CN1203371A - 应用稳定器的井下地震探测器系统 - Google Patents

Abstract

一种在套管井眼中应用的、垂直配置的井下地震探测器系统,它包括一件主体构件12,该主体构件12具有一个平面侧面,该平面侧面包含两个接触井眼套管内侧的角13。支承锁紧臂14从主体构件12伸出以接触井眼套管的内侧,并将角13推向井眼套管的内侧,从而将传感器固定在井眼内的稳定位置上。

Description

应用稳定器的井下地震探测器系统

本发明涉及地震勘察系统，特别涉及竖直配置的地震探测器系统，这些系统放置在地面几百甚至几千英尺的井眼中。

近年来，应用在井中竖直配置的探测器组的地震勘察系统日益趋于重要。通常，这些系统具有若干沿井眼配置在不同竖直深度的探测器。每一探测器可例如包括一台三分量地震检波器(即一台能探测到达其位置的地震波的X、Y和Z的竖直空间分量的地震检波探测器)、一台能将测得的地震波分量幅值进行数字化的数字器、和一个传输系统，此传输系统将表现为数字数据的时间系列的数字化信号传向井上的系统记录仪和处理器。这些探测器通常由测井电缆连结在一起，电缆可为常规的铠装七导线类型的电缆，如需要，也可由光纤加以连结。

进行井下地震勘察时，最好在井中配置大量地震探测器。通常，如上所述的组件可相隔10英尺间距，并用跨接电缆连接在一起。在使用三分量井下地震探测器时，重要的是将每一探测器牢靠地安装在井眼壁上，以便恰当地捕捉地震信号质点运动的三个空间分量。在现有技术中，这是通过应用一种机械锁紧臂而实现的，此臂从仪器的侧面伸出，将仪器主体构件推动至或加压至与锁紧臂相对的井眼壁上。通常，这些锁紧臂系统的运转从地面借助对电动马达和齿轮驱动器的控制，或借助对流至井下液压驱动系统的液压流体的流量控制来进行的。这些锁紧臂系统包含许多精密运动零件和高压密封件，因而成为井下地震系统最复杂的部件，并与仪器绝大部分的误操作或破损有关。特别当锁紧臂系统发生灾难性仪器破损时，就会引起仪器卡住在井眼中，要求进行昂贵的“捞鱼”作业以便将其回收。

因此，最希望有一种井下地震仪器锁紧系统，它不太复杂、较为可靠，并不太会产生要求捞鱼的灾难性故障。

除灾难性的卡住外，还会发生其它形式的锁紧臂故障。探测器仪器主体构件通常是圆柱形的。通常，在与锁紧臂相对的仪器侧面(仪器的背侧)有两对稳定支脚。一对支脚通常靠近仪器的顶部，而另一对支脚靠近圆柱形组件的底部。这些支脚的目的是防止仪器侧向摆动，在测量中引入不应有的振动。假如仪器能在套管井眼的壳体中适当地定中心，由于锁紧臂沿壳体的真正对角线布置，仪器就能正常工作。但是，因为大多数井眼不是完全竖直的，因此就可能发生误差。当仪器移动通过井眼时，圆柱形仪器主体趋于靠着壳体的向井下沉的侧边运动。这造成上、下支脚之一或两对支脚在配置锁紧臂之前就与井眼壁啮合。当锁紧臂随后伸展时，这些接触的或已啮合的支脚趋于虚假地将仪器主体锚定在壳体的向井下沉的一侧，且只是沿着这一侧。这样的锚定是不稳、虚假的，以后它就会松开，使仪器得以振动。过去，曾企图保持组件运动以配置地震仪器组件的锁紧臂来避免这一问题。如果只有一个仪器组件，这样做是行得通的，但由于要应用多个仪器组件，这种做法就变得越来越困难了。因此，非常希望能提出一种地震仪器锁紧系统，它能牢靠地将仪器锁紧在位，使仪器不会移动，同时能避免上述的仪器“虚假锁紧”或偏心问题。

本发明提出仪器主体和配件的新形状，它们的结构能克服现有技术中的上述困难。在一个实施例中，提出了一个不对称的仪器形状，它由一个带平面侧面的圆柱体构成，平面侧面与锁紧臂直接相对。悬挂电缆安装在组件的端部，并向着平面侧面而偏心。这样，此形状最优先寻找的位置是以平面侧面的两个角与井眼壁接触的位置。当锁紧臂部署时，这两个角仍旧与壳壁接触。仪器向着自然定中心的这一趋势由于在平面侧面的角上安装永久磁铁或电磁铁而进一步加强。一旦仪器“降落”在位，这些磁铁将抵制任何企图将仪器转动移出要求位置的扭矩。本发明这一实施例的一个替代性结构是设置一个或多个仪器套环，它们具有上述的平面侧面，并安装在普通圆柱形仪器主体的外部。如果需要，可沿仪器的长度部署一个或多个这样的套环，其平面侧面或表面可相互直线对准，但与仪器锁紧臂相对。

在发明的第二实施例中，在圆柱形仪器主体的一端设置了四个尖角“支脚”，它们沿围绕仪器主体的圆周，相互相隔90°而布置。在仪器的相对端设置了相似的支脚，也相互相隔90°，但与相对端上的那些支脚相隔45°。当这样一个仪器悬挂在井眼中时，它将优先以三点支脚接触而倚靠在壳壁上，两只支脚在一端接触壁，一个支脚在相对端接触壁。这里有间隔为45°的8个角向位置，其中仪器进行稳定的三点接触。在此实施例的另一种结构中，支脚可用永久磁铁或电磁铁加以磁化，以提供附加的稳定性，减少任何水平振动。为促进此效应，描述了一种具体的磁场极化图形。

结合附图，通过以下详细说明将对发明进行最好的了解。

图1是恰当锁紧在套管井眼中的地震仪器的示意顶视截面图。

图2是不恰当锁紧在套管井眼中的地震仪器的示意顶视截面图。

图3是锁紧臂缩回时，典型仪器位置的示意顶视截面图。

图4是根据本发明概念提出的、锁紧在套管井眼中的仪器的示意顶视截面图。

图5表示本发明提出的锁紧装置结构的示意侧视图。

图6是图5中仪器的示意顶视图。

图7是本发明概念提出的仪器的第二实施例的示意侧视图和顶视图。

图8是图7中仪器支脚磁场极化的示意顶视图。

图9是一种井下多级地震探测器系统的示意图，该系统只在顶部和底部仪器组件上应用锁紧臂。

请首先参看图1，图中展示了一台已有技术中应用的一台地震仪器的截面顶视图，此仪器恰当地中心定位和锁紧在套管井眼中。钢壳11划出了井眼壁，仪器主体构件12由测井电缆(未表示)悬挂于其中，电缆连接在主体上端的其重心15的径向中心附近。仪器12至少装备有一对尖锐的支脚13，它们同平面地放置于其上、或下端附近，或者在主体12的两端各装备一对这样的同平面支脚。当仪器12到达其地震检波器应配署的要求深度时，铰接于仪器主体一端的锁紧臂14就被配署。锁紧臂14接触壳体11，推动尖角支脚13与壳体11进行锁紧啮合。请注意，如果能像图1那样恰当地锁紧，则锁紧臂14就沿着壳体11的真正直径而配署。

现请参看图2和图3，图1所示的同种仪器被不恰当地或虚假地锚定在套筒井眼中。在图3中，因为井眼的轴线不是完全垂直的，因而仪器主体13如图所示那样落入或倚靠在壳体11向井下沉的一侧16。如图所示，尖角支脚13A啮合壳体，但在锁紧臂14伸展之前，尖角支脚13B不啮合壳体11。这样，当锁紧臂14如在图2中那样地进行部署时，啮合着的支脚13A与接触壳体11的锁紧臂14之间的摩擦力足以使锁紧臂14的部署系统误认为，仪器是锁紧在适当位置上，不再进一步部署锁紧臂14。这就使仪器如图2所示地位于不稳的、虚假的锚定位置。

图4表示根据本发明概念提出的一种仪器主体形状42的截面图。如图所示，井眼壳体41是不竖直的，具有向井下沉的一侧46。圆柱形仪器主体42沿其整个长度设置有平面侧面40，从而造成角42A和43。悬挂电缆(未表示)连接至一个偏心点45，它趋于落向壳体41的低侧46。当需要将仪器主体42锚定在位时，就部署支持臂或锁紧臂44。

如图所示，它将仪器主体42推动倚靠在壳体41的低侧46。这是一个稳定的轮廓，它将在整个地震勘探期间保持在位。

现请参看图5和6，这是图4中装置的替代性装置，但仍然是根据本发明的概念提出的，图5是示意性侧视图，而图6是一个顶视图，如图6所示，仪器主体构件62是圆柱形的，并具有圆形横截面。在仪器主体构件62的上端部附近设置着一个单只啮合支脚65，用以啮合壁壳体(未表示)。如图所示，圆柱形仪器主体62的顶端和底端在其径向中心67通过适当的电缆收集器60A与测井悬挂电缆相连接。仪器主体构件62在其下端部附近设置有一个附加的、平面侧面的、偏心的套环构件66。套环66具有平面的侧面66A，该平面侧面66A与锁紧臂64对角相对，在纵向则与支脚构件65直线对准。在此结构中，套环的平面表面66A趋于如图4所示地在井壳的低侧移动。当锁紧臂64部署在要求深度时，角68和69以及支脚65为仪器提供了一个稳定的三点锁紧结构。

现请参看图7，图中是根据本发明概念提出的另一实施例的示意性侧视和顶视图。在图7的结构中，仪器主体构件72在其上端部附近设置有一组4个共平面的尖角锚定支脚73。这四个锚定支脚73位于同一平面，并且沿圆周相隔90°而布置。同样，在仪器主体72的下端部附近也设置了第二组4个共平面的锚定支脚74，它们沿圆周相隔90°而布置。如图7所示，上支脚73和下支脚74沿圆周在角向相互相差45°。这样，在此结构中提供了8个沿圆周相隔45°的角向位置，其中三个支脚稳定地啮合着井壳(未表示)。假如图7的结构插入在一个测井电缆上，8个稳定的、三点接触位置中的一个或另一个将“跌落”至壳体的低侧，稳定地震分析的仪器。

图7中的实施例没有应用锁紧臂。但是，如图8的示意顶视图所示那样可采用磁极加以改进。由图8可见，对角线相对的支脚73对应用相同的，或相斥的磁极，而相隔90°的支脚采用相反的磁极。这些磁铁可以是永久磁铁，或是电磁铁，当需要锁紧仪器时对它们加以启动。磁铁不需强到足以支承仪器组件72的重量，而只需强到足以阻止地震勘探期间仪器不应有的运动或角向振动。虽然图7和8所示的支脚是安装在仪器主体72本身上的，但也不是必须如此。如需要的话，支脚73和74可安装在一个套在仪器主体72上的紧配合的圆筒形套筒上。这样的套筒在纵向受制约，因此不会滑出仪器主体的两端，但可围绕仪器自由转动。在这种模型中，稳定支脚自由占据它们的最佳位置，不受用于部署系统的测井电缆中电缆扭矩的影响。

现请参看图9，图中示意地表示了一个应用图7和8所描述的组件的完整系统。系统通过测井电缆90而悬挂在井眼中。传感器组件91通过跨接电缆段90A由具有锁紧臂92A的上锁紧组件92向下悬挂。此组合件包含的组件91数目可视要求而定。系统终止于第二锁紧组件93，它具有锁紧臂93A。组件93可是加重的，如需要，或可是特别重的组件。加重或下坠组件93确保传感器组件91和跨接电缆90A的长串能容易地下降至井中。

当系统下降至要求深度时，下坠组件93的支撑臂93A启用，将此组件锁紧在位。一旦组件93锁紧在位，电缆90和跨接电缆90A在地面放松。这使组件91得以在重力和/或它们的磁铁，如需要的话，或在电磁铁的影响下稳定在位。然后部署上锁紧组件92的锁紧臂92A，将此组件锁紧在位。一旦组件92锁紧在位，电缆重又从地面放松。这减轻电缆90中的拉力，并将探测器组件91与通过电缆90和跨接电缆90A向下的应力和振动隔绝开。这样就获得一个十分稳定的、无卡住之虑的系统。

对本领域的普通技术人员来讲，显然可对上述说明进行很多改变和修正。所附权利要求将覆盖落入本发明真正精神和范围的所有改变和修正。

Claims (15)

1.一种系统，该系统用于在进行地震勘察时，对配置在套管井眼中的近乎垂直配置的地震探测器组进行稳定、消除振动运动，此系统包括：

一件装载一个或多个地震探测器和相关联的电子系统的仪器主体构件，所述主体构件具有一个不对称的、通常为纵向伸展的圆柱形状，能通过电缆悬挂在套管井眼中，还具有一个平面侧面，其所具的两个角用于在套管的向井下沉侧上接触井眼套管的内侧；以及

一条支承锁紧臂和有选择地将所述支承锁紧臂配置在套管井眼的要求深度上的装置，所述支承锁紧臂由所述仪器主体构件装载，并可在其所述平面侧面的相对侧向外伸出；

从而当所述锁紧臂伸出时，它推动所述平面侧的所述角与井眼套管啮合，为所述地震探测器组确定一个稳定位置。

2.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述仪器主体构件的所述平面侧面的所述角是磁性体。

3.根据权利要求2的系统，其特征在于，所述角包括极性相反的永久磁铁。

4.根据权利要求2的系统，其特征在于，所述角包括极性相反的电磁铁。

5.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述仪器主体构件为通常对称的圆柱形状，而其所述平面侧面则由一个安装在其外侧的不对称的套环构件所提供。

6.根据权利要求5的系统，其特征在于，所述套环构件具有一个包含两个角的平面侧面。

7.根据权利要求6的系统，其特征在于，所述套环构件的所述平面侧面布置在由所述仪器主体构件装载的支承锁紧臂的直径相对侧。

8.根据权利要求7的系统，其特征在于，所述仪器主体构件还装载了一件与所述套环纵向隔开的、也布置在所述支承锁紧臂的直径相对侧的单独接触的支脚构件。

9.根据权利要求8的系统，其特征在于，所述平面侧面角和所述接触支脚构件是磁性体。

10.一种系统，该系统用于在进行地震勘探时，对配置在套管井眼中的近乎垂直配置的地震探测器组进行稳定、消除振动运动，此系统包括：

一件长条的、通常为圆柱形状的仪器主体构件，用于装载一个或多个地震探测器，所述主体构件具有对称形状、能通过电缆悬挂在套管井眼中、并具有两个相对端部；

一组有4个基本为共平面的接触构件，它们沿周边相隔90度而安装在所述仪器主体构件的每一相对端的外侧，所述支脚构件具有尖角，用于啮合井眼套管的内壁，并通过摩擦而连接于此，所述仪器主体构件的相对端上的每组所述接触支脚构件与安装在其相对端的此组所述支脚构件沿周边偏移45°而安置。

11.根据权利要求10的系统，其特征在于，每组沿周边相隔90度的接触支脚构件是磁性的，且周边相隔90度的接触支脚构件具有相反的磁极。

12.根据权利要求11的系统，其特征在于，所述支脚构件包括永久磁铁。

13.根据权利要求11的系统，其特征在于，所述支脚构件包括电磁铁。

14.根据权利要求10的系统，其特征在于，每组有四个周边隔开的接触支脚构件略为非共平面地、具有相对磁极地、成对地垂直移动，但在周边仍相隔90度。

15.根据权利要求14的系统，其特征在于，电磁铁铁芯构件具有缠绕在其上的、与其每一端上相对极性衔铁构件连接的电线绕组，此电磁铁铁芯用于与所述略为非共平面的接触支脚构件在纵向略为隔开。

Images