CN88101502A - 同心双腔地震勘探气枪 - Google Patents

Abstract

一种双腔地震气枪同时将两腔排气，平衡排气产生的反作用力。腔在气枪壳体内对称，在运转时使其内部部件的活动也互相平衡。气枪和地震排列阵供气通道同心安装提供良好曳引操作。

Description

本发明与同心双腔地震勘探气枪有关。

在海洋地震勘探中，利用声能源产生水中的声波脉冲或冲击波。这类声波在水中向下传播，通过水底和水底下的地层。通过水底地层的一部分声波被向上反射，由传感器（例如水听器拖缆）感测，将声波变为电子信号。拖缆通常用曳引声能源的同一船只曳引。然后将这些信号处理，加工成有关各种地层结构和这种地层可能埋藏诸如含烃类的矿藏的宝贵信息。

过去已使用各种不同类型的声能源来产生地震勘探需要的冲击波。例如使用炸药爆炸作此目的，但这技术有危险性，现从生态方面考虑也不能接受。另一种早期的器械，例如燃气枪，为将可燃气在一个腔中爆炸，然后将造成的冲力释放入水中，产生冲击波。但使用这种枪也含有某种危险性。

因此近年来，有一种称为气枪的声能源已广泛使用，取得高度的成功。在一个气枪中将高压压缩空气，例如2000-6000磅/英寸²（13790-41370千帕斯卡）的空气向枪中一个腔供给。“发射”时一个阀迅速开启，将空气排入水中。然后阀关闭，腔中用空气再加压，可按需要多次重复发射。虽然已证明气枪比过去的爆炸装置安全，在生态学上可被接受，但是在现有技术领域的装置中仍存在若干缺点。

例如，在典型的海洋地震排列阵中，将若干声源或气枪沿一条气枪软管组合件间隔设置，组合件有供气软管和一束发射气枪并决定发枪的瞬时的控制电缆，全部这些可放在一个保护套内。每一气枪间隔地悬挂在气枪软管组合件下面的各点上，并各有分别的从套中伸出的空气软管和控制电缆，此外有一个应力承受件，例如链或缆，一般和气枪组合件平行，并与之在有间隔的地点连接，曳引时吸收上面的拉力。为在曳引时将气枪组合件，气枪和应力保持在理想的深度上，有若干水面浮标之类用若干系环或类似构件，在有间距的点上与气枪组合件连接;这种地震排列阵的举例参见美国专利第3，893，539及4，313，392号。这种典型排列阵虽然成功，但从船上收放都有困难并费时间。并且体形很大，在水中曳引时，在排列阵上产生很大的阻力。曳引排列阵时，要求船只发动机消耗很大的动力，从而在一次特定的地震勘探中增加很多的费用。

现有技术领域的气枪的另一缺点，在于一般有一单腔，在壳体的单一的点上排出空气。通过阀机构的迅速开启排出空气。单腔气枪中的阀机构受到恒定而迅速的加速和减速，产生的力可引起气枪，气枪软管组合件和枪与软管组合件接头的磨损。有时排出的空气不对称，造成更大的不平衡反作用力。

美国专利第4，381，044号提出一种双腔气枪，将两个腔同时“发射”但是这种枪用一个阀机构发射两个腔，因而产生同样的不平衡反作用力，和过去现有技术领域中的单腔枪的结果相同。

因此，本发明的一个方面在于有一个海洋地震勘探气枪，在水中产生声波，该气枪包括有：

一个长形壳体，沿其纵轴方向上有一个延伸的中心孔;

一个将该壳中的中心孔和一个海洋震源排列阵的主供气通道连接的装置，从而该孔和该供气通道同心，并形成其整体的一部分;

一个位于该壳中并有一个入口和出口的第一腔;

一个将该第一腔的出口开启和关闭的第一阀装置;

一个在该第一阀装置将该第一腔的出一关闭时，从该中心孔向该第一腔的进口供给空气，并使该第一腔中形成加压空气、位于该壳中的装置;

一个将该第一阀装置开启，通过该第一腔的出口，排出该空气的装置。

现对照照附图对本发明作更具体叙述，附图如下：

图1为现有技术领域中的典型震源气枪排列阵的示意图;

图2为本发明震源气枪排列阵的一例的示意图;

图3为本发明该例中排列阵中气枪的透视图;

图4为图3中气枪一端剖视图，其中腔处于关闭状态;

图5为图3中气枪另一端的剖视图，剖视为图3的稍旋转位置，其中腔处于开启状态;

图6为沿图4中6-6线剖视图;

图7为图6旋转90°的沿7-7线的带有局部剖面的俯视图;

图8为沿图4中8-8线部分省略的局部剖视图。

参看图1，其现有技术领域震源次排列阵或排列阵是进行海洋地震勘探的常用类型。排列阵由船10曳引，并有气枪软管组合件11，其中有压缩空气供给软管和若干控制电缆。有若干气枪12沿组合件向下悬垂。各供气软管13及控制电缆14，以组合件11分别接向各气枪12，如图示。一个应力吸收件15（例如链）和组合件11平行，按间距用链环16和组合件11连接。若干浮标17也用系结18和链15连接。应能理解可有一个扫雪器浮标装置19（paravance    buoy    arrangement）或类似装置在主排列阵束11的两端安装，以帮助对排列阵中次排列阵相对于船10的深度和/或间距和/或方向作控制。

可以看出这种排列阵的布放和收回都既复杂而又费时。并且，这些排列阵的总结构形状庞大，在用船10在水中曳引时，本身产生很大的阻力。显然这些力在排列阵上加上很大的应力，严重限制排列阵的曳引速度。

并且可以看到，每一气枪12要求在组合件11上有分别的气路和电路连接13，14，这些连接在曳引作业中承受曳引力和很大的弯曲力。这些因素增加磨损，并可能减短排列阵的工业寿命。

参看图2，显示的本发明海洋地震勘探排列阵的举例，其中有若干有间距的并由排列阵束24作连接的气枪20，下文中将显示气枪20的细节，气枪20基本包括有两个对称端21a及21b（图3）的外壳，两端基本对称。一个中心孔沿外壳的纵轴线穿过，两端和排列阵束24的主供气通道连接，因此，外壳的孔是供气通道通过排列阵的连续部分。从图中可见，气枪20与排列阵束24同心安装。

在外壳的相对两端中，形成相同的圆筒或腔，同时接受并储藏外壳中心孔供给的高压空气。气枪20上有一个由控制信号促动的电磁阀，引导空气同时开启与双腔关连的阀，从而同时将里面的空气排出。

排列阵束24的各段可按各种已知方法制造。最好由一个高压供气软管形成排列阵束的中心孔，束的周围有加强应力吸收件包围。然后将包围的软管放在一个浮力壳中，给束24及气枪20提供零浮力，从而不需有沿排列阵的间隔浮标。

将图1及图2中的排列阵比较后可见，由于本发明的气枪在曳引束上同心安装，并且由于空气从主供给通道直接供入并通过每个气枪的外壳，因此可不象过去那样需要有分别的空气软管13和电缆线14，连接各气枪。并且在本发明中，如下文中的更详细叙述，控制线路（诸如电路，光导纤维线路等）位于主空气通道中，从外壳的中心孔中穿过，因而曳引时从不与水接触或承受任何拉力。因此，本发明提出了一种紧凑的流线型外形，曳引时显著减少拖曳时的阻力。

现讨论气枪20的具体结构，图4及5揭示图3中气枪的分别两端21b，21a，端部21b，21a基本相同，仅图中剖面线略旋转，进一步揭示各元件的结构细节。图4显示一个排出阀处于关闭状态，图5显示另一阀处于开启状态。

气枪20有一个长形壳，由若干分别的元件用螺丝或螺栓组装形成。在壳的中部有一个连接件31（图4，5，6），它带有中心突缘32，上面有同体的螺纹延伸部33同心设置，并从突缘32的两侧延伸出。有一个水平孔34从延伸部33及突缘32中穿过，并和穿过连接件31的突缘32的垂直孔35交叉。在本文中，“水平”与“垂直”为相对术语，指的是当气枪20的纵轴线为水平时。

并且，有若干单独的水平孔36（图6，及图4与5中虚线所示）围绕水平孔34从突缘32中穿过，而突缘32有第二垂直通道37（图6），和从水平孔36伸到突缘32外部的孔35平行。

长形中心体38和各延伸部33螺纹连接，结构基本相同。每一中心体38有一个突缘39，和一个同体的长圆筒形延伸部40。一个水平孔34a从每个中心体38的突缘39和延伸部40中穿过，和连接件32的孔34同心，形成贯穿气枪20壳体的连续水平通道。此外，有若干单独的有径向间距但和孔34a隔绝的水平41，贯穿每一中心体38的突缘39。全部孔41用突缘39中的环形槽42互相连接。至少水平孔41中的两个，和中心体38中的垂直泄流孔43（图4，5及8）液体相通。

每一中心体38上安装一个圆筒形活塞缸体45，用缸盖40及长螺栓47固定。缸体45有三个孔48，49，50和一个密封座51，密封座上有适当的密封件，密封座51设在缸体45和缸盖46之间。

在每一延伸部40的外端附近，安装一个密封件壳52。密封件壳52由两部分52a，52b构成，并处于延伸部40的肩台53，54之间，用夹件55和螺栓56固定。可看到在每一缸盖46和密封件壳52（图5）之间有一个围绕气枪20的壳体旋转360°的间隙。这些间隙形成相应腔21a，21b的出口22a，22b，腔21a，21b由相应的缸体45形成。

在每一密封件壳52中有一个星形环57，星形环有若干有径向间隔的孔58（图5），可有效增大腔21的容积。有和每一个星形环57依靠设置的环形弹簧夹持件59，夹持若干有径向间隔的压缩弹簧60（图4仅示一个），单销61（图4）将每一夹持件59和相应的星形件57连接，防止二者相对旋转。在每一密封件壳52中滑动安装座装置62，它通常由弹簧60偏压到图5中所示的位置。

将一个有垂直孔57的套阀活塞65，滑动安装在每一中心体38的突缘39和相关的缸体45间。每一活塞在开启位置（图5）和关闭位置（图5）之间移动，关闭时活塞65的外端抵靠住在密封座装置62上的密封环66，将其密封。

歧管件70安装在气枪20壳体的上下表面上。每一歧管件中有两条水平通道71，72。通道71将连接件31中的垂直孔35和缸体45中的通道50连接。通道72将歧管件70的外部，和辅助歧管件70a（图7）中的通道72a连接，辅助歧管件70a再和缸体45中的通道48连接。歧管件70中还有一条垂直通道73，和歧管件70的上表面及连接件31中的通道37连接。一个启动装置即电磁阀80，安装在歧管件70上。如图6简示，电磁阀装置80开、闭通道82中的阀81，当阀81开启时，通道82将垂直通道73和歧管件70中的通道72接通。

控制导线束85位于在排列阵束24（图2）的主空气通道中，从气枪20壳体的中心孔34，34a（图4，5，6）中穿过。引线86从导线束85引出，通过垂直孔35，连接电磁装置80，提供启动电磁装置80所需要的信号。

在气枪20的壳的两端，各有一个软管接头84，用螺纹拧入密封件壳52，接头84有一个水平孔34b的从里面通过，并对正通道34，34a，形成一个位于气枪20壳中心轴线的连续贯穿通中心孔。接头84将气枪20和排列阵软管束主空气通道段24连接。对于本发明的结构已详述如上，下文叙述其运转。

气枪20在一个排列阵中同心组装，如图2所示，排列阵束24的供气通道和每一气枪20的孔34直接相连。可以看到高压空气连续流经排列阵束24，从气枪20中通过。各气枪20中的引线86和电路束85中的适当电线连接，电路束85通过并容于排列阵束24的空气通道和气枪20。

将加压的例如2000磅/英寸²（13790千帕斯卡）的空气，从排列阵束24和每气枪20的水平孔34中通过。空气从孔34进入垂直孔35，通过歧管件70中的通道71，进入缸体45的通道50中。然后空气在每一套阀活塞65后方流过，在其后表面65a上作用，将阀65推到其关闭位置上（图4）并将其固定。在这位置上的套阀活塞65的外端，抵靠滑动密封装置62上的密封件66，弹簧60将滑动密封装置62偏压，和阀接触。

当阀65关闭时，通道50中的空气通过泄流孔43，通道41，槽42泄出，进入连接件31的孔36中（图6）。通道41中的空气同时流入壳体各端的腔21中。空气继续流入腔中，直到腔中压力和孔34中的平衡。可以看到各通道50中的气压在活塞65的后表面65a上作用，保持活塞关闭。腔21中气压还在活塞65的不平衡区域65b中作用，以助保持活塞65的关闭。

参见图6，气枪将发射时，通过导线束85和引线86向电磁阀80传递一个信号，开启阀81。这样使连接件31的孔36中的空气，通过其中的通道37，流入通道73、电磁阀装置80的通道82，并分别进入歧管件70a的通道72，72a中。从通道72a流出的空气，同时流入相应的缸体45的通道48，并流入密封元件87和每一套阀活塞65上的一个表面88间形成的“发射腔”90（图5）中。在元件87上设窄槽（图4及5中虚线89所示），使空气易于进入发射腔90。

可理解到这时有与在每一阀65表面65a，65b上作用的压力相同的空气，在每一阀65的更大表面88上作用，破坏表面上的力的平衡，使阀开始向开启位置移动。在初始运动中，例如每一阀65移动0.12英寸（0.3cm）时，阀座装置62在弹簧60的偏压下，与之接触并相随，直到阀座装置62由密封件壳52的肩台63（图5）阻止。这点是重要的，因为阀座装置62可保持腔21关闭，直到每一套阀65加速，并迅速地向开启位置移动。阀座装置62因和肩台63接触而停止时，迅速移动的阀65便迅速开启相应的开孔22，随之迅速排出空气。空气的迅速排放，产生的地震勘探作业的声波信号，比阀装置62不动，逐渐开启套阀气产生的声波信号优异的多。

阀65移动一短小距离后，例如0.03英寸（0.08cm），各阀的垂直孔67通过相应的“发射”密封件91（图5），然后密封件91使腔21的空气流过孔67，在活塞阀65的表面88上作用。这有助于将两个活塞阀同时迅速推到其开启位置上。

当阀65向其开启位置上移动时，将发射腔90中的空气，通过气缸体45中的通道49，放入腔90a（图4），从而平衡腔90a中的压力，降低将阀65推开开启位置的力。并且，在阀65的运动开始后，电磁阀装置80中的阀81关闭。

当每一阀65移动到全开启的位置上时，表面65a后面的空气压缩起到空气弹簧作用，将阀65退到关闭位置上去。空气继续流过通道50，将每一阀65送到其全关闭位置上，直到阀和密封件66接触，克服弹簧60的偏压，形成出口22的良好密封。当每个阀65向关闭位置退回时，空气在表面88的前面，通过歧管件70中的通道48，72a，72，及72b，向水中放入。

从上文说明中可见，运转时，两套阀永远同时向相反方向移动，运动产生的力方向永远相反，大小基本相等。因此，这些力互相有效平衡，使加速和减速力降低很多，从而减小气枪20的磨损。

并且，由于气枪20对称，双腔21同时通过相同的360°出口22排气，便对气枪20的壳产生基本相同的反作用力，互相平衡。这也能减小对地震勘探排列阵不利的力，延长其工作寿命。

Claims (9)

1、一种产生水中声波的海洋地震勘探气枪，该气枪有下列各项：

一个有沿其纵轴方向上延伸贯通中心孔的长壳体：

一个将该壳体的中心孔和一个海洋震源排列阵束的供气通道连接的装置，从而该孔和供气通道同心并形成其整体的一部分；

一个位于该壳体内并有一个进口和一个出口的第一腔；

一个用于开启和关闭该第一腔出口的第一阀装置；

一个当该第一阀装置将该第一腔的出口关闭时，从该中心孔中向该第一腔的进口供给空气使第一腔中充有加压空气的位于壳体内的装置；

一个开启该第一阀装置从而将加压空气通过第一腔的出口排出的装置。

2、如权利要求1中的气枪，有下列各项：

一个位于该壳体内并有一个进口和一个出一口第二腔;

一个用于开启和关闭该第二腔的出口的第二阀装置;

一个当该第二阀装置关闭该第二腔的出口时，从该中心孔中向该第二腔的进口供给空气，使该第二腔中充有加压空气的位于壳体内的装置;

一个将该第二阀装置同时开启的装置，和该第一阀装置同时开启时，通过该第一及第二腔出口同时排出加压空气。

3、如权利要求2中的气枪，其中：

该第一腔位于该长壳体的一端并包围通过该壳体的中心孔;

该第二腔位于该壳体的另一端，包围通过该壳体的中心孔;该第一及第二腔可保持空气压力基本相等，二腔相对于该壳体纵轴线对称。

4、如任何前述权利要求中的气枪，每一个腔的阀装置中有下列各项：

一个可滑动地安装在该壳体内以在开启位置和关闭位置间移动的套阀;

一个安装在该壳体中滑动的阀座装置;

一个将该阀座装置偏压的装置，使之与该套阀接触，将腔的出口关闭，在该套阀开始从其关闭位向其开启位置移动时，该阀座装置和套阀同时移动;

一个在该套阀的初始运动后将该阀座装置的移动停止的位于壳体上的装置，然后该套阀继续与阀座装置脱离接触，将该出口开启。

5、如权利要求4中的气枪，其中开启每一个阀装置的装置还有下列各项：

一个在该壳体中的将空气供给每一套阀、将其推向其开启位置的通道装置;

一个用以开启该通道装置使空气从其中通过的电磁控制阀装置。

6、如权利要求5中的气枪中，有：

一个从该壳体延伸穿过并和该电磁控制阀装置连接的控制引线。

7、一种用于产生水中的声波的海洋震源排列阵，该排列阵有下列各项：

一种由船只曳引从水中通过的地震勘探束，该束有一个主中心供气通道从里面穿过，形成贯穿该排列阵的高压空气通道;

若干如权利要求1的气枪;

在间隔位置上将该气枪壳体和该地震勘探排列阵束连接的装置，使每一壳体中的中心孔和该中心供气通道同心，形成其整体的一部分。

8、如权利要求7中的排列阵，其中若干气枪中的每一个有下列各项：

一个在该壳体内的带有一个进口和一个出口的第二腔：

一个用于开启和关闭该第二腔出口的第二阀装置;

一个用于在该出口关闭时，将该孔中的压缩空气供给该第二腔的进口，使该第二腔中充有加压空气的位于壳体中的装置;

一个同时将该第二阀装置开启的装置，当该第一阀装置开启时，同时通过该第一及第二腔，排出加压空气。

9、如权利要求8中的排列阵中包括有：

一个位于该地震勘探排列阵束的该中心供气通道中的控制线路束，从该气枪每一该外壳的该中心孔中穿过;

一个位于该壳体中的将控制线路束和将该第一及第二阀装置开启的装置连接的装置，用以将其启动。

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