CN87102757A - 用落块撞击栓在井内靶件发生声波的设备 - Google Patents

Abstract

一种利用落块撞击一连接到井壁上的与可伸缩栓住装置形成一体的靶件而发生声波的设备。此落块在重力和弹力的共同作用下在加长筒体内从提升位置移动到撞击位置。下落后的复原系通过一固定不转的螺母提升落块来达到，利用一连接到可倒转的驱动装置的螺纹杆并将落块锁在高位置，或借助可伸缩杆由螺母回程被解脱到低位置，或由遥控磁力装置解脱。栓住装置包含例如一“压紧器”和一弹性耦合装置。

Description

本发明涉及用一下落物块撞击栓在一井壁上或一钻井壁上的靶件以产生声波的设备，在陆上地震勘测方面特别适用。

已为大家熟知的是用一物块撞击栓在一钻井内的靶件使之产生地震脉冲的装置，靶件被固定到一装有栓住装置的放长筒体上。

此落块可在此筒体内、在一低位置和一高位置之间移动，该落块在低位置与靶件接触，而从高位置通过控制装置的作用开始下落。这些装置包括一具有可伸缩的夹子的部件，它能夹紧与该落块形成一体的连接板和刚性牵引部件（杆件或相互连接的杆串），牵引部件被连接到设置在井外的提升装置上。栓住装置是专业人员熟知的“压紧器”（packer）型组件，包含具有一径向移动的外周件的可伸展部件和一中心件。

伸长系通过从地面上转动此杆串使上述两个件彼此相互转动而得到。外周件可由装有若干卡爪的绕轴旋转的臂构成，这些旋转臂张开时将自身固定在井壁上，要么外周件由可变形的容器构成。把径向应力交替地向上和向下地施加在栓住装置上看作该设备的操作方法。

向上时，落块通过拉动杆串而上升，是由于摩擦和井内的流体压力的作用，向下时，在瞬间，落块撞击靶件。实际中使用的压紧器型栓住装置，筒体是通过把栓住臂卡住井壁而被固定，而出现这个情形时的栓住装置的位置通常是不相同的，要视筒体处于下降或上升状态而定。其结果是该组件在同样的操作周期内遭到位移，而引起壁面损坏和降低连接率。

此外，由此震源发射的声功率取决于落块的下落高度。在某些要求声功率高的应用中，可能需要若干米的下落高度。因而设备的总高度可能很高，设备装卸时往往很困难。

该已有技术装置在法国专利申请EN.85/17    832中作了介绍。

本发明设备将克服这些缺点。该设备包括一放长的筒体，其内固定靶件，该筒体为落块在一撞击位置和一提升位置之间导向，在撞击位置落块和靶件接触，从提升位置落块开始下落，连接装置用于把筒体连接到地面上，和可伸缩的栓住装置用于间歇地将设备与井壁相连接，设备还包括为使落块在其撞击位置和提升位置之间移动的装置，这些装置包含沿筒体轴线配置的一螺纹杆和一装在落块下面能防止旋转的螺母，和一用于交替地在一个方向和反方向转动螺纹杆的装置，以及用于向该落块施加外加于重力上的作用力装置。

转动螺纹杆的装置例如可以包含若干为把螺纹杆和设在地面上的驱动装置相连接的固定件。固定件还可以包含和筒体形成一体的驱动装置，并适合于下降进入井内，装在输电缆索的端部，并从一地面的装置送入。

为向落块施加外加于重力上的作用力的装置包含例如一弹簧或者一容纳流体的容器和一可活动的与落块形成一体的活塞，该容器由筒体四壁限定。

用于移动落块的装置，主要由一螺母组成，当该螺母因转动一杆而运动使落块上升，其结果可消除轴向应力，而在已有装置中应力直接向上。施加在栓住装置上的唯一轴向应力由撞击引起。其结果是使设备和井壁接合更好，且使在发射和重返周期过程中的稳定性得到改善。这就进一步导致结构简化。

采用为增加落块下落速度的装置使产生同样声能量所需的冲程减少，因而使设备缩短。

在实施中，由于转动螺纹杆的驱动装置也下降进入井内，并通过从一卷盘上绕放一输电缆索来放入，因此在使用深井和许可加速进行下降和定位方面特别有利是明显的。

该设备也包含为落块固定在提升位置上的装置，这些装置由螺母返回到接近落块的撞击位置处而被解脱。

该设备可以进一步包含由一装有磁性元件的板件所组成的用于固定落块的装置。

对附图的简要说明。

看了下面对两个具体实施例的说明，并参照附图，但不限于给定的例子，将会对本发明设备的其它特点和优点有了清楚理解，其中

图1概略表示第一实施例在井内的设备;

图2为该设备的局部剖视图，其中落块处于面对靶件的撞击位置，而螺母顶住一缩回的锁杆，形成第一实施例的固定装置;

图3概略表示该设备的横截面图;

图4为螺母的横截面示意图;

图5为类似图2的视图，表示落块处于中间位置，而固定落块的机械装置处于前置位置;

图6表示该设备处于自身解脱位置，这时落块被卡住在锁杆的槽内，而螺母已回到接近其与解脱卡爪接合的低位置;

图7表示该设备的第二实施例，包含转动螺纹杆的电气驱动装置;

图8为筒体内部的局部视图，较细致地表示为间歇地将落块固定在高位置的磁性装置。

对择优实施例的说明。

图1中所示的设备包含一撞锤组件1，它有待被降入一井或钻孔2内，一连接件3用于在一选定的深度固定撞锤组件，一由一拉杆或一相互连接的杆串形成的刚性吊杆4用于支持这样形成的结构，和将其连接到设置在地面上的一操作系统5上，和一插在吊杆4和撞锤组件1之间的已知形式的齿轮传动箱6，其功能有待进一步说明。操作系统5为钻井领域中的已知型式，包含例如一塔钻7，用于和吊杆连接的装置8，由电缆连接到一提升系统9，以及和驱动装置（未表示）相结合用于转动吊杆4的转台10。

连接件3为一“压紧器”类型的部件，同样为钻井领域的人熟知，“压紧器”是例如采用具有一通过注入已加压的液体而可以膨胀的可变形容器。此液体从地面通过管形吊杆4供入可变形容器，已受压的液体也是通过已知型式的液压系统11输送。

撞锤组件1包含（图2至图5）一圆柱筒体12，其一端终止在第一端板13，其上形成一轴向开口14，在其相反的一端由构成靶件或锤砧的嵌块15所闭合。一螺纹杆16沿筒体1的纵轴方向配置。螺纹杆包含一自身可在靶件的一孔穴18内自由旋转的头盖17，并固定在那里为通过定位装置19作转换。

螺纹杆通过筒体的第一端处的开口14被连接到齿轮传动箱6（图1）的输出轴20上。由地面设施控制，齿轮传动箱6既可以把旋转运动传给吊杆4，或使其倒转。根据情况，齿轮箱6的输出轴20因而既可以在一方向或在反方向转动螺纹杆16。一螺母21拧紧在螺纹杆16上。滑块22（图3）沿筒体内壁固定到筒体的壁上。螺母21至少具有一径向槽口23，为适应支承滑块22中的一个，用来防止自身旋转，螺纹杆16在一个方向的旋转接着在反方向的旋转致使螺母上升和下降，在螺母对着靶件15的一侧配置着一落块24（或锤），它由一圆柱件构成，沿其纵向轴线有一孔25，孔25的横截面大于螺纹杆16的直径。

落块具有一尺寸比螺母大的凹口26。这样当螺母21被带到低位置至于靶件附近，落块的底面27可自由地进入和面对靶件15的壁接触。在筒体内部，当落块从靶件离开时，配置在落块的反面（或上部）和端壁13之间的弹簧28被压缩。

落块24也含有为滑块22在筒体内移动导向的槽29。

此设备也包含用于把落块固定在解脱位置上的可伸缩装置30，在解脱位置弹簧28处于高度压缩状态，这些装置受筒体12内的落块和螺母移动的控制。它们包含一在筒体内的稍里面，沿筒体内壁配置的锁杆31，其底部支持在靶件15上。两只平行等长度的臂32将锁杆31在接近其两端处连接到筒体的内壁上。

弹簧33配置在筒体壁和锁杆之间，用于在没有径向推力的情况下保持两者互相分开。落块在其底部设有凹槽34（图3），此锁杆支承在其底部。在面对落块24的解脱位置或高位置处，此锁杆上形成槽口35。凹槽34和槽口35的深度选用要随着弹簧33被压缩，锁杆被落块分开，只有当落块到达其高位置时锁杆嵌入该槽35内。

落块通过螺母21对锁杆31的作用而被解脱，此后者具有一加宽的底36，其上壁37向上倾斜，被作为触动器使用。

这些尺度的选择要能使螺母21紧接靶件15处，承靠在触动器的倾斜壁37上，并回推锁杆31向着其缩回位置足够远，以使落块从止动槽35解脱。

密封件38，39，40设置在端壁13和靶件15内、围绕螺纹杆件16以及也在筒体壁和靶件之间，为使筒体内部和井相隔绝。

在此基础上，靶件被固定到一可变形的耦合件41上，其本身被连接到一压紧器类型的栓住件42上。栓住件42包含例如，一可变容积的容器，当设备下降进入一套管钻孔（图2，图5和图6的情况），通过注射由液压系统11（参看图1）经导管44和管体吊杆4供应已加压的液体，该可变容积的容器对着井壁（图1的情形）施加作用力，或对着套管43的壁施加作用力。

可变形耦合件41的截面选用要使得当对着井壁或套管43施加作用力时作用紧密，随着栓住部件膨胀，设备和吊杆4的重量也向该处施加。此耦合件可用一充满液体的容器形成，或其它以弹性材料衬套配置在两板之间构成，两板之间的间隔大小可通过转动螺纹杆改变之。

由减震材料诸如聚氨酯制成的圆盘45，例如，被有利地配置在靶件的上壁面上，以便缓冲落块24撞击时的震动。

用以下的方式操作该设备：

使栓住件42动作，以便把设备固定在一给定的高度上，在该处设备将被解脱。

控制齿轮传动箱6（图1）以便提供直接传递，使驱动装置动作，以便转动旋转台10，并因而使吊杆4、输出轴20和螺纹杆16转动。螺母21用滑块22中的至少一个使固定不能旋转，而向上移动，就是说从它的在图1中所示的低位置朝筒体的端壁13移动，和推动落块进入移动。当离开此低位置，落块停止推压触动器36，弹簧33使杆31回到其被分开的位置（图5），然后锁杆承靠在落块上形成的凹槽34上。

落块到达图5中所示的高位置或解脱位置，在锁杆31上的槽34的标高上。在返回弹簧33的作用下，使锁杆移动离开壁面，其槽口35嵌入落块下面，从而把落块维持在高位置。

控制齿轮传动箱6，将输出轴20的旋转方向反向，并再次使转台10动作，以转动吊杆4，旋转方向的倒向致使螺母21下行返回到低位置，留下落块悬挂在杆31的槽口35内。

当螺母已回到了接近其低位置（图6）时就开始和触动器36的表面37相接触并将其横向移开。当触动器被推动离开得足够远时，落块从上部槽口35释放并下落，落块在弹簧28的推动下朝向其低位置或碰撞位置，在此位置落块猛力撞击靶件。一轴向冲击被加到耦合件41上。由于这是由弹性材料制成，且基本上不可压缩，因此由碰撞产生的轴向压缩引起一相应的径向扩张。

一径向的地震脉冲就此施加到围绕井周的结构地层中去。然后又开始另一发射循环。

在栓住件或“压紧器”是可膨胀容器型的场合，它可以向井壁单独提供设备的声耦合，在这种情况下，有可能省去耦合件41。但是如果设备被连接到一不同型式的栓住件，其栓住面也被缩减，以单独提供足够的声耦合，则证明此件是必需的。那可以是更为特殊的具有可伸缩卡爪的某种压紧器。

在第二个最佳实施例中，当采用的深度相对较高，设备（图7，8）包含一撞锤组件1，它有待下降进入井内或钻孔2内，一用于把撞锤组件固定在一选定深度上的连接件3，以及配置在一管形元件中的电气驱动装置46，该管形元件被固定到撞锤组件1的上部。

此后者通过输电缆索47连接到一设置在地面上的支架和提升组件48上。此组件48，例如，包含钻塔49，一卷扬系统50，输电缆索47绕在其上，和一为向缆索供电的发电机51。

如在图2到图6中所示的实施例中，设备包含一圆筒体12，其一头终止在其上设有一轴向开口14的壁板13的第一端上，并以一形成靶件的一可拆开块15在其相反的一端闭合。一螺纹杆16在移动中和靶件连成一体，其一端通过轴向开口14，而其相反的一端被连接到上部电气驱动装置46的轴52上。在螺纹杆16上拧紧一螺母21，用沿筒体内壁固定的滑块22来防止螺母21转动。螺纹杆在一个方向和反方向的旋转导致螺母向上或向下移动。

在螺母之上，在其对着靶件的一侧配置一落块24，它可随着螺母的升起而沿螺纹杆移动。相类似地，当落块离开靶件移动时，弹簧28受压缩，把一外加的加速作用施加到下落中的落块上。

这个实施例基本上不同于先前的、用一些装置间歇地把落块固定在高位置的实施例。这些装置包含一已知型式的具有永久磁铁的磁性板51和电气线圈，这样就由电流通过线圈使磁铁消磁和消除由磁性板施加的制动力。此磁性板具有一为螺纹杆16和弹簧28通过的中心通道52，并被固定到接近落块高位置处的筒体12的壁上。电缆53把磁性板51和隔间46的内侧相连接，并从那里一同连接到输电缆索47上（图7），该设备如在先前实施例中那样包含一可变形的耦合件41和一电气控制型的栓住件42，以便通过把电气控制施加到输电缆索47上使其动作。

此设备按下列方式操作：

松开卷扬机50，位于输电缆索47终端的设备被放入井内。当设备已到达选定深度时，促使栓住件42被固定到井壁上，电动机46被起动，以使螺纹杆16沿一个方向转动，将螺母21提升。落块24被推动朝向其高位置，在该处靠着磁性板并被固定住。

然后控制电动机46，以便通过转动螺纹杆16把螺母21带回到其低位置（如图8所示）。

解脱地震源是由地面控制，通过把消磁电流通到磁性板51进行之。这种间歇地把落块固定在高位置的方法意味着解脱地震源的时间被认为有高度精确性。

仍然在本发明范围之内，弹簧28可以由任一相当的弹性装置替代，特别是可由落块移动到其解脱位置而被压缩的一定容量的气体，此容量的气体，例如，被密封在由筒体的壁所限定的一小室内，和整体地固定到落块上的一可移动活塞。类似地，可以用通过电流激励的电磁铁来取代可消磁的永久磁铁。

Claims (12)

1、一种在一口井或钻井内，通过下落块撞击一连接到井壁上的靶件产生声波的设备，其特征是包含一加长的筒体，在其上固定着靶件，筒体在一撞击位置和一提升位置之间向导下落块，在撞击位置落块和靶件接触，在提升位置，落块被解脱而由此下落，用于把筒体连接到地面上的连接装置，和用于间歇地把该设备连接到井壁上去的可伸缩的栓住装置，该设备还包含为在撞击位置和提升位置之间转移落块位置的装置，这些装置包含一沿筒体轴线配置的螺纹杆和一配置在落块下面固定不转的螺母，和用于交替沿一方向和反方向转动螺纹杆的装置，以及用于把一弹性力施加到落块上外加在重力上去的装置。

2、根据权利要求1所述的设备，其特征是其中所述的用于转动螺纹杆的装置包含一刚性吊杆，它将螺纹杆连接到配置在地面上的驱动装置。

3、根据权利要求1所述的设备，其特征是其中所述的用于转动螺纹杆的装置包含固定到筒体上的驱动装置和一输电缆索，它与一提升系统配合用于把设备下降进入井内和控制转动所述螺纹杆的驱动装置。

4、根据权利要求1所述的设备，其特征是其中所述的用于向落块施加一外加于重力上的力的装置包含由落块朝着其提升位置移动而受压缩的弹性装置。

5、根据权利要求4所述的设备，其特征是其中所述的弹性装置包含一安放在筒体内的弹簧。

6、根据权利要求4所述的设备，其特征是其中所述的弹性部件包含一由落块转移到其解脱位置而被压缩的气态物质。

7、根据权利要求1所述的设备，其特征是进一步包含用于把落块固定在提升位置的装置，所述装置被螺母返回到接近落块的撞击位置处所解脱。

8、根据权利要求7所述的设备，其特征是其中所述的固定装置包含至少一根径向可移动的锁杆，它具有一用于把落块锁住在其提升位置的槽口和一加宽的基面，螺母在接近落块的撞击位置支承在其上面。

9、根据权利要求1所述的设备，其特征是其中所述的靶件用适合于对着井壁施加作用力的弹性耦合装置被连接到所述的栓住部件上。

10、根据权利要求9所述的设备，其特征是其中所述的耦合装置包含一由弹性材料制造的垫块。

11、根据权利要求9所述的设备，其特征是其中所述的耦合装置包含一密封的、内容有流体的容器。

12、根据权利要求1所述的设备，其特征是进一步包括用于把落块固定在提升位置的磁性装置。

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