DE2053643B2

DE2053643B2 - Druckimpulsgenerator

Info

Publication number: DE2053643B2
Application number: DE2053643A
Authority: DE
Inventors: Stephen Victor West Redding Conn. Chelminski (V.St.A.)
Original assignee: Bolt Associates Inc Norwalk Conn (vsta)
Current assignee: Teledyne Bolt Inc
Priority date: 1969-11-14
Filing date: 1970-10-31
Publication date: 1973-09-20
Also published as: US3653460A; BE758943A; DE2053643A1; GB1332927A; JPS5024682B1; DE2053643C3; FR2069430A5; CA923611A; NL7016600A; DK142859B; DK142859C

Description

zueinander veränderlichen Größen unterteilt ist und daß die zweite Kammer mit der gegenüber den nach außen führenden Entladeöffnungen mittels der VenüJ-kolben-Einrichtung abschließbaren ersten Kammer über eine Verzögerungseinrichtung verbindbar ist, die bei geöffneten Entladeöffnungen das Durchströmen des Druckgases zur ersten Kammer verzögert.

Vorteilhafterweise werden durch diese Anordnung Sekundäroszillationen bei der Erzeugung seismischer Wellen in Wasser oder wasserhaltigen Schichten ver- xo ¹⁰STA £ä£ Volumina der beiden Kammern und damit die relativen Beträge des unter Druck stehenden Gases in der anfänglich abrupten Strömung und in der verzögerten Nachströmung zur Erzeugung x₅ verschiedener Wellengestalten zu verändern, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Anzahl loser Hülsen, zwischen denen eine Wandscheibe zwecks Veränderung der relativen Abmessung der ersten und zweiten Kammer angebracht ist, einklemmbar. *o

Gemäß einer anderen günstigen Ausführungsform kann auch zur Veränderung der relativen Abmessungen der ersten und zweiten Kammer das Gehäuse des .Vorratsbehälters ein Innengewinde vorgesehen sein, wobei die Wandscheibe ein entsprechendes Außen- a₅ gewinde hat und ein mit Außengewinde versehener klemmring zum Kontern der Wandscheibe vor-Kammer

Fig. 7 eine f^^„^efs
wote **°<± tos Volumen der ^ erhöht mid to Vo umen P _Generatoren

gegenüber den m ^S-⁰ j Abmessung der

verringert wurde ^e™?™£ _{man sieh}t, daß die J™*™*£ iSS& Λ gegenüber Λ weiter

^ -^ ;^ ihre Gestalt ist weiter verändert und reduziert ist lh*_B GestaIt ist w

tritt noch dichterbei P₁
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weiter' vergrößert J^J^^ Kammer weiter «^d^ wurde

F i g. 6 Kammer

zur B^^^f
verwendeten Generatoren die
zögerungsdusen ist gegenüber

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der

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i Drucka zu P₁, _ein größerer demBereich

^l der Hochfrequenzkomponeme .

eliminiert wird,der₍inι F ιig, « mit r,

Der Dn^puheoe»^ ™ £_pei ^g _{cherung VO}n enthalt einen ^{^^,,,^„^»„,,8 14, Druckgas, tr en t»^

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Gas durch

freizu-

j abrupte Freigabe Grund dnes'elektrischen

Bie£ weiteren Ausführungsform können zur noch besseren Unterdrückung mehr als zwei Kammern 3» vorgesehen sein, indem mehr als eine verstellbare Wandscheibe vorgesehen ist.

Weitere Einstellmöglichkeiten eröffnen sich gemäß einer noch anderen Weiterbildung der Erfindung durch auswechselbare Verzögerungseinrichtungen in Form von mit Gewinde versehenen Düsen, die verschieden große Durchströmöffnungen haben.

Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich, wenn nach einer anderen Weiterbildung der Vorratsbehälter einen Flansch hat, der mit einem Klemmring an einen Hansch des Körpers des Druckgenerators anschheßbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

14i kann relativ zu einer SA des Gene-

Uicg S^
ratois 10 angeordnet ist Generator 10

Um Gas unter toten^ Druck dem^ Gerι

^zuzufu^^ren' ^wir,^d _m ^ei _; ⁿ _n ^e p⁸"^ _{und 2} gezeigten Aus-

verwendet. .^7'^^ wird ^komprimierte

uhrungsbe.sp.el der Er"ⁿJ^unS J^r _{überdruck ver}.

Luft von etjva JA b s 140 kg/cm υ _h_

wendet Die ^"P"™¹^"^ Steuerkammer 24 " Sdurehlaß 26

hindurch und ge-

einen ersten

eines

Asa Generators nach Betätigung zur abrupten Freigabe von Druckgas enthält feL; j» Ein-

%tT^nve^eVte Schnitt des Druck_behäU^gers mit primären und sekundären Freigabe-Drug

FTg4 einen vergrößerten Sehn:« einer geänderten Ausfülrungsform des in F ig. 3 dargestellten Be-

_FTg. 5 eine Dartel.ung des Druckes als Funktion der z!it, gemessen in Wasser in einem Abstand von etwa 15 m von einem bekannten Druckimpulsgenerator nach »Zündung«; die Darstellung veranf nn der Generator 10 durch ^ elektrischen ^Signa^zu dem ^ solen

plötzlich, um das Druckgj, d«ch ^n^D^a^ß

in einen .^^^^^^g

der der St^^rk«r ™& 8 _wf_{rd die}

Obertache _des Kobens^" »^u _M

⁶° S

hier bezüglich P₁ wesentlich reduziert; die Gestalt von P₂ ist verändert und ist zeitlich relativ dichter an P₁ herangerückt,

erzeugt

.p akuet^

_seismi°che Wellen 40, wie ^ _dt _{führt der}

Druck des Gases in der zentralen Kammer 24 die Ventilkolbeneinrichtung 14 in ihre anfängliche Lage zurück (Fig. 1), so daß das Zünden des Generators beliebig wiederholt werden kann.

Die obenstehende Beschreibung trifft auch auf die bekannten Generatoren (USA.-Patentschriften 3 249 177 und 3 379 273) zu.

Wie in Fig. 5 dargestellt, erzeugt ein bekannter Generator in Wasser akustische Wellen mit einer Wellengestalt, die durch eine starke sekundäre Druckspitze P_a charakterisiert ist. Wie zuvor erwähnt, zeigt F i g. 5 den momentanen Druck, der im Wasser in einem Abstand von etwa 15 m vom Generator auftritt, der in einer Tiefe von etwa 9 m eingetaucht ist. Der Generator wurde mit komprimierter Luft mit einem Überdruck von 140 kg/cm² versorgt, und er besaß eine einzige Kammer mit einem Volumen von etwa 5000 cm³.

Um dem Anwender die Steuerung der Wellengestalt zu ermöglichen, die für die tatsächlich herrschenden Bedingungen am wirkungsvollsten ist, ist der Behälter 12 in eine Anzahl von Kammern 41 und 42 durch Wandscheiben 44 unterteilt.

Die Wandscheibe 44 enthält eine Verzögerungseinrichtung 46 in Form von mit Gewinde versehenen, einen hexagonalen Kopf aufweisenden Düsen 47 (deutlicher gezeigt in Fig. 3), welche in eine Gewindeöffnung 48 in der Wandscheibe 44 geschraubt sind.

Die primäre Kammer 41 steht direkt mit der Ventilkolbeneinrichtung 14 in Verbindung, die eine anfängliche abrupte Strömung von Druckgas aus der primären Kammer 41 durch die Entladeöffnungen 16 in das umgebende Wasser nach Betätigung des Generators 10 erzeugt; angedeutet durch Pfeile 50.

Bei der Freigabe des Druckgases aus der primären Kammer 41 beschränkt die Verzögerungseinrichtung 46 die Gasströmung aus der sekundären Kammer 42, wodurch eine verzögerte Strömung 52 von Druckgas erfolgt, die von der sekundären Kammer 42 in die primäre Kammer 41 und von dort durch die Entladeöffnungen 16 hinaus erfolgt. Diese beschränkte und verzögerte Nachströmung von unter Druck stehendem Gas dient zur Verringerung und Dämpfung der relativen Höhe der zweiten Druckspitze P₂ um einen steuerbaren und auswählbaren Betrag, wie in F i g. 6, 7 und 8 dargestellt, und damit zur Reduzierung höherer Frequenzen in der Nähe von P₂.

Um die Größe der sekundären Druckspitze P₂ relativ zur ersten Druckspitze P₁ zu verändern, wird der Behälter 12 von dem Körper 23 gelöst und die Wandscheibe 44 bewegt, um die relativen Volumina der primären und sekundären Kammern 41 und 42 zu verändern; auch kann die Abmessung der Durchströmöffnung 49 verändert werden. Der Behälter 12 weist ein Gehäuse 54 auf, das lösbar mittels eines wegnehmbaren Klemmringes 56 befestigt ist, der an einem Flansch 57 des Gehäuses und an dem Flansch 58 des Körpers 23 angreift. Innerhalb des Gehäuses 54 befindet sich eine Anzahl von losen Hülsen 61, 62,

ίο 63 und 64, die verschiedene Länge haben. Auch die Wandscheibe 44 ist lösbar, so daß sie zwischen jedem Paar dieser Abstandshülsen angeordnet werden kann. Die Scheibe 44 kann entnommen und durch eine ähnliche Scheibe ersetzt werden, die eine kleinere

is oder größere Durchströmöffnung 49 aufweist.

Die Lage (Fig. 3), in der sich die Wandscheibe 44 zwischen den Abstandshülsen 61 und 62 befindet, soll mit A bezeichnet werden, die Lage zwischen den Hülsen 62 und 63 mit B und die Lage zwischen den

ao Hülsen 63 und 64 mit C. Der Abstand zwischen der Oberseite der Wandscheibe 44 und dem oberen Rand

60 des Gehäuses 54 ist mit D bezeichnet.

Da die hier verwendeten Drücke relativ groß und die Druckveränderungen während des »Zündens« a5 sehr plötzlich sind, ist es wichtig, daß die Wandeinrichtung 44 und die Hülsen 61 bis 64 fest an Ort und Stelle gehalten werden, um Klappern zu verhindern. Zu diesem Zweck ist die Gesamtlänge der vier Hülsen

61 bis 64 plus die Dicke der Wandscheibe 44 genau gleich der inneren Länge L des Gehäuses 54 (F i g. 4).

Eine innere Anschlagschulter 66 (Fig. 1 und 2) in dem Generatorkörper 23 ist vorgesehen, die gegen die oberste Hülse 61 anliegt, um die gesamte Wandanordnung 44, 61 bis 64 sicher an Ort und Stelle zu halten, wenn das Gehäuse 54 mittels des Klemmringes 56 an dem Körper 23 angebracht ist. Die Hülsen 61,

62 und 63 haben verschiedene axiale Längen, um verschiedene mögliche Anordnungen zur Einregulierung des Abstandes D vorzusehen. Der innere Durchmesser des Gehäuses 54 beträgt etwa 14 cm und die innere Länge etwa 28,3 cm. Wenn alle Hülsen 61 bis 64 und die Wand 44 aus dem Gehäuse 54 entfernt sind, bildet dieses eine einzige Kammer mit einem Gesamtvolumen von etwa 5000 ecm, wenn es an dem Generatorkörper 23 befestigt ist.

Die Kurven der F i g. 6, 7 und 8 wurden erhalten, indem die Wand 44 an der Stelle C, B und A angeordnet wurde.
In der folgenden Tabelle sind die Einzelwerte angegeben, die den Kurven der Fig. 5, 6, 7 und 8 zugrunde liegen.

Fig. 5	Fig. 6	Fig. 7	Fig. 8
Einzelkammer	Zwei Kammern	Zwei Kammern	Zwei Kammern
~5000cra⁸	Lage »Cn	Lage »B«	Lage M«
	~ 16,8	~ 6,65	~ 3,18
	~ 1,78	~ 1,02	~ 2,03
0	-1,7	-3,7	-4,3
1,8	3,2	3,8	7,0
92	80	66	68

Abstand »D« [cm]

Durchmesser der Verzögerungsöffnung [cm]

Druckspitze von P₁ (db) relativ

Verhältnis PJP₁₁

Zeit zwischen P₁ und P₂ [ms]

Man sieht, daß durch Zunahme des Volumens der 65 Verringerung und Dämpfung der sekundären Spitze P₈

sekundären Kammer 42 relativ zu dem Volumen der erreicht wird.

primären Kammer und durch Veränderung der Ab- Es können selbstverständlich auch andere Längen

messung der Verzögerungsöffm· ag eine fortschreitende und andere Zahlen von Abstandshülsen verwendet

werden, um die Wandscheibe 44 an beliebig gewünschten axialen Stellen innerhalb des Gehäuses 54 anzuordnen. Die Scheibe 44 kann entfernt und durch eine andere ähnliche Scheibe ersetzt werden, die eine kleinere oder größere Durchflußöffnung hat. Andererseits kann auch die Düse 47 herausgeschraubt und durch eine andere ersetzt werden, die eine kleinere oder größere Durchflußöffnung 49 aufweist. Je kleiner die Durchflußöffnung ist, die für eine gegebene Abmessung der sekundären Kammer 42 verwendet wird (oder je größer das Volumen der sekundären Kammer 42 für eine gegebene Abmessung der Durchflußöffnung ist), desto relativ größer ist die zeitliche Verzögerung zur Vollendung der Nachströmung 52, und umgekehrt. Auf diese Weise ist der Bediener in der Lage, die gewünschte Wellengestalt der seismischen Energie, die in das Wasser übertragen wird, zu steuern und auszuwählen.

In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 54 mit einem helikalen Schraubengewinde 70 versehen. Der Umfang der Wandscheibe 44 ist entsprechend mit Gewinde versehen, so daß diese entlang des Inneren des Gehäuses 54 durch Anlegen eines Schraubenschlüssels an die Schlüsseleinsteckfassungen 72 geschraubt werden kann. Ein mit Gewinde versehener Klemmring 74 mit Schraubenschlüsseleinsteckfassungen 76 wird dicht gegen die Wand 44 in der Weise einer Gegenmutter angezogen, um die Wand in der gewünschten eingestellten Lage festzulegen.

Auch eine zweite Wand 44 kann in dem ablösbaren Gehäuse 54 angeordnet werden, wobei die erste Wand sich in der Lage A und die zweite Wand in der

ίο Lage C (F i g. 3) befindet, so daß primäre, sekundäre und tertiäre Kammern zur weiteren Veränderung der Wellengestalt geschaffen werden. Statt Druckluft kann auch Verbrennungsgas verwendet werden, wie in den anfänglich genannten Druckschriften beschrieben ist, das durch Einspritzen von Brennstoff in die Kammern und dessen Zünden erhalten wird, um eine ausgeprägte Erhöhung des Druckes in den Kammern vor dem Auslösen des Generators zu erhalten. Bei bestimmten Anwendungen, wenn bei-

ao spielsweise komprimierte Luft Explosionsgefahr hervorrufen könnte, wie in der Nähe einer Gasquelle, wird statt Druckluft komprimiertes Kohlendioxyd oder komprimierter Stickstoff oder ein anderes nicht oxydierendes Gas verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

liegen, werden Schallwellen verwendet, die durch Patentansprüche: ' einen in das Wasser getauchten Druckimpulsgenerator erzeugt werden. Bisher wurden meist Generatoren ver-

1. Druckimpulsgenerator zur Erzeugung seis- wendet, die mittels Explosion von brennbaren Stoffen mischer, von Sekundäroszillationen freier Impulse 5 arbeiten. Beispiele dafür sind deutsche Auslegeschriften zur Anregung seismischer Wellen im Wasser oder 1 293 459, 1 208 086, deutsche Offenlegungsschrift Wasser enthaltenden Schichten, mit dem unter 1498 011, USA.-Patentschriften 3 454127, 3 447 625, Druck stehendes Gas aus einem unter Wasser 3 360 070, 3 059 578, 2 771 961, 2 619 186, 2 599 245, liegenden Behälter durch Entladeöffnungen, die 2 564128, britische Patentschriften 1161525,1134331, mittels einer gesteuerten Ventilkolben-Einrichtung io 1097 227, 1134 331, 1 097 227. Nachteilig sind die mit dem Behälter verbindbar sind, abrupt frei- Gefährlichkeit der Brennstoffe und die Schädigung gegeben wird, dadurch gekennzeich- der Ökologie. Verbesserungen brachten Generatoren, net, daß der Behälter (12) in mindestens zwei die mit Druckluft oder mit einem anderen unter Kammern (41; 42) von vorbestimmten, jedoch in Druck stehenden Gas arbeiteten (Zeitschrift für Geoihren relativen Abmessungen zueinander ver- 15 physik, 1968, Bd. 34, S. 513 bis 529; The Oil and Gas änderlichen Größen unterteilt ist, und daß die Journal, Dec. 30, 1968, S. 196 bis 199). Bei einem zweite Kammer (42) mit der gegenüber den nach bekannten Druckimpulsgenerator (USA.-Patentschrift außen führenden Entladeöffnungen (16) mittels 3 379 273) wird dieses Druckgas dem eingetauchten der Ventilkolben-Einrichtung (14, 28, 29) ab- Generator zugeführt und zeitweilig gespeichert. Zum schließbaren ersten Kammer (41) über eine Ver- 20 gewünschten Zeitpunkt wird der Druckimpul&genezögerungseinrichtung (46) verbindbar ist, die bei rator (es können auch mehrere sein) »gezündet«, d. h. geöffneten Entladeöffnungen (16) das Durch- das unter Druck stehende Gas wird abrupt in das strömen des Druckgases zur ersten Kammer (41) umgebende Wasser freigegeben und kräftige akustische verzögert. Wellen erzeugt, die in der Lage sind, tief in das unter

2. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 1, ge- 25 der Wasseroberfläche befindliche Material einzukennzeichnet durch eine Anzahl loser Hülsen dringen, um darin durch die verschiedenen Schichten (61 bis 64), zwischen denen eine Wandscheibe und Formationen reflektiert und gebrochen zu wer-(44) zwecks Veränderung der relativen Abmes- den. Die reflektierten oder gebrochenen akustischen sungen der ersten und zweiten Kammer einklemm- Wellen werden gemessen, um Information über den bar ist. 30 geologischen Aufbau zu erhalten.

3. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, Bei dem bekannten Druckimpulsgenerator ist es dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Veränderung nicht möglich, die Wellengestalt der akustischen Welle der relativen Abmessungen der ersten und zweiten zu steuern. Der bekannte Generator hat ferner den Kammer das Gehäuse (54) des Vorratsbehälter Nachteil, daß er mehrere Druckspitzen erzeugt. Zu-(12) ein Innengewinde (70) und die Wandscheibe 35 nächst wird ein anfänglicher kräftiger akustischer (44) ein entsprechendes Außengewinde hat, und Impuls mit einer scharf festgelegten ersten oder Hauptein mit Außengewinde versehender Klemmring (74) druckrpitze erzeugt (in Fig. 5 mit P₁ bezeichnet), zum Kontern der Wandscheibe vorgesehen ist. Das freigegebene Gas bildet eine sich ausdehnende

4. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, Gasblase. Während der Ausdehnung der Blase nimmt dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Unterteilung 40 der Druck darin ab, und in kurzer Zeit beginnt die des Vorratsbehälters (12) in mehr als zwei Kammern Blase wegen des Druckes des umgebenden Wassers mehr als eine verstellbare Wandscheibe (44) vor- zu kollabieren. Die Blase zieht sich zusammen, bis gesehen ist. sie eine relativ geringe Abmessung hat und der Druck

5. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 1, 2, auf einen relativ hohen Wert angestiegen ist. Zu diesem 3 oder 4, gekennzeichnet durch auswechselbare 45 Zeitpunkt wird eine zweite Druckspitze in dem um-Verzögerungseinrichtungen (46) in Form von mit gebenden Wasser erzeugt (in Fig. 5 mit P₂ bezeichnet). Gewinde versehenen Düsen (47), die verschieden Diese Expansion-Kontraktion-Zyklen setzen sich große Durchströmöffnungen (49) haben. in abnehmender Intensität fort, während sich die

6. Druckimpulsgenerator nach Ansprüchen 1 Blasenenergie in dem umgebenden Wasser verteilt, bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrats- 50 Wie in der USA.-Patentschrift 3 371 740 erläutert behälter (12) einen Flansch (57) hat, der mit einem wird, sind die sekundären Druckimpulse jedoch uner-Klemmring (56) an einen Flansch des Körpers wünscht, weil sie von den unter der Oberfläche be-(23) des Druckgenerators (10) anschließbar ist. nndlichen Zwischenflächen in einer Weise reflektiert

werden, die der des primären Druckimpulses ähnelt. 55 Die Ankunft des reflektierten sekundären Druck-

impulses kann das erwünschte Ereignis auf der

seismischen Aufnahme überdecken oder verwischen. Weiterhin können die sekundären Druckimpulse

Die Erfindung betrifft einen Druckimpulsgenerator direkt zum Aufnahmesystem zur gleichen Zeit wie der zur Erzeugung seismischer, von Sekundäroszillationen 60 reflektierte primäre Impuls gelangen, wodurch die freier Impulse zur Anregung seismischer Wellen im Messungen noch mehr gestört werden.
Wasser oder Wasser enthaltenden Schichten, mit dem Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

unter Druck stehendes Gas aus einem unter Wasser einen Druckimpulsgenerator zu schaffen, bei dem liegenden Behälter durch Entladeöffnungen, die mittels durch Steuerung der Wellengestalt das Auftreten von einer gesteuerten Ventilkolben-Einrichtung mit dem 65 Sekundäroszillationen verhindert wird.
Behälter verbindbar sind, abrupt freigegeben wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,

Zur Untersuchung von geologischen Formationen, daß der Behälter in mindestens zwei Kammern von die unter Wasser, in Sumpf, Moor oder Schlamm vorbestimmten jedoch in ihren relativen Abmessungen