DK165467B - Seismisk modtager til anvendelse i et borehul - Google Patents

Description

i

DK 165467 B

Opfindelsen angår en seismisk modtager af den i krav l's indledning angivne art.

Ved seismisk undersøgelse af et borehul er det kendt at 5 sænke seismiske modtagere i form af sonder indeholdende geofoner ned i borehullet fastgjort på et ledende armeret kabel til udvalgte dybder eller interessante formationer.

Geofonerne detekterer reaktionen af underjordiske formationer over for akustisk eller elastisk bølgeenergi, som 10 udsendes fra en egnet seismisk energikilde. Det er vigtigt, at geofonerne nøjagtigt detekterer den seismiske energi med henblik på datanøjagtighed.

Et særligt problem er, at eksisterende seismiske modtage-15 re, som indtil nu er kendt, ikke har en ensartet frekvensreaktion over hele det interessante seismiske frekvensområde. Eksisterende modtagere har ikke en meget flad frekvenskarakteristik for frekvenser under ca. 100 Hz, især i vandret retning. Dette kan skyldes utilstræk-20 kelig fastklemningskraft, bøjningsspændinger i modtageren eller vipning af denne, især om en akse vinkelret på den arm på værktøjet, som benyttes til at klemme det i kontakt med jordformationen omkring borehullet, eller andre faktorer.

25 EP-A-0 100 708 beskriver en seismisk modtager til anvendelse i et borehul til at detektere et jordlags reaktion over for seismiske energibølger, hvilken modtager omfatter et hus med et organ til at detektere et jordlags re-30 aktion over for seismiske energibølger og organer til udløseligt at presse huset i kontakt med en væg i borehullet, således at modtageren kan holdes i en valgt dybde i borehullet for at gøre det muligt for organet at detektere de seismiske energibølger.

35

Det udløselige presseorgan omfatter en drejelig arm, som bærer en skinne, som er svingbar monteret i forhold til

DK 165467 B

2 armen. Skinnen kan vippe en smule i den ene eller anden retning i forhold til midterpositionen parallelt med husets akse. Det anføres, at denne evne til at vippe bevirker, at skinnen passer tæt med borehullets væg, selv hvis 5 denne væg har en uregelmæssighed ved kontaktpunktet med skinnen. Skønt dette arrangement på en eller anden måde kunne forbedre forankringen, er det teknisk kompliceret, og der er en reel risiko for, at arm-skinneforbindelsen klemmer i den tilbagetrukne position som følge af denne 10 skinnevipning. For at undgå dette er det nødvendigt ved denne kendte teknik at anvende fjedre.

Det er opfindelsens formål at tilvejebringe en seismisk modtager, som kan fastgøres sikkert til borehullets væg 15 til trods for uregelmæssigheder i væggen på en simpel og effektiv måde.

Dette formål opnås ved, at den seismiske modtager er indrettet som angivet i krav l's kendetegnende del.

20

Tilvejebringelsen af en sådan drejelig del tillader en relativ drejning mellem husets øverste og nederste ende.

Der er en god fast mekanisk forbindelse imellem huset, 25 som er en sonde, og borehullet, således at seismisk energi fra jorden effektivt kobles til detekteringsorganet, som er én eller flere geofoner. Den mekaniske forbindelse imellem huset og borehullets væg er udløselig, således at sonden let kan føres til valgte dybder, og således også 30 at sonden let kan trækkes op.

Organerne til at presse huset i kontakt med borehullets væg kan omfatte en kontaktarm, som er bevægelig imellem en tilbagetrukket position, i hvilken den er anbragt i 35 nærheden af huset for at tillade modtagerens bevægelse gennem borehullet til den valgte dybde, og en fastholdt position, i hvilken den er anbragt i fast kontakt med bo-

DK 165467 B

3 rehullets væg.

Fortrinsvis frembringes et drejningsmoment for at bevæge nævnte kontaktarm. Modtageren kan yderligere indeholde 5 midler til at forstærke det frembragte drejningsmoment.

Disse drejningsmomentforstærkende midler kan være et harmonisk drev, som forbinder drivmidlet og nævnte kontaktarm for at styre graden af delens udstrækning i den fastholdte position. Drivmidlerne kan omfatte en reversibel 10 elektromotor, som kan drives i modsat rotationsretning ved at vende polariteten af den tilførte elektriske spænding.

Der kan være koblingsorganer mellem drivorganet og nævnte 15 organ til at tilbagetrække nævnte organ ved fejl i drivorganet .

En på sonden monteret kontaktarm holdes i indtrukket stilling ud for sonden under dennes opad eller nedadgåen-20 de bevægelse i borehullet. Når en udvalgt dybde er nået, aktiveres en motor til at drive kontaktarmen i fast indgreb med borehul s væggen og til at drive sonden i fast berøring med denne. Motoren er fortrinsvis en reversibel elektromotor til frembringelse af drejningsmoment til be~ 25 vægelse af kontaktarmen. Der er tilvejebragt et harmonisk drev mellem motoren og kontaktarmen for at forstærke motorens drejningsmoment. Der opnås store fastklemningskræfter som følge af dette store drejningsmoment og fastklemningsarmens ledforbindelser, der påtrykker kraften 30 nær armens yderste ende. Der er en udløselig kobling til at kunne trække værktøjet bort fra borehullet, såfremt motoren skulle svigte, når kontaktarmen er i udstrakt stilling.

35 Sonden danner en stiv enhed, der rummer geofonerne og motoren, og som er drejeligt koblet til den drejelige del.

Det stive sondelegeme har en kort længde, en stor fast-

DK 165467 B

4 klemningskraft og en nøjagtigt lokaliseret kontaktfod, som i kombination giver værktøjet en minimal naturlig frekvens på over 150 Hz, så at værktøjet kan opfange data nøjagtigt over et bredt seismisk bånd. Den ene ende af 5 kontaktarmen er svingeligt monteret på sondens ene sideparti, mens det fra kontaktarmen bortvendende sideparti af sonden danner en i det væsentlige plan overflade. Når kontaktarmen drives i fast indgreb med borehulsvæggen, vil sonden således også komme i fast indgreb med bore-10 hulsvæggen og sikre en god overføring af den seismiske energi, fordi denne plane overflade forhindrer sonden i at vippe.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med 15 tegningen, hvor: fig. 1 er en afbildning fra siden af et apparat ifølge opfindelsen, nedsænket i et borehul, 20 fig. 2 er et længdesnit gennem fig. 1 langs linien 2-2, fig. 3 er et tværsnit gennem fig. 2 langs linien 3-3, fig. 4 er et tværsnit gennem fig. 2 langs linien 4-4, 25 fig. 5 er et tværsnit gennem fig. 2 langs linien 5-5, fig. 6 er et tværsnit gennem fig. 2 langs linien 6-6, 30 fig. 7 er et længdesnit gennem fig. 2 langs linien 7-7, og fig. 8 er et tværsnit gennem fig. 2 langs linien 8-8.

35 Fig. 1 viser en seismisk modtager R anbragt i stilling i et borehul 10 til at detektere reaktion over for seismiske energibølger fra et jordlag 12 ud for borehullet 10.

DK 165467 B

5

Modtageren R rummer et passende antal geofoner G (fig.

2), der detekterer denne reaktion fra jordlaget 12 over for de seismiske energibølger. Geofonerne G rummes i en sonde S, der er ophængt i et elektrisk ledende kabel W i 5 borehullet 10. En på sonden S monteret kontaktarm C, der drives af en reversibel elektromotor M (fig. 2), trykker udløseligt sonden S i berøring med en borehulsvæg 14 ved udvalgte dybder i borehullet 10, så at geofonerne G nøjagtigt kan detektere de seismiske energibølger.

10

Sonden S omfatter et øverste forbindelseslegeme 16, der via et gevind 18 (fig. 2) er forbundet med et nederste konnektorparti 20 på kablet W. Kablets W elektriske ledere passerer gennem en central kanal 22 i forbindelsesle-15 gemet 16. Der er tilvejebragt elektriske ledere i kablet W for hver geof on G, som skematisk antydet ved 24, samt til andre nedenfor angivne formål. De elektriske ledere 24 for geofonerne G strækker sig fra kanalen 22 ind i et geofonhus 28, der også rummer værktøjets elektroniske 20 kredsløb.

Huset 28 udgør et langstrakt, i det væsentlige rørformet stift metallegeme, hvis længde er ca. 90-120 cm. Der er anbragt O-ringe 32 til tætslutning imod husets 28 boring 25 30. I det øverste forbindelseslegeme 16 er der udformet fatninger 34 til at kunne indføre konnektorskruer 36 gennem åbninger 38 (fig. 2) forskellige steder langs det øverste forbindelseslegemes periferi og ind i gevindfatninger 40 (fig. 2 og 3) udformet på husets 28 øverste 30 overflade 42 til at tilvejebringe en stiv forbindelse mellem huset 28 og det øverste forbindelseslegeme 16.

Geofonerne G i den seismiske modtager R er typisk monteret i et cylindrisk metallegeme 44. I én udførelsesform 35 er der tilvejebragt fire geofoner G hvoraf de to danner en ret vinkel med hinanden (fig. 2) til optagelse af seismiske signaler i et vandret plan fra jordlaget 12 ved

DK 165467 B

6 en udvalgt dybde i borehuller 10 på akser stående vinkelret på borehullets længdeakse. En tredje geofon er monteret lodret, og en fjerde, der er tilvejebragt til kalibreringsformål, kan anslås ved hjælp af et elektrisk prø-5 vesignal udsendt fra jordoverfladen gennem kablet W til udsendelse af seismisk energi og er indrettet til at detektere en passende jordforbindelse for den seismiske modtager R før påbegyndelsen af detekteringsoperationerne. Under geofonerne G er der et hulrum 26, der rummer to 10 trykte kredsløbskort 27 til forstærkning af signalerne fra geofonerne G.

Huset 28 har en i det væsentlige plan jordkontaktoverfla-de 46 i længderetningen på en side, som vender modsat en 15 kontaktarm C. Om ønsket kan der monteres et passende antal jordkontakt fødder 48 forskellige steder på jord!· on-taktoverfladen 46. Et sæt nederste kontaktfødder 5G er monteret i et drejeligt fodlegeme 52 under huset 28.

20 Elektriske ledere 54 fra kablet W tilfører elektrisk energi til motoren M, der fortrinsvis er en reversibel jævnstrømsmotor, hvis omløbsretning bestemmes af den leverede elektriske energis polaritet. De elektriske ledere 54 passerer fra den centrale kanal 22 (fig. 2) ind i en 25 port 56, i hvilken der er monteret et rørformet legeme 58, der virker som en kanal for lederne 54, der strækker sig langs en spalte 60 (fig. 4-7) udformet i huset 28 og ned til en port 62 (fig. 7) udformet i huset 28 ud for et motorkammer 64.

30

Motoren M er monteret i motorkammeret 64 under en monteringsplade 68 i huset 28. I pladen 68 er der udformet en central åbning 76 til gennemgang af motorens M drivaksel 78 til forbindelse med et harmonisk drev 80 (fig. 2). Det 35 harmoniske drev 80 bringer en koblingsrotor 66A til at rotere. Når koblingen aktiveres fra lederne 54, vil et koblingsanker 66B også rotere med samme hastighed som

DK 165467 B

7 koblingsrotoren 66A og det harmoniske drev 80. Koblingsankeret 66B er ved hjælp af skruer forbundet med en trykplade 82. Koblingen 66 modtager elektrisk energi fra samme kilde som motoren M, men koblingens 66 omløbsbevægelse 5 ved hjælp af det harmoniske drev udgør for hvert omløb af motorakselen 78 en meget lille brøkdel af et omløb og muliggør en nøjagtig styring af trykpladens 82 rotation og forstærker det til pladen overførte drejningsmoment. Typisk vil ét omløb af drivakselen 78 bringe det harmoniske 10 drev til at dreje trykpladen 82 med ca. 1/50-1/100 omløb. Trykpladen 82 er via aksiallejer 84 monteret i en fatning 86 udformet i en trykprop 88. Trykproppen 88 holdes på plads ved hjælp af monteringsstifter 70 (fig. 6), der holdes på plads i åbninger 72 ved hjælp af snapringe 74.

15 Trykpladen 82 er ved hjælp af en gennemgående tap 90 forbundet med den nederste ende af en kugleskruedr i vaksel 92. Tappen 90 er indsat gennem flugtende åbninger i trykproppen 88, trykpladen 82 og drivakselen 92.

20 Kugleskruedrivakselen 92 strækker sig opad fra tappen 90 gennem et leje 94, en lejeholdeprop 96 og en elastomertætning 98 ind i et kammer 100, der er udformet i det indre af en nederste bælg 102 i et kuglemøtrikhus 104 i huset 28. Bælgen 102 er monteret tætsluttende, såsom ved 25 fjederringe, ved sin nederste ende til trykproppen 88 og ved sin øverste ende til en kugelmøtriksbærer 106 (fig.

5). I kuglemøtriksbæreren 106 er der fast monteret en kuglemøtrik 108, der kan forskydes lineært langs borehullets akse på et gevindparti 110 på kugleskruedrivakselen 30 92. Kuglemøtrikkens 108 og dens bærers 106 langsgående bevægelse i huset 28 bestemmes ved omløbsretningen af kugleskruen 92, som drives af den reversible elektromotor M. Størrelsen af den langsgående bevægelse bestemmes af kugleskruedrivakselens 92 omløbstal. Idet dette omløbstal 35 som nævnt kan reguleres nøjagtigt ved hjælp af det harmoniske drev 80, kan kuglemøtrikkens 108 og kuglemøtrikbæ-rerens 106 bevægelse justeres nøjagtigt.

DK 165467B

8

En støtteplade 112 (fig. 2) er monteret på det øverste parti af en bælg 113 i et øverste bælghus 114 i huset 28 og rummer det øverste endeparti 110 af kugleskruedrivak-selen 92. Bælgen 113 er tætlukket ved den ene ende, 5 f.eks. ved hjælp af snapringe. Det indre af bælgene 102 og 113 er fyldt med et passende fluidum, såsom en silico-neolie, til smøring af gevindpartiet 110 og kuglemøtrikken 108.

10 Styreruller 116 (fig. 5) er monteret parvis på hver side af kuglemøtriksbæreren 108 og passer ind i langsgående spalter 118 udformet langs sidepartier af huset 8. Styrerullerne 116 tilvejebringer en stabil bevægelse af kuglemøtriksbæreren 106 i huset 28. Der er monteret sidelukke-15 plader 120 til aftætning af spalterne 118 i huset 28.

Kuglemøtriksbæreren 106 er udformet med en udad ragende lap 122, der passer ind i en langsgående spalte 124 udformet i huset 28. Lappen 122 er via en forbindelsestap 20 125 forbundet med et åg 126 for en forbindelsesarm 128 på kontaktarmen C. Forbindelsesarmen 128 er svingeligt forbundet ved hjælp af en tap 130 ved sin yderste ende til det øverste parti 132 af en sondearm 134. Et parti 132a af den øverste arm 132 er blevet fjernet (fig. 1), og en 25 dermed forbundet nederste arm 136 har et lignende formindsket omfang fra den øverste arm 132, så at disse partier af sondearmen 134 passer ind i et gab 138 i åglegemet 128. På denne måde forløber sondearmen 134 som vist med kortstreglinie på fig. 1 i det væsentlige i flugt med 30 huset 28, når kontaktarmen C er i den indtrukne stilling. Sondearmens 134 øverste arm 132 er svingeligt forbundet ved hjælp af en tap 140 I fig. 3) til en monteringslap 142 udformet ved den øverste ende af huset 28.

35 Den drejelige fod 52 er monteret under en lukkeprop 144, der ved hjælp af seks skruer 145 er fastgjort til den nederste ende af huset 28. Der er tilvejebragt Orringtæt-

DK 165467 B

9 ninger 146. Kamfølgearme 148 er monteret ragende under lukkeproppen 144 og er lejret i et krumt spor 150 udformet i den drejelige fod 52. En kugleprop 152 er indskruet i bunden af lukkeproppen 144. I den på tegningen viste 5 udførelsesform er der tilvejebragt fire kontaktpuder, to øverste 48 og to nederste 50. Såfremt borehulsvæggen 14 har en ujævn overflade, er det muligt, at kun tre af disse puder kommer i indgreb med borehulsvæggen, hvorved modtageren R kunne vibrere med en vippebevægelse i vand-10 ret plan. Den drejelige fod 52 ifølge opfindelsen bidrager til at holde den seismiske modtagers R resonansvibrationsfrekvenser væsentligt højere end hidtil opnået ved konventionel teknik. Kamfølgerne 148 i det krumme spor 150 tilvejebringer en drejningsbevægelse af den drejelige 15 · fod 52 til at eliminere muligheden for en rokkebevægelse af huset 28 som følge af vandret påvirkning.

Ved drift af apparatet ifølge opfindelsen sænkes den seismiske modtager R ned i borehullet 10 til den ønskede 20 dybde. Motoren M strømforsynes gennem kablet W, der bringer det harmoniske drev 80 til at rotere drivakselen 92 og dennes gevindflade 110. Herved fremføres kuglemøtrikken 106 langs gevindfladen 110 og bevæger forbindelsesarmen 128 og fastklemningsarmen 132 udad bort fra huset 28.

25 Den udadgående bevægelse af fastklemningsarmen 132 fortsættes, indtil det nederste armparti 136 kommer i fast indgreb med borehulsvæggen 14. På dette tidspunkt kan der tilføres elektrisk energi til testgeofonen til frembringelse af akustiske prøvesignaler og reaktionen fra detek-30 teringsgeofonerne overvåges for at sikre, at der er opnå et en fast kontakt med borehulsvæggen 14. Såfremt en fastere kontakt bedømmes nødvendig, aktiveres motoren M igen til at bevæge sondearmen 134 ind i en fastere berøring med borehulsvæggen. Når først den seismiske modtager 35 R er blevet passende fast positioneret til drift, frembringes der seismiske signaler fra en kilde til vandring gennem jorden. De seismiske signaler modtages af detekte- 10

DK 165467 B

ringsgeofonerne G i modtageren R og omdannes til elektriske signaler, der via kablet W transmitteres til registreringsinstrumenter på jordoverfladen.

5 Når de seismiske modtagelsesoperationer er afsluttet, omskiftes retningen af den elektriske strøm til motoren M, hvilket bevirker en omvendt rotation af drivakslerne 78 og 92 og en omvendt bevægelse af kuglemøtrikken 108 og dennes bærer 106. Ved denne bevægelse af kuglemøtrikken 10 108 bevæges forbindelsesarmen 128 indad og fører dermed fastklemningsarmen 132 ud af berøring med borehul s væggen 14. Den nedadgående bevægelse af kuglemøtrikken 108 og dennes bærer 106 fortsættes, indtil kontaktarmen C er bragt ind i indtrukket stilling langs huset 28. Når dette 15 er sket, kan den seimiske modtager R bevæges hen til en anden dybde i borehullet 10 eller trækkes op fra dette efter ønske.

Takket være koblingen 66 kan modtagere R trækkes op i 20 tilfælde af strømsvigt til motoren M med kontaktarmen C i udstrakt stilling. Ved strømsvigt vil heller ikke koblingen 66 modtage strøm og således udkoble, så at kontaktarmens C vægt kan bringe kuglemøtrikken 108 til at bevæge sig nedad på drivakselens 92 gevindparti 110 til en stil-25 ling, hvor kontaktarmen C kommer ud af berøring med borehulsvæggen 14. Herved kan den seismiske modtager R genop-trækkes fra borehullet 10 selv ved strømsvigt.

30 35

Claims (11)

1. Seismisk modtager (R) til anvendelse i et borehul (10) 5 til detektering af et ud for borehullet (10) beliggende jordlags (12) reaktion over for seismiske energibølger og omfattende et hus (S) med mindst én geofon (G) til at detektere jordlagets (12) reaktion over for seismiske energibølger, og organer (C) til udløseligt at presse huset 10 (S) i kontakt med en væg i borehullet (10), således at modtageren (R) kan holdes i en valgt dybde i borehullet for at gøre det muligt for geofonen eller gefonerne (G) at detektere de seismiske energibølger, kendetegnet ved første (48) og andre (50) jordkontakt-15 fødder, der er anbragt på huset (S) på en side vendende modsat organerne (C) til at presse huset (S) i kontakt med borehullets (10) væg, og med indbyrdes afstand i husets (S) længderetning, og ved at huset (S) omfatter en drejelig del (52), som bærer de andre jordkontaktfødder 20 (50), og som kan dreje omkring husets (S) længdeakse i forhold til den øvrige del af huset (S), så dette kan anbringes fast imod borehullets (10) indervæg uanset uregelmæssigheder ved borehullet (10).

2. Modtager ifølge krav 1, kendetegnet ved, at organerne til at presse huset (S) i kontakt med borehullets (10) væg omfatter en kontaktarm (C), som er bevægelig imellem en tilbagetrukket position, i hvilken den er anbragt i nærheden af huset (28) for at tillade modtage-30 rens bevægelse gennem borehullet (10) til den valgte dybde, og en fastholdt position, i hvilken den er anbragt i fast kontakt med borehullets (10) væg.

3. Modtager ifølge krav 2, kendetegnet ved, at 35 den omfatter en motor (M) til at bevæge kontaktarmen (C) imellem den tilbagetrukne position og den fastholdte position. DK 165467 B

4. Modtager ifølge krav 3, kendetegnet ved, at den i huset (S) yderligere indeholder en kugleskruedriv-aksel (92), som drives rundt af motoren (M), og en kugle-skruemøtrik (108) på drivakselen (92) til at styre kon- 5 taktarmens (C) bevægelse som følge af drivakselens (92) rotation.

5. Modtager ifølge krav 4, kendetegnet ved, at drivakslen (92) omfatter en kugleskrue (92), og at orga- 10 net (108) på drivakslen (92) omfatter en kuglemøtrik (108) til at styre kontaktarmens (C) bevægelse.

6. Modtager ifølge ethvert af kravene 2 til 5, kendetegnet ved, at kontaktarmen (C) er drejeligt 15 monteret på den ene side af huset (S), og at husets væg (28) har en i det væsentlige plan overflade (46) på den modsat kontaktarmen (C) beliggende side til kontakt med borehullets (10) væg (14).

7. Modtager ifølge krav 6, kendetegnet ved, at de første jordkontaktfødder (48) er fastgjort på husets i det væsentlige plane overflade (46).

8. Modtager ifølge ethvert af de foregående krav, k e n-25 detegnet ved, at den yderligere omfatter et kabel (W) til at bevæge huset til den valgte dybde i borehullet (10).

9. Modtager ifølge krav 3, 4 og 8, kendetegnet 30 ved, at kablet (W) omfatter: elektriske ledere (54) til at effektforsyne motoren; og elektriske ledere til at overføre geofonens eller geofo-35 nernes (G) detekterede reaktion fra borehullet (10) til optagelse og behandling. DK 165467 B

10. Modtager ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at detekteringsorganet omfatter et antal geofoner (G) til at detektere reaktionen over for seismiske bølger i planer på tværs af borehul- 5 lets (10) akse.

11. Modtager ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at de andre jordkontaktfødder (50) omfatter to kontaktfødder (50), som er fastgjort på 10 den drejelige del (52). 15 20 25 30 35