间的直线移动使重块从其碰撞位置上升到它的复位位置;保持装置可移动，以便将重块保持在它的设定位置。

其特征在于，该装置包括一使支撑构件与安装于井外的驱动装置连接起来的柔性缆索，将支撑构件锁定于底部位置的装置，一个当支撑构件位于其底部位置附近时可以被纵向推动的推动构件，以及使在支撑构件的推力作用下的控制活塞的运动与保持装置的运动相关联从而使重块脱开掉下的装置。

该装置还可以包括驱动一与液压回路联系的控制活塞的推动构件，该液压回路与保持装置关联，或者驱动一开关，开关与电气或电磁控制的保持装置相关联。

该装置还可以包括一安装在重块和支撑构件之间的一中间构件，随着支撑构件作纵向移动，该中间构件可接收重块的碰撞并将碰撞传给装置的壳体。

有了这样的结构以及采用市场上可以购得的供电和支承电缆，就可以施加一个几十千牛顿（KN）的力，即使把克服静压考虑在内。这个力也可以将一个相当重的重块迅速提升几米之高。

这样便获得了一种强有力的并能以很高频率重复工作的地震源。另外，采用一柔性缆索使重块获得势能。当重块被提升到脱开位置时，柔性缆索可以放松，沿该缆索没有寄生能量发射。还可以看到，因为可以将支撑构件锁定在底部位置，在该处，地震源的尺寸最小，这样就有助于在使重块下降和上升以及沿井道移动的过程中对支撑构件进行控制。

还应该说明的是，使地震源在井内移动的驱动装置是那些一般用于井内测井操作的装置。这样就不必采用更重和更昂贵的钻井设备。

参照附图阅读用以举例说明本发明的一个实施例（本发明不限于此实施例），就更能明了本发明的装置的其他特征和优点，其中：

图1是该装置沿井道移动工作过程中处于碰撞位置的剖视示意图;

图2是当重块被提升到它的设定位置时该装置锚定于井内时的剖视示意图。

图3是当装置处于其设定位置而支撑构件被送 回到它的底部位置时的剖视示意图;

图4是装置脱开后重块落到它的碰撞位置时的剖视示意图;图5示意表示了在复位行程结束时将重块保持在顶部位置的装置，保持装置包括冲击吸收构件。

图1，4所示的装置包括一适于放入一井或井眼2内的长的壳体1，整个装置系于与地面设备连接的缆索3的末端。地面设备包括一支撑塔4和一存放缆索3的缆索盘5及一用于卷绕或放松缆索从而使该装置在井2内移动的驱动装置（图中没有画出）。

壳体1下部包括由几个制动片6组成的锚定装置，这些制动片6可在收缩位置（见图1）和紧抵（压紧）井2的井壁的锚定位置（例如见图2）之间移动。为了使该装置与周围的地质构造更好地耦合，各制动片的压紧面上设有凸出的元件7。在壳体周围可以采用例如四个互相间隔90°的制动片或三个互相间隔120°的制动片。各制动片6固定在杆上，杆由液压传动装置9径向推动，而液压传动装置由液压系统驱动（图中未画出）。液压系统装在壳体的腔室10内。这种液压系统在例如已公开的欧洲专利EP162767中有所叙述，它至少包括一充有高压的油气储压器和用于将加压的流体分配到各个液压传动装置9中使各制动片6作互相收拢或分开移动的电阀门。

各导电体（导电电线）（为简化附图没有画出）使电阀门控制电路与沿缆索3布线的供电线路连接。这样，操纵者就可以控制各制动片6使之互相收拢或分开。

该装置还包括一内腔室11，其中，一重块12可以在一设定位置（见图3）和一碰撞位置（见图1）之间滑动。滑道13沿壳体1的母线设置，用于引导重块12的移动，一位于重块碰撞位置同一侧的、腔室11的端壁14包括一轴向凹座15，凹座15的尺寸可以完全容纳一支撑构件16。支撑构件16上固定了一其长度大于腔室11的刚性杆17，该刚性杆17经开口19穿过壳体上的与端壁14相对的端壁18。在开口19处杆17的周围设有密封件20，从而将内腔室11与井隔开。重块12有一中央通孔，其孔径与杆17的直径相对应，但小于支撑构件16的直径。一独立于重块12并也带有一用作杆17通道的中央通孔的目标构件或砧台21安装在重块12和端壁14之间。

为了限制重块12与目标构件21的碰撞力，最好在目标构件21上固定一由例如聚氨基甲酸乙脂之类的冲击吸收材料制成的圆盘22。连接件23使杆117与缆索3相连接。因采用了一种独立于壳体的目标构件，所以当该目标构件由于连续冲击而损坏时，就能较方便地更换。

在重块12接近于端壁18的一端带有凹槽24。当重块处于所谓设定位置时，在该凹槽24的高度处，装有一锁定装置，该装置包括例如至少一个指形件25，该指形件25可相对于壳体在第一位置与第二位置之间作径向移动，当其处于第一位置时，它嵌入凹槽24而锁往重块，当它处于第二位置时，它充分缩回，以便让重块掉下。

指形件25可由例如一安装在壳体1侧壁内的液压传动装置26的杆部构成。一压在传动装置26的活塞28上的弹簧27将指形件25推到伸展位置。

凹座15的底部设有一放置推动构件或控制活塞30的空腔29。该空腔29及液压传动装置26（弹簧27另一侧）的空腔通过一充满油的管道31彼此相通。推动构件30可以从收缩位置（例如见图1或4）移动到较高的位置（见图2或3）。这个较高位置设计成当支撑构件16处于完全嵌入凹座15时的最低位置附近时，它能按压推动构件30使该构件充分移动，从而使锁紧指形件产生相应的向后移动而将重块12脱开。在凹座15内装有可锁住支撑构件16的锁定装置，它类似于在设定位置处锁住重块12的装置。当它处于静止位置时，在空腔33内的一弹簧32将锁定指形件34充分推出，使它嵌入支撑构件16的凹槽35。通过一与凹处10内的液压系统连通的回路36施加一反向压力，可以将支撑构件16松开。与锚定制动片6的传动装置9相类似，操纵者可以在地面进行遥控而使锁定指形件34收回。

通过缆索3的各导电体，可以将使各制动片锚定和使支撑构件16松开的各个遥控信号传到连接件23处，在那里，这些导电体与一绕成螺旋线的多股电缆C的第一端电气连接，电缆C另一端，导线与沿壳体1延伸到其下部的凹处10的导电体（图中未画出）连接。电缆C的长度应设计成可以使杆17自由移动。

举例来说，一个装置可以由例如一个100公开左右的重块和一长得足以让重块掉下大致4米的壳体组成。该装置由一一般用作钻井工具的那类支承缆索吊住，该缆索可以施加例如20千牛顿或更大的力，该力足以在重块每次掉下后将其迅速重新提升到设定位置。牵引所传递的能量比电缆所提供的电力（能量）要大得多，电缆所提供的电力大约是1千瓦左右。

该装置按下列方式工作：

a）当装置处于它在井内移动的如图1所示的位置时，支撑构件16位于凹座15的底部，紧抵在推动构件30上，管道36中的反向液压被释放，从而使指形件34嵌入凹槽35，并使各锚定制动片6处于收拢位置。

b）当达到一定深度时，地面上的操纵者使制动片6分开而各自锚定在井壁上，然后通过反向液压作用使锁定的指形件34缩回，从而将支撑构件16松开。

c）然后从地面对缆索3施加一牵引力，从而使由带有冲击吸收圆盘22的目标构件21的支撑构件16和重块12（见图2）构成的组件朝上滑动，推动构件30的释放使得锁定指形件25在弹簧27的推力作用下从壳体壁上凸出。

d）当重块到达其设定位置（见图3）时，锁定指形件25嵌入凹槽24并将重块固定。此时缆索3被放松，以便使支撑构件16回到其底部位置。在支撑构件移动过程中与之伴随的目标构件21也到达与壳体的端壁14相接触的位置。

e）当支撑构个完全进入凹座15时，它就紧抵住推力构件30，导致锁定指形件25缩回而释放重块12（见图4）。此后，重块掉下，撞击在目标构件21的圆盘22上。撞击时产生的声波脉冲通过壳体1和锚定制动片6传递到周围的地质构造中。

支撑构件16的每一次往返循环都足以促发一次新的地震冲击。

在图5所示的实施例中，在重块上与目标构件相反的一侧有一啮合头37，啮合头37上有一环形凹槽38和一截头锥形端壁39。将重块保持在设定位置的装置至少包括两外对称安装在轴向杆17的两侧的钩子40。这两个钩子可以在夹紧位置和分开位置之间绕枢轴转动，当它们处于夹紧位置时，它们能嵌入环形槽38，从而将重块锁定于设定位置，当它们处于分开位置时，就不再保持重块。

使钩子互相分开移动并松开重块的控制装置部分安装在由内腔室11扩展的一轴向腔室41里。它们包括一适于绕杆17滑动的圆柱形轴套42。钩子40可以绕固定于该轴套的第一端上的销43作枢轴转动。一横截面大于轴套横截面的圆柱形部件44部分地嵌入轴向腔室41，它带有一内腔室45。轴套42穿过圆柱形部件44，形成在其两端壁46和47处的两个开口，引导它的平移运动。

轴套42的外侧有一活塞48，它的横截面与圆柱形部件44的内横截面相适配。在活塞48与腔室11一侧的端壁40之间装有一弹簧49。空腔45的相对部分装有液压流体并通过一横向小孔50与管道31（对照图1-3）相通。

壳体1的侧壁上的销51嵌入轴套上的一轴向槽52，不让轴套旋转。在轴套42的端部与腔室41的顶部53之间装有一回复弹簧54。

每个钩子包括一弯曲部分55，它的端部由一连杆56连到固定的圆柱体部件44上。钩子40的结构使得当活塞48滑向端壁46时会使钩子互相分开。使活塞这样滑动并同时压缩弹簧49所需的力是由在回到其底部位置的支撑构件16的推力下的推动构件30的收缩运动（参看图1）压缩液压流体产生的。

保持装置的工作过程与前述实施例中指形件25的工作过程大体相同。重块12由施加在缆索3的牵引力提升而释放推动构件30（见图1），轴套42在弹簧49的推力下升高，这使钩子40再次合拢。当重块12重新到达复位位置（见图3）时，钩子40互相收拢，从而与重块12的端部37啮合。类似地，当支撑构件16返回时，施加于推动构件上的压力导致轴套42向下平移并使钩子40张开。

如果回缩运动继续向上移动使重块超过设定位置时，就将轴套42驱向腔室41的顶部，这样就将回复弹簧54压缩。由此，避免了因施加于缆索3上的牵引力过大而可能引起的损坏。

将推动构件30（见图1）的移动传递到保持重块12的指形件25或滑动轴套42（见图5）的液压回路可以用其他各种等效的装置代替，更具体地说可以用一包括例如使保持装置移动的电磁装置的控制回路代替，但这仍然落入本发明的范围之内。同样，滑 动轴套42（见图5）可以延长，从而当处于静止位置时，突出于壳体的上壁，并且可以在刚性杆17上固定一能在支撑构件底部位置附近对这个外部延长部施加压力的和能使钩子40分开的构件。

Claims (12)

1、一种适于连接在一连接件的一端放入井内、并通过使一重块下落撞击一与井壁耦合的目标构件而产生声波的改进的装置，包括一带有一纵向腔室的长的壳体，在壳体内重块可在一设定位置与一碰撞位置之间移动，使目标构件与井壁断续地耦合的可收缩锚定装置，包括一支撑构件的复位装置，该支撑构件安装在重块下方，它在一底部位置和一顶部位置之间的直线移动使重块从其碰撞位置提升到它的设定位置，将重块保持在它的设定位置的可活动的保持装置，其特征在于该装置还包括一使所述的支撑构件与安装于井外的驱动装置相连接的柔性缆索，将所述的支撑构件锁定于底部位置的构件和当支撑构件位于其底部位置附近时可被纵向推动的一推动构件及使所述推动构件在支撑构件的推力下的移动与保持装置的移动相关联从而将重块脱开的装置。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的推动构件驱动一与一液压回路相联系从而与所述的保持装置耦合（关联）的控制活塞。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的推动构件驱动一开关，它与电气或电磁控制保持装置相关联。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的目标构件安装在所述的重块和所述的支撑构件之间并且跟随着支撑装置纵向移动，所述的目标构件当支撑构件处于底部位置处时紧靠在壳体内腔室的端壁上，在所述的端壁处设有一用于容纳所述的支撑构件和锁定装置的凹座，所述的推动构件可在位于所述的凹座底部处的一空腔内活动。

5、如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的目标构件包括一由冲击吸收材料制成且其表面面向重块的圆盘。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的支撑构件固定在一与壳体外的柔性缆索相连接的刚性杆上。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的将支撑部件锁定在底部位置的装置包括一在一弹簧作用下可以嵌入支撑构件的一横向凹槽的杆，一通过所述的缆索控制的液压装置，用以施加一反向压力，将该杆从所述的横向凹槽中退出。

8、如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的刚性杆沿壳体轴线安装，重块和所述的目标构件带有作为该杆通道的中央通孔。

9、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的将重块保持于一设定位置的装置包括可径向滑动的活动部件和由推动构件控制的、使活动部件在一啮合重块的位置与一脱开位置之间移动的装置。

10、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的将重块保持在一设定位置的装置包括安装在所述纵向腔室内并适于将重块保持在一设定位置的可作枢轴转动的钩子，和使所述的钩子分开并松开重块、轴向安装在重块的所述设定位置上方的装置。

11、如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述支撑构件固定在一与壳体外的柔性缆索相连接的刚性杆上，使所述的钩子分开的装置包括一固定于杆上并安装成当支撑构件位于其底部位置附近时能对推动构件施加压力的构件。

12、如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，所述的可收缩锚定装置包括至少一个制动片，在制动片与井壁相接触的一面上带有诸凸出的元件，还包括使每个锚定制动片移动的液压装置。

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