CN103616717A - 一种可控震源振动器平板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可控震源振动器平板及其制作方法，应用于地震勘探技术领域。该可控震源振动器平板包括组焊平板和加强板；组焊平板由工字钢或矩形管组焊形成，该组焊平板上固定有活塞杆安装座；加强板焊接于组焊平板的底面，该加强板底部具有至少一个凹孔，且凹孔与组焊平板强度大于设定值的位置相对应；该可控震源振动器平板的制作方法包括：采用工字钢或矩形管组焊形成组焊平板，并在组焊平板上固定活塞杆安装座；通过有限元分析确定组焊平板各位置的强度情况；将加强板焊接于组焊平板的底面；在加强板上形成至少一个凹孔，并使得凹孔与所述组焊平板强度大于设定值的位置相对应。本发明不仅可有效提高整个可控震源振动器平板的刚性，而且可以减轻对脆弱植被生长的影响。

Description

一种可控震源振动器平板及其制作方法

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，具体地，涉及一种可控震源振动器平板及其制作方法。

背景技术

国民经济发展越来越依赖油气资源，油气勘探以及其它环境资源的勘探活动从常规勘探向着高密度、高精度方向的发展。可控震源作为地震勘探中重要的地震信号大型激发装备，其主要特征就是采用非炸药形式产生人工振动信号，可控震源上振动器的往复运动通过压紧在大地上的平板将激振信号传向大地，地球物理人员通过对振动回波信号的检测与解释，判断地下是否存在油气或储藏油气的可能。而可控震源振动器平板则是激发信号主要的传输介质，因此，可控震源振动器平板的结构形式、结构刚性与质量都对激发信号的传输与对地表影响起至关重要的作用。

随着地震勘探领域振动信号的激发频率正在向低频方向发展，对可控震源振动器平板刚度的需求也随之加强。在面积一定的条件下，可控震源振动器平板的设计应满足平板结构刚度最大、质量最轻的要求。

如图1所示，目前常见的可控震源振动器平板多采用工字钢或矩形管材组焊而成，但是，这种可控震源振动器平板的刚度较弱，在地面反作用下容易变形，使用过程中往往会因为振动影响而造成组焊焊缝水平方向撕裂。

此外，由于地震勘探时平板需要平铺于地表，而平板面积一般较大，这种平面接地压实地面后会影响地表脆弱植被的生长，尤其对于恶劣环境中植被贫乏的土壤（例如戈壁滩），这种接触会严重影响植被的生长情况，因此，目前常见的可控震源振动器平板设计并不适合可控震源在国内环境保护要求严格的地区作业。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种可控震源振动器平板及其制作方法，以解决现有的可控震源振动器平板刚度较弱以及影响脆弱植被生长的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种可控震源振动器平板，包括组焊平板和加强板；其中，

所述组焊平板由工字钢或矩形管组焊形成，该组焊平板上固定有活塞杆安装座；

所述加强板焊接于所述组焊平板的底面，该加强板具有至少一个凹孔，且所述凹孔与所述组焊平板强度大于设定值的位置相对应。

本发明还提供一种上述可控震源振动器平板的制作方法，包括：

采用工字钢或矩形管组焊形成组焊平板，并在所述组焊平板上固定活塞杆安装座；

通过有限元分析确定所述组焊平板各位置的强度情况；

将加强板焊接于所述组焊平板的底面；

在所述加强板上形成至少一个凹孔，并使得所述凹孔与所述组焊平板强度大于设定值的位置相对应。

借助于上述技术方案，本发明通过在组焊平板下面焊接具有凹孔的加强板，不仅可有效地避免因振动影响造成组焊焊缝水平方向发生的撕裂，提高整个可控震源振动器平板的刚性，而且可以降低平板底面对地表的直接压实作用，减轻对脆弱植被生长的影响，有利于拓展可控震源地震勘探的作业领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的现有常规可控震源振动器平板的结构示意图；

图2是本发明提供的可控震源振动器平板的剖面示意图；

图3是本发明提供的可控震源振动器平板实例的结构示意图；

图4是本发明提供的可控震源振动器平板实例中加强板A的俯视图；

图5是本发明提供的可控震源振动器平板实例中加强板B和C的俯视图；

图6是本发明提供的加强板上无凹孔设计的可控震源振动器平板的俯视图及其各个位置处的强度示意图；

图7是本发明提供的加强板上均匀分布同样大小1字形凹孔的可控震源振动器平板的俯视图及其各个位置处的强度示意图；

图8是本发明提供的加强板上分布有大小不等的凹孔的可控震源振动器平板的俯视图及其各个位置处的强度示意图；

图9是本发明提供的可控震源振动器平板的制作方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种可控震源振动器平板，如图2所示为该可控震源振动器平板的剖面图，包括组焊平板201和加强板202；其中，组焊平板201由工字钢或矩形管组焊形成，该组焊平板201上固定有活塞杆安装座（图2中未示出）；加强板202焊接于组焊平板201的底面，该加强板202具有至少一个凹孔203，且凹孔203与组焊平板201强度大于设定值的位置相对应。

图2中，组焊平板与目前常见的可控震源振动器平板类似，由工字钢或矩形管组焊形成，再起中心位置设置有用于连接振动器活塞杆的活塞杆安装座。

需要说明的是，本发明中的凹孔是设置于加强板上的凹状孔形结构，在加强板上设计凹孔的目的是减轻振动器平板对地表植被的影响以及减轻整个振动器平板的质量，所应理解的是，为了达到该目的，凹孔仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，对凹孔所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。例如，也可通过在加强板上设置凹面等达到相同的目的。

本发明将加强板焊接于组焊平板底面，可有效提高组焊平板的刚性，预防振动过程中组焊焊缝发生撕裂的现象；为了减轻对地表植被的影响，本发明的加强板具有凹孔设计，这些凹孔与地表的接触与普通平板压实地面不同，不会给地表植被的生长带来影响，尤其适用于恶劣环境中植被贫乏的土壤；此外，由于这些凹孔的位置对应于组焊平板上强度较强（通过与设定值进行比较判断）的位置，因此，对提高整个可控震源振动器平板的刚性具有有益效果；这种凹孔设计可使得加强板的质量较小，进而使得整个可控震源振动器平板的质量相对于目前常见可控震源振动器平板的质量只有较小的增加，满足了在面积一定的条件下，可控震源振动器平板的设计应满足平板结构刚度最大、质量最轻的要求，从而满足了随着地震勘探领域振动信号的激发频率向低频方向发展的过程中，要求加强可控震源振动器平板刚度的需求。

为了方便制作具有凹孔的加强板，本发明可利用塞焊方式将原本就具有多个通孔的加强板焊接于组焊平板底面，并在组焊平板强度大于设定值的位置，将通孔塞焊形成本发明所需的凹孔。即，在一种较佳的实施例中，加强板的凹孔为所述加强板通过塞焊方式焊接于所述组焊平板底面时形成的塞焊孔。

由于一般情况下可控震源振动器平板所需的面积较大（例如2～4㎡），为了方便加强板的加工和将加强板焊接于组焊平板底面，较佳的，可以将加强板设计为由多个板共同组成的结构，在焊接时再将这些板分别焊接于组焊平板底面。

图3所示为本发明提供的一种可控震源振动器平板实例，包括组焊平板301、加强板302，其中，组焊平板301上固定有活塞杆安装座304，加强板302上具有多个凹孔303，其中，加强板302由三块厚度相同的板A、B、C组成，其中板A焊接于组焊平板底面的中间位置，其余两块板B和C相对于该中间位置处的板A对称设置，并焊接于组焊平板301底面。如图4所示为板A的俯视图，图5为板B和C的俯视图。为了方便加工，传统可控震源振动器平板的形状多采用矩形，但由于地面给振动器平板的反作用力所产生的应力场并非矩形，因此传统矩形形状的振动器平板的刚性较差，在充分考虑了地面给振动器平板的反作用力应力场的情况下，本发明提出了如图3所示的异形形状，以满足地震勘探对振动器平板的刚性需求。

图3所示的可控震源振动器平板实例中，加强板底部的凹孔需要设计为与组焊平板上强度较强的位置处相对应。在实施过程中，可先建立振动器平板结构模型，通过采用有限元法分析平板在静载作用下各位置的变形量来确定组焊平板上各个位置处的强度情况，然后根据一预先确定的强度值（该强度值可根据实际中整个可控震源振动器平板的刚性要求进行设置），将组焊平板上强度大于该强度值的位置标识出来，在加强板相应的位置处制作凹孔。

本发明中，各凹孔的大小可以相同或不同，具体实施时，可以根据组焊平板各位置处的强度情况，来确定相应位置处的凹孔大小，以保证在整个振动器平板的刚性足够的情况下降低对地表植被的损坏影响。分别对无加强板焊接的组焊平板、加强板上无凹孔设计的可控震源振动器平板（图6所示为该可控震源振动器平板的俯视图及其各个位置处的强度示意图）、加强板上均匀分布同样大小1字形凹孔的可控震源振动器平板（图7所示为该可控震源振动器平板的俯视图及其各个位置处的强度示意图）、以及加强板上分布有大小不等的凹孔，且凹孔分布情况为组焊平板强度越强的位置处对应的凹孔越大的可控震源振动器平板（图8所示为该可控震源振动器平板的俯视图及其各个位置处的强度示意图）进行有限元分析，得到如表1所示的结果。

表1

通过表1可知，上述几种情况下，图8所示的可控震源振动器平板的质量最小，刚性也最好，满足了整个可控震源振动器平板的刚性要求和质量要求。图3所示的可控震源振动器平板实例与图8所示的可控震源振动器平板的凹孔设计一致，凹孔分布情况为组焊平板强度越强的位置处对应的凹孔越大，强度较弱的位置处对应的凹孔越小。

本发明对加强板的材质不作具体限定，可以根据地震勘探的需要进行设置。考虑到组焊平板为由工字钢或矩形管等钢材制作，较佳的，加强板也选择由钢材制作。较佳的，可选择厚度为6～12mm的16Mn钢板制作加强板。图3所示的可控震源振动器平板中，加强板采用厚度为8mm的16Mn钢板制作。

相应的，本发明还提供一种可控震源振动器平板的制作方法，如图9所示，该方法包括：

步骤S91，采用工字钢或矩形管组焊形成组焊平板，并在所述组焊平板上固定活塞杆安装座；

步骤S92，通过有限元分析确定所述组焊平板各位置的强度情况；

步骤S93，将加强板焊接于所述组焊平板的底面；

步骤S94，在所述加强板上形成至少一个凹孔，并使得所述凹孔与所述组焊平板强度大于设定值的位置相对应。

在一种较佳的实施例中，所述加强板具有至少一个通孔；则步骤S93和步骤S94具体为：

利用塞焊方式，将所述加强板通过所述通孔焊接于所述组焊平板的底面；并在所述组焊平板强度大于设定值的位置，将至少一个通孔塞焊形成凹孔。

在一种较佳的实施例中，所述加强板包括相同厚度的中心板和侧板；则步骤S94将所述加强板焊接于所述组焊平板的底面，具体为：将所述中心板焊接于所述组焊平板底面的中部；将所述侧板相对于所述中心板对称焊接于所述组焊平板底面。

在一种较佳的实施例中，所述中心板、侧板为钢板。

在一种较佳的实施例中，所述钢板为厚度6～12mm的16Mn钢板。

图9所示的可控震源振动器平板的制作方法与图2所示可控震源振动器平板基于相同的发明思想实现，其具体实施方式可参照前述对可控震源振动器平板的介绍，此处不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的可控震源振动器平板及其制作方法具有以下有益效果：

（1）将加强板焊接于组焊平板底面，可有效提高组焊平板的刚性，预防振动过程中组焊焊缝发生撕裂的现象；

（2）加强板底部的凹孔对应于组焊平板上强度较强的位置，对提高整个可控震源振动器平板的刚性具有有益效果；

（3）加强板底部的凹孔设计，使得与地表的接触与普通平板压实地面不同，不会给地表植被的生长带来恶劣影响，尤其适用于恶劣环境中植被贫乏的土壤；

（4）加强板底部的凹孔设计可使得加强板的质量较小，进而使得整个可控震源振动器平板的质量相对于目前常见可控震源振动器平板的质量只有较小的增加，满足了在面积一定的条件下，可控震源振动器平板的设计应满足平板结构刚度最大、质量最轻的要求，从而满足了随着地震勘探领域振动信号的激发频率向低频方向发展的过程中，要求加强可控震源振动器平板刚度的需求。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可控震源振动器平板，其特征在于，包括组焊平板和加强板；其中，

所述组焊平板由工字钢或矩形管组焊形成，该组焊平板上固定有活塞杆安装座；

所述加强板焊接于所述组焊平板的底面，该加强板具有至少一个凹孔，且所述凹孔与所述组焊平板强度大于设定值的位置相对应。

2.根据权利要求1所述的可控震源振动器平板，其特征在于，所述凹孔为所述加强板通过塞焊方式焊接于所述组焊平板底面时形成的塞焊孔。

3.根据权利要求1所述的可控震源振动器平板，其特征在于，所述加强板包括相同厚度的中心板和侧板；其中，

所述中心板焊接于所述组焊平板底面的中部；

所述侧板相对于所述中心板对称焊接于所述组焊平板底面。

4.根据权利要求3所述的可控震源振动器平板，其特征在于，所述中心板、侧板为钢板。

5.根据权利要求4所述的可控震源振动器平板，其特征在于，所述钢板为厚度6～12mm的16Mn钢板。

6.一种可控震源振动器平板的制作方法，其特征在于，包括：

采用工字钢或矩形管组焊形成组焊平板，并在所述组焊平板上固定活塞杆安装座；

通过有限元分析确定所述组焊平板各位置的强度情况；

将加强板焊接于所述组焊平板的底面；

在所述加强板上形成至少一个凹孔，并使得所述凹孔与所述组焊平板强度大于设定值的位置相对应。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述加强板具有至少一个通孔；则，

将加强板焊接于所述组焊平板的底面；在所述加强板上形成至少一个凹孔，并使得所述凹孔与所述组焊平板强度大于设定值的位置相对应，具体为：

利用塞焊方式，将所述加强板通过所述通孔焊接于所述组焊平板的底面；并在所述组焊平板强度大于设定值的位置，将至少一个通孔塞焊形成凹孔。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述加强板包括相同厚度的中心板和侧板；则将加强板焊接于所述组焊平板的底面，具体为：

将所述中心板焊接于所述组焊平板底面的中部；

将所述侧板相对于所述中心板对称焊接于所述组焊平板底面。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述中心板、侧板为钢板。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述钢板为厚度6～12mm的16Mn钢板。

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