DE69005088T2

DE69005088T2 - Vibrierende seismische Quelle, insbesondere anwendbar in Bohrlöchern.

Info

Publication number: DE69005088T2
Application number: DE90403572T
Authority: DE
Inventors: Patrick Meynier
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1990-12-13
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2010-12-14
Also published as: FR2656110A1; EP0434511B1; US5135072A; CN1026728C; CN1052954A; FR2656110B1; NO905425L; DE69005088D1; CA2032582A1; EP0434511A1; NO905425D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine vibrierende Quelle und insbesonders eine Quelle, die ausgebildet ist, um in einen relativ schmalen Bohrschacht hinab gelassen zu werden.
Die vibrierende Quelle nach der Erfindung kann insbesondere für die Bedürfnisse der seismischen Prospektion eingesetzt werden, mit dem Ziel, unterirdische Schichten, die vermutlich kohlenwasserstoffhaltige Vorräte enthalten, zu erforschen. Seismischen Signale werden in das Erdreich gesendet und man emfängt mittels Aufnehmer die, von den unterirdischen Refiektoren zurückgesendeten Signale. Die empfangenen Signale werden aufgezeichnet und die Aufzeichnungen werden systematischen Bestimmungsanalysen derart unterzogen, daß für die unterirdische Schichtung tatsächlich charakteristische, seismische Schnitte erhalten werden.
Die seismische Prospektion kann beipsielsweise durch vibrierende Quellen realisiert werden, die ein Sendeelement umfassen, das mit Kontakt zum Erdreich aufgestellt oder an der Rohrwand eines Schachts angebracht ist und Mittel, um sinusförmige Kräfte an dem Sendeelement aufzubringen. Die Schwingungen werden während eines bestimmten Zeitintervalls ausgesendet, dem ein Empfangs-Zeitintervall folgt während dem die reflektierten Wellen empfangen werden. Die Frequenz der ausgesendeten Wellen kann konstant sein, aber es können auch Frequenzabtastungen durchgeführt werden.
Um Schwingungen im Erdreich zu erzeugen, werden Vibratoren piezoelektischer oder magneto-striktiver Bauart, hydraulische oder pneumatische, elektromagnetische Vibratoren verwendet. Verschiedenartige Vibratoren sind beispielsweise in den Patentschriften US No. 4 805 727, 4 774 427, 4 715 470 oder 3 718 205 beschrieben. Vibrierende Quellen sind insbesondere durch die folgenden Patentschriften: FR 1 542 973, 1 428 395, 1 295 059 oder die Patentschrift US 4 234 053 bekannt, wobei die Antriebsmittel ein oder mehrere rotorierende, exzentrische Bauteile umfassen, deren Rotationsachsen starr mit den Sendeelementen verbunden sind, welche mit dem Erdreich gekoppelt sind. Die entstehende Kraft hängt von der Masse der sich drehenden Bauteile und von ihrer Rotationsgeschwindigkeit ab. Mit einem einzigen drehenden Bauteil erhält man eine rotierende Kraft. Um eine vibrierende Kraft zu erhalten, die einer bestimmten Polarisationsrichtung folgt, wird ein Paar von zwei Bauteilen eingesetzt, die mit gleicher Geschwindigkeit, aber in zueinander entgegengesetzter Richtung gedreht werden, symmetrisch bezogen auf die gewählte Richtung. Diese Art von Quelle hat den Nachteil, daß die vibrierende Kraft mit der Rotationsgeschwindigkeit der Exzenter und daher mit der Frequenz der verursachten Schwingungen zunimmt. Eine bekannte Anordnung, um die Kraft zu regulieren, ist beispielsweise in der Patentschrift US-A-3 244 252 beschrieben, und sie basiert auf der Verwendung von zwei Paaren sich drehender Bauteile, die die gleiche Rotationsgeschwindigkeit haben und aus Mitteln, um zwischen ihnen eine Winkel-Phasenverschiebung einzuführen, die in Abhängigkeit der Frequenz der verursachten Schwingungen variiert wird. Im allgemeinen aber werden die Winkel-Phasenverschiebungen durch mechanische Mittel, wie Getriebezahnräder und Verzahnungen erhalten, die die Realisierung erschweren. Eine vollständige Regelung der Amplitude der verursachten, vibrierenden Kraft in Abhängigkeit von der Frequenz ist mit dieser Art eines rein mechanischen Kompensators schwer zu erreichen. Außerdem ist anzumerken,
daß die Vibratoren mit Exzentern im allgemeinen recht voluminös sind: sie sind für eine Verwendung an der Oberfläche entworfen, und sie sind an den Einsatz in Schächten oder Bohrlöchern, die in den meisten Fällen sehr eng sind, schlecht angepaßt; und
daß mechanische Kompensatoren, die die vibrierende Kraft in Abhängigkeit der Frequenz regulieren, dazu beitragen, das Volumen der Vibratoren mit Exzentern weiter zu erhöhen und für eine Fernsteuerung schlecht geeignet sind.
Die vibrierende Quelle nach der vorliegenden Erfindung erlaubt die Vermeidung der oben aufgeführten Nachteile. Sie umfaßt einen länglichen Körper, ein Multi-Funktionskabel, das mit elektrischen Leitungen ausgestattet ist, um den Körper mit einer entfernten Einrichtung zu verbinden, und Mittel, um Schwingungen durch kontrolliert in Rotation versetzte, exzentrische Bauteile zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß
sie in Kombination Mittel zur Verankerung des Körpers an einer Beaufschlagungswand der Druckmittel, um die genannten Verankerungsmittel zu betätigen, eine Anordnung exzentrischer Bauteile, aufgeteilt in zwei Gruppen von Bauteilen im wesentlichen identischer Masse, elektrische Motoren, die jeweils den verschiedenen exzentrischen Bauteilen zugeordnet und ausgebildet sind, um die beiden Gruppen von Bauteilen in zueinander entgegengesetzter Richtung in Rotation zu versetzen, umfassen, wobei die verschiedenen Motoren fest mit dem Körper verbunden und im wesentlichen längs ein und derselben Achse ausgerichtet sind, und ein elektronisches Steuerungssystem, von dem mindestens ein Modul in dem Körper enthalten ist, und das ausgebildet ist, um die Rotationsgeschwindigkeit von jedem der Motoren so einzustellen, daß die Winkel-Phasenverschiebung der exzentrischen Bauteilen jeder der Gruppen derart eingestellt wird, daß eine resultierende, vibrierende Kraft erzeugt wird, die längs einer im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Ausrichtungsachse der verschiedenen Motoren polarisiert ist, und deren Amplitude sich in einer bestimmter Weise in Abhängigkeit von der Frequenz verändert.
Das elektronische System ist ausgebildet, um die Rotation der exzentrischen Bauteile derart zu steuern, daß zum Beispiel eine resultierende Kraft erhalten wird, deren Amplitude weitgehend von der Frequenz unabhängig ist.
Nach einer Ausführungsform kann mindestens eine der beiden Gruppen von Bauteilen zwei Paare von Bauteilen umfassen, die sich in dem selben Richtungssinn drehen.
Nach einer anderen Ausführungsform können die beiden Anordnungen von exzentrischen Bauteilen beispielsweise drei Paare exzentrischer Bauteile umfassen, zwei der Paare stellen exzentrische Bauteile der definierten Masse m dar, die sich mit dem gleichen Richungssinn drehen, das dritte Paar stellt zwei exzentrische Bauteile dar, wobei deren Masse m' das Doppelte der Masse m der zwei ersten Paare ist, die Bauteile des dritten Paares drehen sich im entgegengesetzten Richtungssinn der ersten Beiden.
Das elektronische Steuerungssystem umfaßt beispielsweise Positionsaufnehmer, die die Winkelpositionen der jeweils verschiedenen elektrischen Motoren angeben, als ein Mittel zur Bestimmung der resultierenden Kraft und Regelungsmittel, um die Abweichungen der verschiedenen, elektrischen Motoren im Vergleich zu den Sollwerten, abhängig von der festgelegten, resultierenden Kraft, zu korrigieren.
Es wird beispielsweise ein Steuerungssystem verwendet, das eine programmierte Verarbeitungseinheit enthält, die mit den Positionsaufnehmern und den genannten Bestimmungsmitteln verbunden ist, um die Signal-Ansteuerung der Motoren abhängig von den Sollwerten einzustellen.
Nach einer Ausführungsform sind die elektrischen Motoren Schrittmotoren und das Steuerungssystem umfaßt Mittel zur Erzeugung von Steuerimpulsen sowie eine programmierte Verarbeitungseinheit, um die Anzahl der, an die verschiedenen Schrittmotoren angelegten, Impulse derart verändern zu können, daß die definierte Frequenz und Oszillationsrichtung erhalten wird. Die genannten Mittel, um die Anzahl der Impulse zu verändern, können beispielsweise Verteilungselemente der Steuerimpulse für die verschiedenen Schrittmotoren derart umfassen, daß jeder von ihnen Impuls-Abfolgen empfängt, die mit der Oszillationsfrequenz und der definierten Richtung verträglich sind.
Es wird beispielsweise ein elektronisches System verwendet, wobei die beiden elektronischen Moduln beispielsweise die Einheiten zur Signalübertragung über die Leitungen des Multi-Funktionskabels und Schnittstelleneinheiten umfassen, um die elektrischen Signale, die über diese Leitungen übermittelt werden, zu kodieren und zu dekodieren.
Die Druckmittel der vibrierenden Quelle umfassen beispielsweise eine hydraulische Pumpe, die sich in dem Körper befindet und durch einen elektrischen Motor angetrieben wird, der über Leitungen des Multi-Funktionskabels mit einem Generator an der Oberfläche verbunden ist, und Stellzylinder, die mit den Druckmitteln mit Unterbrechungen in Verbindung stehen.
Das elektronische Steuerungssystem umfaßt beispielsweise Mittel zum Demultiplexen, um die Steuerungsbefehle auf die verschiedenen elektrischen Motoren wahlweise zu verteilen und Mittel zum Multiplexen, um die Signale der Aufnehmer und das Signal von den Bestimmungsmitteln der resultierenden Kraft sequentiell zu übertragen. Das Steuerungssystem umfaßt beispielsweise Steuerungsmoduln die, von der programmierten Verarbeitungseinheit angesteuert werden, um den an die elektrischen Motoren angelegten Strom in Abhängigkeit der Sollwerte zu verändern.
Die vibrierende Quelle nach der vorliegenden Erfindung hat zahlreiche Vorteile:
Mit den Flieh-Massen, wobei jede durch einen unabhängigen, elektrischen Motor angetrieben wird, erhält man eine einfache und leichte mechanische Struktur, die man in einem relativ beschränkten Raum integrieren kann, so wie etwa in einem Bohrschacht.
Mit einem solchen elektronischen Steuerungssystem erhält man eine sehr feine Kontrolle der resultierenden, oszillierenden Kraft, sowohl in der Amplitude, als auch in der Richtung, und eine sehr gleichmäßige Änderung der Oszillationsfrequenz.
Die, mit den Gleichstrom-Motoren oder den Schrittmotoren verbundenen, rückgekoppelten Regelkreise können auf einfache Weise Übertragungsstrecken grosser Länge einbeziehen, was für die Steuerung der vibrierenden Quelle aus der Entfernung vorteilhaft ist. Die vibrierende Quelle nach der Erfindung eignet sich daher insbesondere gut zur Verwendung in einem Bohrschacht.
Weitere Eigenschaften und Vorzüge der vibrierenden Quelle nach der Erfindung werden bei der Durchsicht der nachfolgenden Beschreibung deutlicher, die sich auf ein Ausführungsbeispiel bezieht, in dem auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, aber nicht auf diese beschränkt ist, wobei:
die Fig. 1 ein Prinzip-Schema ist, das eine Anordnung exzentrischer Bauteile zeigt, die es erlauben, eine vibrierende Kraft in einer definierten Richtung aufzubringen, wobei die Amplitude weitgehend konstant über der Frequenz ist;
die Fig. 2 die Anordnung der verschiedenen Teile einer Quelle zeigt, die ausgebildet sind, um in einem relativ schmalen Bohrschacht zu funktionieren;
die Fig. 3 in detaillierterer Weise eine vibrierende Quelle zeigt, so wie sie in Fig. 2 schematisiert dargestellt ist;
die Fig. 4 eine Ausführungsform eines hydraulischen Systems zur Steuerung der Stellzylinder zeigt, die die Verankerungsschuhe antreiben; und
die Fig. 5 ein synoptisches Schema des elektronischen Steuerungssystems der Quelle zeigt;
Aus dem Prinzip-Schema der Fig. 1 erkennt man, daß eine wahlweise polarisierte Kraft durch die Rotation einer Anordnung von exzentrischen, mechanischen Bauteilen erhalten wird. Diese Anordnung umfaßt beispielsweise 4 Flieh-Massen 1A, 1B, 2A, 2B, die jeweils über einen Arm 3 mit einer rotatorisch, durch Motor-Mittel M angetriebenen Welle verbunden sind. Die, die Flieh-Massen antreibenden Wellen sind unterschiedlich, sie sind jedoch miteinander mechanisch verkoppelt, wodurch die Lager, fest werden. Die Flieh-Massen haben die gleiche Masse und sind paarweise angeordnet. Die beiden Flieh- Massen 1A und 1B werden in einer Richtung angetrieben, die beiden anderen 2A und 2B werden in der entgegengesetzten Richtung angetrieben. Die Rotationsbewegungen der beiden Kräftepaare sind symmetrisch in Bezug auf eine Achse XX'. Die Resultierende der, durch die Rotation der beiden Paare, erzeugten Kräfte ist eine, nach der Achse XX' ausgerichtete, oszillierende Kraft. Ihre Stärke hängt von der Gesamtmasse der exzentrischen Bauteile, sowie von der Länge der Arme 3 ab, und sie verändert sich mit dem Quadrat der rotatorischen Winkelgeschwindigkeit. Ihre Frequenz ist proportional zu der Rotationsgeschwindigkeit der Wellen. Um die oszillierende Kraft weitgehend unabhängig von der Winkelgeschwindigkeit zu halten, werden die beiden Bauteile eines jeden Paares winkelmäßig unterschieden. Die Winkel-Phasenverschiebung wird in dem gleichen Maße erhöht, wie sich die Winkelgeschwindigkeit vergrößert.
Die vibrierende Quelle nach der Erfindung funktioniert nach diesem Prinzip. Bei der Verwendung einer Quelle im Bohrschacht, die als Beispiel gegeben ist, sind die vibrierenden Elemente (Fig. 2, 3) in einem starren, länglichen Körper 4 eingeschlossen, der am Ende eines tragenden Elektrokabels, welches eine Vielzahl an elektrischen Leitungen enthält, in einen Bohrschacht hinabgelassen wird. In den entgegensetzten Endteilen des Körpers 4 sind jeweils mobile Verankerungsorgane 6 vorgesehen. Diese Organe 6 sind beispielsweise Klemmschuhe, die radial zwischen einer Ruhestellung und einer ausgefahrenen Position in der sie Kontakt mit den Seitenwänden des Bohrschachts haben, verstellbar sind. Die Verstellachsen der Kappen sind 120º voneinander verschoben und vorzugsweise mit einem längsgerichteten Versatz. Die Klemmschuhe 6 sind fest mit den Enden der Stangen 7 der hydraulischen Stellzylinder verbunden. Diese Stellzylinder werden über eine zentrale Hydraulik gespeist, die ein Fluid unter Druck liefert, wie man aus Vergleich mit Fig. 4 erkennen kann. Diese Zentrale befindet sich in einem Raum 8 angrenzend an den Zentralteil 9 des Körpers, der den Vibrator V in Verbindung mit seinem elektronischen Steuerungsmodul ME1 enthält, detaillierter dargestellt in den Fig. 3 und 4.
Aus der Fig. 3 erkennt man, daß die vibrierende Quelle beispielsweise zwei Anordnungen umfaßt, die aus drei Paaren A1, A2, B1, B2 und C1, C2 von exzentrischen Bauteilen oder Flieh-Massen bestehen. Die sechs Flieh-Massen werden entsprechend durch die sechs elektrischen Motoren MA1, MA2, MB1, MB2, MC1, MC2 angetrieben. Die Bauteile A1, A2, C1 und C2 haben eine weitgehend identische Masse m und ihre Motoren treiben sie alle in dem gleichen Rotationssinn an. Die beiden Flieh-Massen B1 und B2 haben eine Masse m', die das Doppelte der vorhergehenden ist und ihre Motoren MB1, MB2 treiben sie im entgegengesetzten Richtungssinn an. Alle Motoren werden mit der gleichen Geschwindigkeit derart gedreht, daß zwei Einheiten von Flieh-Massen mit äquivalenten, kinetischen Momenten und mit entgegengesetzten Richtungssinn erhalten werden und damit resultiert eine oszillierende Kraft, die einer definierten Richtung folgt. Ein dreidimensionaler Beschleunigungsaufnehmer AC befindet sich in dem Körper der Quelle. Er liefert drei Signalkomponenten ac1, ac2, ac3.
Nach einer ersten Ausführungsform sind die elektrischen Motoren MA1 bis MC2 Gleichstrom-Motoren. Sie sind entsprechend mit den sechs Posistionsaufnehmern CP1, CP2, ..., CP6 bekannter Bauart verbunden, die entsprechend elektrische Signale cp1,..., cp6 erzeugen, die für die Antwort der zugehörigen Motoren auf die, an sie angelegten Erregerströme, kennzeichnend sind.
Im Inneren von Körper 4 befindet sich ein erstes Elektronik-Modul ME1 eines elektronischen Systems oder eine Verarbeitungseinheit, die auch ein zweites Modul ME2 umfaßt, das sich außerhalb des Bohrloches befindet und mit dem Ersten über die drei Leitungen LA, LO, und LC, die sich in dem Multifunktions-Kabelträger 5 befinden, kommunizieren. Das erste Modul ME1 empfängt die Signale cp1 bis cp6, die von den Aufnehmer CP1,..., CP6 erzeugt werden und die Signale ac1-3, die durch den Beschleunigungsaufnehmer AC erzeugt werden und es liefert die Ströme IMA1, IMA2, IMB1, IMB2, IMC1 und IMC2 zum Antrieb der jeweiligen Motoren MA1 bis MC2. Außerdem liefert es den Strom ICH und ein Auslösesignal EV für die zentrale Hydraulik in dem Raum 8, wie auch aus Vergleich mit der Fig. 4 zu erkennen ist. Die, durch die Rotation der Flieh-Massen A1-C2 mit dem starren Körper 4, wechselwirkenden Kräfte werden über die Verankerungsklemmschuhe 6 auf die Seitenwände des Bohrschachts übertragen.
Jede Flieh-Masse ist an einer Stange 7 eines Verankerungszylinders 10 (Fig. 4) befestigt, wobei diese einen Ringkolben 11, der kraftschlüssig an der Stange 7 befestigt ist, umfaßt und dicht abgeschlossen in einer Kammer 12, die in dem Körper radial ausgespart ist, verschieben läßt und diese ist auf der entgegengesetzten Seite des Verankerungsklemmschuhs 6 des Körpers durch eine Kappe 13 verschlossen. Auf der, diesem Verankerungsklemmschuhs gegenüberliegenden Seite des Kolbens, weist die Stange 7 eine Verlängerung 14 auf, die dicht abgeschlossen in einer Öffnung 15 geführt wird, die quer durch die Ringkappe 13 ausgespart ist. Diese Anordnung erlaubt ein Ausgleichen der Stange 7, die an ihren beiden Enden dem, in dem Bohrloch vorherrschenden Druck, ausgesetzt ist. Eine Feder 16 ist in der Kammer 12 derart vorgesehen, daß der Ringkolben 11 in Richtung seiner Ruheposition gedrückt wird. Die jeweiligen Teile der Kammern 12, die in Bezug auf die Feder 16 auf der entgegengesetzten Seite des Ringkolbens 11 liegen, stehen miteinander und mit der zentralen Hydraulik 17 17 des Raums 8 über die Rohrleitungen 18 in Verbindung. Diese Zentrale 17 umfaßt eine hydraulische Pumpe 19, die durch einen elektrischen Motor 20, der über elektrische Leitungen 21 einen Erregerstrom von dem Modul ME1 erhält, betrieben wird. Ein erster Elektroschieber 22 verbindet in geöffneter Stellung den Ausgang der Pumpe 19 mit den Rohrleitungen 18. Der selbe Ausgang kommuniziert bei geöffneter Stellung eines zweiten Elektroschiebers 23 mit einem hydraulischen Speicher 24. Je nach Stellung der Schieber 22 und 23 kommuniziert die Pumpe 19 mit dem Speicher 24 und/oder den Rohrleitungszuführungen 18 der Zylinder. Ein Druckaufnehmer 25 ist mit den Rohrleitungen 18 verbunden und liefert ein Meßsignal MP.
Durch die Aulösesignale EV, die von dem elektronischen Steuerungsmodul ME1 stammen, das später beschrieben wird, werden die Schieber 22, 23 derart angesteuert, daß den verschiedenen Zylindern 10 (das Fluid) zugeführt wird und die Verankerungsklemmschuhe 6 in ihre jeweiligen Verankerungspositionen unter Kontakt mit den Seitenwänden des Bohrschachts verstellt werden, sobald der Körper der Quelle die vorgesehene Tiefe zur Emission der Schwingungen erreicht hat.
Das erste Modul ME1 des elektronischen Steuerungssystems umfaßt (Fig. 5) einen Multiplexer 26, auf dessen Eingänge werden die Signale cp1, cp2, ..., cp6 (cp1-6), die durch die Positionsaufnehmer, die mit den Motoren MA1 bis MC2 des Vibrators erzeugt werden, die Signale ac1, ac2, ac3 (ac1-3), die durch den Beschleunigungsaufnehmer AC (Fig. 3) erzeugt werden, und das, durch das Manometer 25 gelieferte Signal MP, das den Druck angibt, der in den Verankerungskreisen der zentralen Hydraulik 17 vorherrscht, gelegt. Die von dem Mutliplexer 26 stammenden Signalabtastungen werden an eine Schnittstelleneinheit 27, die darauf ausgelegt ist, die Signalabtastungen zu digitalisieren und zu kodieren, anschließend an einen Leitungssender (nicht dargestellt) in einer Übertragungseinheit 28 angelegt. Diese ist mit der Leitung LC von Kabel 5 verbunden, das für die Übertragung der Meßignale zu dem Modul ME2 an der Oberfläche bestimmt ist. Die Befehlssignale, die vom dem Modul ME2 an der Oberfläche über die Leitung LO von Kabel 5 stammen, werden durch einen Leitungsempfänger (nicht dargestellt) in der Übertragungseinheit 28 empfangen und in der Schnittstelleneinheit 27 dekodiert, bevor sie an einen Demultiplexer 29 angelegt werden. Dessen Ausgänge e1, ..., e6 sind mit den Eingängen der sechs elektronischen Steuerungsmoduln CE1, CE2, ..., CE6, die an die elektrische Versorgungsleitung LA von Kabel 5 angeschlossen sind, verschaltet. An den Ausgängen der Steuerungsmoduln CE1 bis CE6 sind die jeweiligen Versorgungsströme IMA1 bis IMC2 der verschiedenen Motoren des Vibrators verfügbar. Ein elelktronischer Wandler CEH ist ebenfalls mit der Leitung LA verbunden. Bei Empfang eines Befehlssignals, das an einem anderen Ausgang e7 des Demultiplexers 29 anliegt, liefert der Wandler CEH an seinen Ausgängen den Strom ICH zum Betreiben der hydraulischen Pumpe 19 (Fig. 4) und die Signale EV zur Aktivierung der Elektro-Schieber 22, 23.
Das zweite elektronische Modul ME2 an dem anderen Ende von Kabel 5 umfaßt einen Mikroprozessor 30, der zur Steuerung der verschiedenen Motoren des Vibrators in dem Bohrloch und der zentralen Hydraulik 17 in Abhängigkeit der, von den Meßaufnehmern des Vibrators V, erhaltenen Signalzustände cp1-6, ac1-3 und MP programmiert ist. Der Mikroprozessor ist mit den Leitungen LC und LO über eine Übertragungseinheit 31 und eine Schnittstelleneinheit 32, die den Einheiten 27 und 28 an dem anderen Ende von Kabel 5 entsprechen, verschaltet. Das zweite Modul ME2 umfaßt auch eine elektrische Versorgungseinheit 33 die mit der Leitung LA verbunden ist.
Die vibrierende Quelle nach der Erfindung wird in der folgenden Weise betrieben:
Man läßt sie bis auf eine festgelegte Tiefe hinab und, auf das Kommando einer Bedienperson hin, sendet der Mikroprozessor 30 über die Leitung LO ein Steuersignal EV, um die Schieber 22, 23 (Fig. 4) zu aktivieren und, um das Fluid unter Druck an die Verankerungszylinder derart anzulegen, daß die Verankerungsklemmschuhe bis zu ihrer Verkopplung mit den Seitenwänden des Bohrschachts auseinandergetrieben werden.
Dann wird der Mikroprozessor angesteuert, daß dieser ein vorab implementiertes Steuerungsprogramm für die Motoren MA1 bis MC2 ablaufen läßt, entsprechend den gewählten Funktionsparametern: Polarisationsrichtung der resultierenden, oszillierenden Kraft, Frequenz der zu erzeugenden Schwingungen und eventuell Veränderung der ausgesendeten Frequenz in Abhängigkeit der Zeit in den Fällen zum Beispiel, in denen man eine gleitende Frequenz aufgrund der Arbeitsbedürfnisse der seismischen Prospektion aussenden möchte. Das Steuerungsprogramm berücksichtigt zu jedem Zeitpunkt die Anzeigen der Aufnehmer in dem Vibrator, um die Versorgungsspannungen der verschiedenen Motoren einzustellen.
Um die oszillierende Kraft in Abhängigkeit der Frequenz weitgehend konstant zu halten, werden die Ströme angepaßt, wie man aus Fig. 1 erkennt, um die Winkel-Phasenverschiebung zwischen den Flieh-Massen ein und des gleichen Paares verändern zu können. Durch eine globale Änderung der Winkel- Phasenverschiebungen ist der Mikroprozessor darauf ausgelegt, auch die Polarisationsrichtung der resultierenden vibrierenden Kraft zu verändern.
In der beschriebenen Ausführungsform ist die Steuerung jedes Motors durch Mittel eines geschlossenen Regelkreises realisiert, der die Leitungen LO und LC, und den Mikroprozessor umfaßt der zu jedem Zeitpunkt die, auf den Vibrator, aufgeschlagenen Steuerungssignale mit den Auswirkungen, die durch die, in ihm eingeschlossenen, verschiedenen Aufnehmern gemessen werden, vergleicht.
Nach einer anderen Ausführungsform kann die Ansteuerung der Flieh-Massen durchgeführt werden, indem die Gleichstrom-Motoren MA1 bis MA6 durch Schrittmotoren ersetzt werden. Jeder Motor erhält von dem Mikroprozessor durch Zwischenschaltung der Steuerungsmoduln CE1-CE6 Impuls-Steuerungssequenzen, deren Frequenz an die zu erreichende Rotationsgeschwindigkeit angepaßt ist. Die Variationen der Winkel- Phasenverschiebung zwischen den Flieh-Massen, die es erlauben, eine Änderung der Polarisierung oder eine Adaptierung der vibrierenden Kraft in Abhängigkeit der Frequenz durchzuführen, werden erreicht, indem wahlweise die Anzahl der Steuerungsimpulsen verändert werden, die pro Zeiteinheit an einen der Motoren jedes Paares oder auch gegebenenfalls an beide angelegt werden.
Das elektronische Steuerungssystem besteht nach der beschriebenen Ausführungsform aus zwei Moduln ME1, ME2, die voneinander entfernt sind und über Leitungen miteinander kommunizieren. Es ist offensichtlich, daß im Falle einer Quelle an der Oberfläche, das elektronische System aus einem einzigen Modul besteht, etwa ME2, das durch den Mikroprozessor direkt angesteuert und durch den elektrischen Generator 33 versorgt wird.
Der Rahmen der vorliegenden Erfindung wird nicht verlassen, wenn eine beliebige Anordnung von exzentrischen Bauteilen verwendet wird, die in zwei Gruppen mit identischen Massen aufteilbar ist, wobei sie sich in zueinander entgegengesetzten Richtungssinn drehen.

Claims

1. Vibrierende Quelle einer Ausbildung derart, daß sie insbesondere in einem Bohrloch arbeitet, mit einer Anordnung von exzentrischen sich drehenden Bauteilen, die in zwei Gruppen von Bauteilen von im wesentlichen identischen Massen verteilt sind, sowie einer Leitanordnung, die Antriebseinrichtungen zum Antrieb der beiden Gruppen von Bauteilen, die in entgegengesetzten Richtungen zueinander exzentrisch sind, und Winkelphasenverschiebungsmittel, um die vibrierende Kraft zu verändern, die zum In- Drehung-Setzen der beiden Gruppen von Bauteilen erzeugt wurde, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen länglichen Körper (4), ein Multifunktionskabel (5), das mit elektrischen Leitern versehen ist, um den Körper mit einer in der Entfernung befindlichen Installation zu verbinden, sowie Mittel (6, 7) zum Verankern des Körpers an einer Beaufschlagungswand, sowie Druckmittel (19, 20) umfaßt, um diese Verankerungsmittel zu betätigen, umfaßt; das die Antriebsmittel eine Vielzahl von Elektromotoren (MA1-MC2) umfassen, die jeweils den verschiedenen Exzenterbauteilen zugeordnet sind, wobei diese Motoren fest mit dem Körper verbunden und im wesentlichen längs der Längsachse hiervon ausgerichtet sind un daß die Leitanordnung (ME1, ME2) wenigstens einen elektronischen Leitmodul umfaßt, der in dem Körper enthalten ist und für jeden der Elektromotore Steuersignale erzeugt, die es ermöglichen, einzeln ihre Drehgeschwindigkeit sowie die Winkelphasenverschiebung der Exzenterbauteile jeder der Gruppe einzustellen.

2. Vibrierende Quelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische System so ausgelegt ist, daß es die Drehung der Exzenterbauteile derart führt, daß eine resultierende Kraft erhalten wird, deren Amplitude im wesentlichen unabhängig von der Frequenz ist.

3. Vibrierende Quelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Gruppen von Bauteilen wenigstens zwei Paare von Bauteilen, die in der gleichen Richtung drehen umfaßt.

4. Vibrierende Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anordnungen von Exzenterbauteilen drei Paare von Exzenterbauteilen umfassen, wobei zwei der Paare (A1, A2 und C1, C2) gebildet werden aus Exzenterbauteilen definierter Masse m, die in der gleichen Richtung drehen, wobei das dritte Paar (B1, B2) gebildet wird aus zwei Exzenterbauteilen, deren Masse m' das Doppelte der Masse m der Bauteile der beiden ersten Paare ist, wobei die Bauteile des dritten Paares in der Richtung entgegengesetzt zu den Bauteilen der beiden ersteren drehen.

5. Vibrierende Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Leitsystem Positionswandler (CP1-CP6), welche die jeweiligen Winkelpositionen der verschiedenen elektrischen Motoren eines Mittels (AC) zur Bestimmung der resultierenden Kraft anzeigen und Steuerungsmittel umfaßt, um die Abweichungen der verschiedenen elektrischen Motoren bezogen auf Soll-Werte zu korrigieren, die von der bestimmten resultierenden Kraft abhängen.

6. Vibrierende Quelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitsstem eine Anordnung zur programmierten Verarbeitung (30) umfaßt, die mit den Positionswandlern (CP1-CP6) und mit dem Bestimmungsmittel (AC) verbunden ist, um die Beaufschlagung der Motoren mit Signalen abhängig von den Soll-Werten zu regeln.

7. Vibrierende Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Motoren Schrittschaltmotoren sind und das Leitsystem Mittel umfaßt, um Steuerimpulse zu erzeugen sowie eine Anordnung zur programmierten Verarbeitung, um die Impulszahlen zu verändern, die an die verschiedenen Schrittschaltmotoren gelegt werden, derart, daß die definierte Frequenz- und Schwingungsrichtung erhalten wird.

8. Vibrierende Quelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, um die Impulszahlen zu verändern, Verteilerelemente der Betätigungsimpulse an den verschiedenen Schrittschaltmotoren derart umfassen, daß jeder hiervon Reihen von Impulsen emplfängt, die mit der Schwingungsfrequenz und der definierten Richtung kompatibel sind.

9. Vibrierende Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Leitsystem einen zweiten elektronischen Modul (ME2), und der Entfernung vom ersteren umfaßt, der mit diesem über Leiter (LO, LC, LA) des Mehrfunktionskabels (5) verbunden ist.

10. Vibrierende Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daddurch gekennzeichnet, daß die beiden elektronischen Moduln (ME1, ME2) Anordnungen zur Übertragung (28, 31) von Signalen auf Leitungen (LO, LC) des Mehrfunktionskabels (5) und Interface- Anordnungen (26, 32) umfassen, um die elektrischen, über diese Leitungen ausgetauschten Signale, zu codieren und zu decodieren.

11. Vibrierende Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittel eine hydraulische Pumpe (19) im Körper (4) umfassen, die von einem elektrischen Motor (20) angetrieben ist, der mit einem Generator (33) an der Oberfläche über Leiter (LA) des Multifunktionskabels (5) verbunden ist und Steuerzylinder (10) intermittierend mit den Druckmitteln in Verbindung stehen.

12. Vibrierende Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Leitsystem Multiplexmittel (26) umfaßt, um nacheinander die Signale dieser Wandler und dieses Bestimmungsmittels (AC) zu übertragen sowie Demultiplexmittel (29), um selektiv Steuerimpulse auf die verschiedenen elektrischen Motoren zu verteilen.

13. Vibrierende Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitsystem Stuermoduln (CE1-CE6) umfaßt, die von der Anordnung zur programmierten Verarbeitung gesteuert sind, um den elektrischen Strom variieren zu lassen, der an die Motoren als Funktion von Soll-Werten gelegt wird.

14. Vibrierende Quelle mit einem Körper (4) und Mitteln zur Erzeugung von Vibrationen durch geregeltes In-Drehung-Versetzen von extzentrischen Bauteilen (A1-C2), dadurch gekennzeichnet, daß sie in Kombination umfaßt: Mittel (6, 7) zur Koppelung des Körpers mit einer Beaufschlagungswand, eine Anordnung von exzentrischen Bauteilen, die in zwei Gruppen von Bauteilen im wesentlichen identischer Masse aufgeteilt sind und drei Paare von exzentrischen Bauteilen umfassen, wobei zwei der Paare (A1, A2 und C1, C2) gebildet werden von exzentrischen Bauteilen definierter Masse m, die in der gleichen Richtung drehen, wobei das dritte Paar (B1, B2) gebildet wird von zwei exzentrischen Bauteilen, deren Masse m' gleich dem Doppelten der Masse m der Bauteile der beiden ersten Paare ist, wobei die Bauteile des dritten Paares sich in der Richtung entgegengesetzt zu den Bauteilen der beiden ersteren drehen, die Quelle auch elektrische Motoren (MA1-MC2) umfaßt, die jeweils den verschiedenen exzentrischen Bauteilen zugeordnet und so ausgelegt sind, daß sie die beiden Gruppen von Bauteilen in Drehung, jedoch in zueinander entgegengesetzen Richtungen versetzen, wobei die unterschiedlichen Motoren fest mit dem Körper verbunden sind und im wesentlichen längs ein und der gleichen Achse ausgerichtet sind und ein elektronisches Leitsystem (ME1, ME2) von dem wenigstens ein Modul im Gehäuse enthalten ist und das so ausgelegt ist, daß es die Drehgeschwindigkeit jedes der Motoren sowie die Winkelphasenverschiebung der exzentrischen Bauteile jeder der Gruppen verstellt, derart, daß eine resultierende vibrierende Kraft erzeugt wird, die gemäß einer besonderen Richtung im wesentlichen senkrecht zur gemeinsamen Ausrichtungsachse der unterschiedlichen Motoren erzeugt wird und deren Amplitude in bestimmter Weise als Funktion der Frequenz variiert.