CN203673077U - 一种井间电火花震源发射探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种井间电火花震源发射探头。主要包括交流电源、升压装置、储能装置、放电装置和发射探头，其特征在于：所述的发射探头分为头部、中部和尾部；头部为能量发射窗；中部为发射电极与触发光纤；尾部为保护壳、发射电缆与光纤。本实用新型电火花探头结构独特，探头引入光纤，光触发替代原来声触发，触发为零延时；通过正负极绝缘层厚度，能量发射窗的位置大小改变发射方向与发射频率，采用钨铜作为发射电极，黄铜、不锈钢作为外壳，导电性能好、耐高温、耐磨损、耐腐蚀，重复发射寿命长。

Description

一种井间电火花震源发射探头

技术领域

本实用新型涉及一种井间(包括河流、水库、湖泊等)电火花震源的发射探头，属于工程地球物理检测设备，是一种用高压脉冲放电，产生地震波的装置。电火花震源设备广泛应用于基桩检测、弹性波测井、VSP测井、石油勘探、煤层勘探、地质调查、地震结构调查等浅层地球物理勘探领域。

背景技术

众所周知，地震勘探震源主要包括炸药震源、可控震源、气枪震源和电火花震源。炸药震源是传统的震源，其缺点是野外需钻深达10-20米的炮井用于填充炸药，这在山区十分困难，炸药震源存在一定的危险性，受公安部门严格管制，在少数民族、边境地区等申请和使用都比较困难，且炸药对周围地质结构有一定破坏作用，影响勘探准确性。传统的可控震源主要通过机械冲击振动产生地震波，其缺陷就是要达到一定勘探深度必须增大震源车重量，震源车重量往往要达到数吨至数十吨，对于山地勘探来说，这么重的震源车根本无法上山，挪动运输不便。气枪震源大多只能在海洋深水中施工，有使用地域的局限性。传统电火花震源的结构、组成、原理大同小异（参考图1井间电火花震源原理框图）。能量等级方面从：500J、1000J… 至10kJ、20kJ、200kJ等各个能量等级均有相应的成型产品，电极排列方面：两极（一正一负）、相控阵等方式均已经成熟。这些研究均限于电火花震源能量等级、电极排列等方面，尚未对电火花探头发射的地震波频率、发射探头同步触发信号精准性、发射探头材料与结构的经久耐用进行研究与改良。

发明内容

本实用新型的目的在于克服传统井间电火花发射探头同步触发信号延时不稳定，发射频率固定不可调节，探头重复发射寿命短等缺陷，提供一种采用钨铜、黄铜、不锈钢、绝缘材料全新设计的电火花探头，探头上中下特殊的螺纹结构，重复发射次数大大提高。探头头部水平开窗（引导能量水平释放），探头中部电极一侧引入光纤，光触发同步信号精准，延时为零；通过定制电极间绝缘层的厚度，头部能量释放窗大小和位置改变发射频率，发射可变频率地震波。

本实用新型的目的是这样实现的：一种井间电火花震源发射探头，主要包括交流电源、升压装置、储能装置、放电装置和发射探头，其特征在于：所述的发射探头分为头部、中部和尾部；头部为能量发射窗；中部为发射电极与触发光纤；所述的触发光纤为单芯光纤；尾部为保护壳、发射电缆与光纤。

所述的探头头部外壳采用304不锈钢加工，头部能量发射窗朝水平面开有4个窗口，能量往水平方向释放产生水平方向的地震波。

所述的探头中部采用黄铜外壳，发射极使用钨铜棒加工，负极连接探头外壳，正负极使用聚氨酯隔离。

所述的探头尾部外壳采用304不锈钢加工而成。尾部接头红色导线连发射正极钨铜棒，黑色导线直接焊接到探头内部外壳，尾部电缆与光纤长度可定制。

所述探头中部和尾部腔内均灌胶密封，可防水，同时能保护电极和光纤。探头头中尾三部分通过螺纹浑成一体，结构简洁、美观、牢固。

井间电火花发射探头中的触发光纤引入单芯光纤，探头正负极放电时产生放电火花，火花以光速传导光信号，通过光电传感器将光信号转换为电信号，地震仪或声波仪接收到触发信号开始采集数据。光信号传输时间短，接近于零，且每次传输时间固定，达到精确触发、触发信号零延时的目的。

探头中正负极采用绝缘材料聚氨酯隔离，通过调节正负极绝缘层的厚度、能量发射窗位置大小来调节电火花的发射频率，以产生不同发射频率的地震波。

探头发射极采用钨铜棒，钨导电导热性好，并具有一定的塑性。能耐3000℃高温，抗磨损，耐腐蚀，稳定。可大大提高探头重复发射次数和稳定性。

    本实用新型的有益效果是，用电火花震源进行弹性波测井或其他地震勘探时，电火花发射探头触发系统的零延时，保证了每次电火花震源激发的地震波均能被地震仪精确采集到，并且每炮波形延时一致，便于准确地处理和分析数据。由于电火花震源频率宽，同时激发的频率可定制，为工程地震勘探提供了优质的多用途震源。由于改用特殊材料和结构设计，探头稳定性和重复发射次数大大增加，发射探头经久耐用，减少了设备维修更换费用，为工程检测节约成本。

附图说明

图1为井间电火花震源原理框图；

图2为井间电火花探头整体示意图；

图3为井间电火花探头剖视示意图。

图中：1、探头头部；2、探头中部；3、探头尾部；4、聚氨酯绝缘层；5、正极导线；6、负极导线；7、能量发射窗；8、不锈钢外壳；9、钨铜正极；10、钨铜负极；11、发射电缆保护套；12、触发光纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，电火花震源主要由升压装置将220V交流电升压至几千伏高压直流电，对储能装置进行充电，存储震源激发所用的能量，在储能装置能量存储达到一定能量后，控制系统给出发射命令，放电装置在接收到发射命令后，开关闭合、电极接通，使用储能装置储存电能对水中的电极（即图1组成框图中的发射探头）瞬间放电转化为机械能，产生地震波。同时电极放电产生电火花，火花的光信号通过触发器传导至地震仪，地震仪同步采集记录到电火花震源发射出的地震波。

如图2所示，图2对应图1井间电火花震源原理框图中“发射探头”部分。

探头总体分为三部分：头部1为能量释放窗，中部2为发射电极与光触发，尾部3为保护壳，起保护发射电缆接头与光纤作用。

如图3所示，探头头部1为能量发射窗7，能量发射窗朝水平方向开有4个窗口。探头中部2为发射电极与触发光纤，电极由钨铜制造，正负极之间为聚氨酯绝缘层，正极导线5连接钨铜正极9，负极导线6直接焊接在探头内黄铜外壳上，探头外壳整体为负极。探头尾部3：不锈钢外壳8保护电缆与光纤,11为探头尾部连的发射电缆及护线套。

  本实用新型的井间电火花震源发射探头引入光纤，光触发替代原来声触发，触发为零延时；通过正负极绝缘层厚度、能量发射窗的位置大小改变发射方向与发射频率；采用钨铜作为发射电极，黄铜、不锈钢作为外壳，导电性能好、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、重复发射寿命长。

下面描述一下 本实用新型的一般操作过程：a、准备好供电设备，发电机或外接220V/50Hz市电（电源电压不稳定时，建议使用稳压器）；

     b、电火花探头下放至检测井内，井内注满水，保证探头没于水中；

     c、选好储能控制箱数量，按下放电按钮，使储能控制箱处于放电状态，保证储能控制箱电容正负极之间的电压为零，设备摆放在干燥的地方，操作人员戴好安全绝缘手套;

     d、在确认系统没有电的情况下，使电火花主控制箱的高压投入按钮处于断开状态，旋出储能控制箱上的放电按钮，电源控制按钮、充电按钮、发射按钮处于断开状态（按钮均未按下），设定初始充电时间;

     e、按照系统连接图连接整套电火花设备，连接完毕,进行系统自检；并连接外触发信号线至地震仪或声波仪，测试地震仪或声波仪自检；自检正常后方可发射，并接收记录数据；

f、按下电火花远程遥控手柄上的充电启动按钮，高压显示表显示储能控制箱中电容器二端的电压，待电压上升到希望值时，按下遥控手柄上的停充按钮。（放电电压可到10000V，为了保证安全，出厂时设定过压保护点为8000V，建议用户使用电压为3000V-6000V）按下遥控手柄上的发射按钮，电火花发射头发射地震波，发射完毕电压表显示电压为零，发射的同时，触发地震仪或声波仪实时采集到地震波。

Claims (7)

1.一种井间电火花震源发射探头，主要包括交流电源、升压装置、储能装置、放电装置和发射探头，其特征在于：所述的发射探头分为头部、中部和尾部；头部为能量发射窗；中部为发射电极与触发光纤；所述的触发光纤为单芯光纤；探头尾部为保护壳、发射电缆与光纤。

2.根据权利要求1所述的井间电火花震源发射探头，其特征在于：所述的探头头部外壳采用304不锈钢加工，头部能量发射窗朝水平面开有4个窗口，能量往水平方向释放产生水平方向的地震波。

3.根据权利要求1所述的井间电火花震源发射探头，其特征在于：所述的探头中部采用黄铜外壳，发射极使用钨铜棒加工，负极连接探头外壳，正负极使用聚氨酯隔离。

4.根据权利要求1所述的井间电火花震源发射探头，其特征在于：所述的探头尾部外壳采用304不锈钢加工。

5.根据权利要求1所述的井间电火花震源发射探头，其特征在于：所述的探头中部和尾部腔内均灌胶密封，探头头中尾三部分通过螺纹浑成一体。

6.根据权利要求1所述的井间电火花震源发射探头，其特征在于：探头中的触发光纤为单芯光纤；探头正负极放电时产生放电火花，火花的光速传导光信号，通过光电传感器将光信号转换为电信号，地震仪或声波仪接收到触发信号开始采集数据，触发信号为零延时。

7.根据权利要求1所述的井间电火花震源发射探头，其特征在于：通过正负极绝缘层厚度，能量发射窗的位置大小改变发射方向与发射频率。

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