CN2497327Y - 陆地电火花震源 - Google Patents

Abstract

本实用新型陆地电火花震源属于地球物理勘探设备,涉及用高压脉冲放电产生地震能的装置。它包括顺序相联的供电电源、电动调压器、电流传感器、高压充电回路、充放电电阻、高压电容器组、高压放电开关、放电电缆和电极、一自动充电控制电路与电机控制电路、高压接地开关和高压放电开关相联接。高压放电开关是三极式高压大容量空气开关,上下主电极分别装在绝缘盖板和金属底座上,扣合后用环形卡箍和销钉紧固,底座上有气孔。放电电极由高低压电极、绝缘体和卡箍组成。全部部件安装在特制的箱体内,箱体接地,所有部件均与箱体绝缘。本设计震源容量大、效率高、工作安全稳定可靠,可以用于地震勘探、垂直地震剖面测井、井间地震和振动采油等多种用途。

Description

陆地电火花震源

技术领域

本实用新型属于地球物理勘探设备，涉及用高压脉冲放电产生地震能的装置。

背景技术

陆地电火花震源与其他震源(如可控震源、超声波震源、重锤震源、炸药震源)相比，具有结构简单、安全、能量易于控制和调节、激发地震波的频率较高、激发时间准确、施工效率高等优点，已在地质勘探和石油开采中得到广泛应用。其工作原理是将储存在高压电容器组中的能量通过高压放电开关、放电电极快速在水中释放形成强大的冲击力，此冲击力作用到大地则激发出地震波。

陆地电火花震源的主要用途是作为地震勘探、垂直地震剖面测井(以下简称VSP测井)、井间地震和振动采油用的震源。

陆地电火花震源在作地震勘探或VSP测井时，是在炮点处钻一深约9米的井，井中注满淡水，然后把震源的放电电极下放到井底，则可连续放炮测量。作VSP测井时，一口井可放炮数百次，这一性能明显优于炸药震源。由于电火花震源对地表破坏作用小，所以较其他震源更适于在城镇、堤坝等地工作。

在作井间地震和振动采油时，先将电火花震源与两千多米长的放电电缆(端部装有放电电极)相连，然后把放电电极放入两千米左右深的油井中放电，放电产生的强大地震波能量作用于油层后，可以疏通出油孔，提高原油产量。若同时在另一口井中放置接收仪器，将接收的地震信号处理后，则可勘探两井间的地质构造。

用于地震勘探的陆地电火花震源国内外已有报道，如美国专利3347336，3268028，3356178，但其电容器储能最高仅为60千焦耳，放电开关采用电子设备，如引燃管，结构复杂，价格较贵，并且容易失燃。中国专利85103629，电容器储能为150千焦耳，工作电压为15千伏，但其地面激发器较笨重(约1.5吨)，其放电开关容量小，在施工过程检修不便。还需指出的是上述国内外专利装置的能量均不能满足目前地震勘探和VSP测井的生产需要。

采用陆地电火花震源使油井重新增产的方法和装置国内外也有报道，如美国专利4997044，4169503和4074758，苏联专利WO89/11581(PCT/SU88/00110)。上述专利所公开的装置中的关键部件——放电电极的结构很复杂，不便于制造安装维修，并且这些专利都没有公开装置的关键技术参数，如电容器储能及适用的井深范围，放电开关的结构等等。中国专利96249134所提供的电火花震源储能为200千焦耳，工作电压为10千伏，其实地试验时放电电缆长约600米，只适用于油层深度在550米左右的油井。而对深约2000米的油井，其能量及施工效率均不能满足井间地震和振动采油的生产需要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种陆地电火花震源，特别是提供改进的高压大容量放电开关和实用的放电电极，设有自动充电控制电路，使震源具有大功率能量，工作稳定可靠，满足地震勘探、VSP测井、井间地震、和振动采油等多种用途需要。

本实用新型陆地电火花震源除供电电源外，全部部件安装在一特制的箱体内，包括与供电电源顺序相联的、自动充电控制电路、电动调压器、高压充电回路、充放电电阻、高压接地开关、高压电容器组、高压放电开关和放电电极。所述高压放电开关是一种三极式高压大容量空气开关，其上主电极装在绝缘盖板上，中心有孔的下主电极装在盆状金属底座底部的中心，一触发电极连同其外套绝缘套管装在下主电极的中心孔中，所述盆状金属底座的底部设有气孔。所述绝缘盖板和金属底座扣合后用环形卡箍和销钉紧固在一起。所述放电电极由高压电极、低压电极、绝缘体和电极卡箍组成，高压电极和低压电极平行并列，其主体部分分别被包裹在绝缘体中，一端分别与高压电缆端部的芯线相连接，另一端平齐。绝缘体之外，用电极卡箍将平行并列的高压电极、低压电极及其外的绝缘体卡紧固定。

放电电极中的高压电极和低压电极用黄铜棒制成，表面有防滑动凹槽，绝缘体用玻璃钢制成，所述电极卡箍扣合后的横截面形状为正方形或矩形。

本实用新型陆地电火花震源，除供电电源外，安装其余全部部件的箱体分隔成三个仓室，顺序为控制室、高压隔离室和放电电缆电极室。控制室中安装包括自动充电控制电路在内的低压控制部件；位于中部的高压隔离室中安装电动调压器和所有的高压部件，包括高压充电回路、充放电电阻、高压接地开关、高压电容器组和高压放电开关。放电电缆电极室中放置放电电缆和放电电极。供电电源安装在控制室外部的平台上。箱体接地，箱体中所有高压部件和低压部件均与箱体绝缘。

自动充电控制电路中有一只电流传感器，该电流传感器接在电动调压器和高压充电回路之间的主回路中，电动调压器中的调压构件由电动机驱动，电动机由电机控制电路控制，电流传感器的输出信号指令其运行，高压充电回路联接高压电容器组对其实施充电。

本设计陆地电火花震源的高压充电回路中有充放电电阻，该充放电电阻采用电阻炉炉丝串联或并联制成。

本实用新型陆地电火花震源工作时，由供电电源经自动充电控制电路、电动调压器、高压充电回路、充放电电阻对高压电容器组充电。自动充电控制电路中有电流传感器。电动调压器中有电机控制电路。充电电流由自动充电控制电路和电机控制电路控制。当电流传感器检测到的主回路电流值超过预置值时(例如25安培)，电机控制电路控制电动调压器中的电机停转，停止升压。待主回路电流值降至某一值时(例如安培)，电机控制电路控制电动调压器中的电机转动，继续升压，直到高压电容器组充电到预置值。此时可用手动或遥控方式触发高压放电开关导通，高压电容器组储存的电能通过放电电极放电。采用自动充电控制电路，大大降低了劳动强度，提高了施工效率。

本实用新型陆地电火花震源具有以下技术特点和有益效果：

1.本设计震源能量大，并有自动充电控制电路，储能连续可调，效率高，能满足地震勘探、VSP测井、井间地震和振动采油等多用途多功能要求。

2.放电开关是低噪声、大容量三极式空气开关，通流能力强，在储能为400千焦耳时能可靠地工作，从触发信号到放电开关导通的延时/响应时间短(小于50微秒)，安装检修方便。

3.本设计放电电极结构简单适用，抗电动力强、效率高、使用寿命长。

4.本设计震源全部部件安装在一特制的箱体内，部件布置、高压绝缘处理合理，确保安全，运载、运行操作方便。

5.高压充放电回路中的充放电电阻简单实用，完全满足充放电过程中大能量功率消耗和限流保护的需要。

附图说明

图1是本实用新型陆地电火花震源组成示意图。

图2是本设计陆地电火花震源各部件在箱体底面的布置示意图

图3是本设计放电开关结构图

图4是本设计放电电极结构图

具体实施方式

首先请参见图1。组成本设计陆地电火花震源的部件包括顺序相联的供电电源1、电动调压器24、高压充电回路3、充放电电阻9、高压电容器组4、高压放电开关5、放电电极6，一自动充电控制电路2由供电电源1供电，其输出端分别联接电机控制电路8、高压接地开关10和高压放电开关5。除供电电源1之外的全部部件安装在一特制的箱体内，箱体接地，箱体中所有高压部件和低压部件均与箱体绝缘。

参见图3。本设计高压放电开关5是一种三极式高压大容量空气开关，其上主电极13装在绝缘盖板12上，中心有孔的下主电极17装在盆状金属底座16的底部中心，一触发电极18连同其外套绝缘套管19装在下主电极17的中心孔中，盆状金属底座16的底部设有气孔11，这里的气孔11做成管接头状。绝缘盖板12的边沿部分与金属底座16开口的宽边有密封沟槽结构45，二者扣合后用环形卡箍41和销钉42自外将其边沿卡合紧固在一起。在金属底座16中，上主电极13的下端和下主电极17的上端分别装有电极头43和47，二者极面相对，周边圆滑，用耐电弧烧蚀的铜钨合金制成。装在绝缘盖板12上的上主电极13上、绝缘盖板上下装有调节垫圈14，用于调节上主电极13的位置，然后用上主电极13端部的锁紧螺母15锁紧。触发电极18的表面与绝缘套管19的内壁有螺纹配合。本实用新型所提供的放电开关具有通流能力强、工作可靠、检修方便等优点。

如图4所示，本设计放电电极6由高压电极33、低压电极32、绝缘体34和电极卡箍35组成。高压电极33和低压电极32平行并列，其主体和一端(图中为上端)被包裹在绝缘体34中，并且这一端分别与两根高压电缆31端部的芯线37相连接。高压电极33、低压电极32连同绝缘体34的另一端(图中为下端)平齐，高压电极33和低压电极32的端面外露。绝缘体34之外，用电极卡箍35将平行并列的高压电极33、低压电极32和绝缘体34卡紧固定。图上所示电极卡箍35有三付。高压电极33和低压电极32用黄铜棒制成，表面分别有数个防滑动凹槽36。制作绝缘体34的材料用玻璃钢。电极卡箍35扣合后的横截面形状为正方形或矩形，以增强卡紧固定效果。放电电极端部损坏后，只需将损坏部分去掉，重新平齐即可。

本实用新型安装陆地电火花震源的箱体20分隔成三个仓室(见图2)，顺序为控制室21、高压隔离室23和放电电缆电极室25。高压隔离室23位居中部。供电电源1采用柴油发电机组，容量为29千伏安，安装在控制室21外部的平台上。控制室21中安装自动充电控制电路2，系低压控制部件。高压隔离室23中安装电动调压器24和所有的高压部件，包括高压充电回路3、充放电电阻7、高压接地开关8、高压电容器组4和高压放电开关5。电流传感器7和电机控制电路8安装在电动调压器24的上部(图中未表示)，充放电电阻9和高压接地开关10安装在高压充电回路3的上部(图中未表示)。高压充电回路3包括高压变压器和高压整流器(图中未表示)。图中所示高压电容器组4有两组，所占面积大，被分列在高压隔离室23的左右两侧。放电电缆电极室25中放置放电电缆26和放电电极6。箱体接地，箱体中所有高压部件和低压部件均与箱体绝缘。这种设计使震源的重心基本上在箱体底面中心上，满足汽车平稳行驶的要求，部件的布置、安装走线和高压绝缘的处理更为合理，确保安全。

本设计陆地电火花震源的自动充电控制电路2中，有一只电流传感器7，它接在电动调压器24和高压充电回路3之间的主回路中。电动调压器24中的调压构件由电动机驱动，电流传感器7的输出信号送入电机控制电路8，电机控制电路控制电动机的运行。高压充电回路3经充放电电阻9联接高压电容器组4，对其实施充电。

本设计陆地电火花震源以触发电极18触发高压放电开关5导通后，高压电容器组4储存的电能通过放电电极6放电。如果出现故障不能通过放电电极6放电，则可触发高压接地开关10接地，将高压电容器组4储存的电能通过充放电电阻9自动泄放，保证人身及设备的安全。高压充电回路3中的充放电电阻9由数百根电阻炉炉丝组合而成，完全满足高压充放电过程中大能量功率消耗和限流保护作用的要求。

本实用新型陆地电火花震源实施例的技术性能参数如下所列：

(1)供电电源，柴油发电机组容量29千伏安，

(2)震源最大储能400千焦耳，连续可调，

(3)高压电容器组最高工作电压10千伏，

(4)高压变压器容量15千伏安，充电时间小于1分钟，

(5)触发信号到放电开关导通的延时时间小于50微秒，

(6)震源箱体的外形尺寸(长×宽×高)：7050毫米×2460毫米×2360毫米(不包括供电电源的尺寸)。

Claims (5)

1.一种陆地电火花震源，除供电电源外，全部部件安装在一特制的箱体内，包括与供电电源顺序相联的自动充电控制电路、电动调压器、高压充电回路、充放电电阻、高压接地开关、高压电容器组、高压放电开关和放电电极，其特征是所述高压放电开关是一种三极式高压大容量空气开关，其上主电极装在绝缘盖板上，中心有孔的下主电极装在盆状金属底座底部的中心，一触发电极连同其外套绝缘套管装在下主电极的中心孔中，所述盆状金属底座的底部设有气孔；所述绝缘盖板和金属底座扣合后用环形卡箍和销钉紧固在一起；所述放电电极由高压电极、低压电极、绝缘体和电极卡箍组成，高压电极和低压电极平行并列，其主体和一端分别被包裹在绝缘体中，并且这一端分别与高压电缆端部的芯线相连接，另一端平齐，端面外露，绝缘体之外，用电极卡箍卡紧固定平行并列的高压电极和低压电极及其绝缘体。

2.根据权利要求1所述的陆地电火花震源，其特征是放电电极中的高压电极和低压电极用黄铜棒制成，表面有防滑动凹槽，绝缘体用玻璃钢制成，所述电极卡箍扣合后的横截面形状为正方形或矩形。

3.根据权利要求1所述的陆地电火花震源，其特征是安装除供电电源外的全部部件的箱体分隔成三个仓室，即顺序为控制室、高压隔离室和放电电缆电极室；控制室中安装包括自动充放电控制电路在内的低压控制部件；位于中部的高压隔离室中安装电动调压器和所有的高压部件，包括高压变压器、高压整流器、充放电电阻、高压接地开关、高压电容器组和高压放电开关；放电电缆电极室中放置放电电缆和放电电极；箱体接地，箱体中所有高压部件和低压部件均与箱体绝缘。

4.根据权利要求1所述的陆地电火花震源，其特征是其中的自动充电控制电路中有一只电流传感器，该电流传感器接在电动调压器和高压充电回路之间的主回路中，电动调压器中的调压构件由电动机驱动，电动机由电机控制电路控制，电流传感器的输出信号指令其运行，高压充电回路经充放电电阻联接高压电容器组对其实施充电。

5.根据权利要求1或4所述的陆地电火花震源，其特征是高压充电回路中有充放电电阻，该充放电电阻采用电阻炉炉丝串联或并联制成。

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