NO166427B - Anordning for generering av akustiske boelger. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for generering av akustiske bølger ved hjelp av en fallende masse som treffer et målelement som er koplet til veggen i en brønn eller et borehull, særlig anvendbar innen fagområdet landbasert seismisk undersøkelse.

Det er kjent en anordning for generering av seismiske pulser ved hjelp av en masse som treffer et målelement som er forankret i et borehull. Målelementet er festet til et langstrakt legeme som er utstyrt med forankringsmidler.

Massen er bevegelig i legemet mellom en lav posisjon i anlegg mot målelementet og en høy posisjon hvorfra dens fall innledes ved påvirkning av styremidler. Disse midler omfatter et element med tilbaketrekkbare kroker som er innrettet til å gripe et inngrepsstykke som er forbundet med massen og stive trekkelementer (stenger eller streng av sammenkoplete stenger) som er forbundet med løftemidler anordnet utenfor brønnen. Forankringsmidlene er av "pakning"-typen som er velkjent for fagmannen og omfatter et ekspanderbart element som har en radielt bevegelig omkretsdel og en sentral del.

Ekspansjonen oppnås ved å dreie de to deler i forhold til hverandre ved å dreie stangstrengen fra overflaten. Omkretsdelen kan utgjøres av svingearmer utstyrt med klør som, når de åpner seg, forankrer seg selv i brønnveggen, eller av et deformerbart avlukke. Med hensyn til anordningens virkemåte, virker de radielle spenninger vekselvis oppad og nedad på forankringsmidlene .

Oppad, når massen heves ved opptrekking av stangstrengen,

på grunn av friksjonen og det hydrostatiske trykk som hersker i brønnen. Nedad, i det øyeblikk når massen treffer (slår mot) målelementet. Med forankringsmidlene av "pakning"-typen anvendt i praksis, fastholdes legemet ved fastklemming av forankringsarmer mot brønnveggen og forankringsmidlenes posisjoner der dette skjer er ikke vanligvis identiske avhengig av hvorvidt legemet senkes eller heves. Følgen er at enheten utsettes for en forskyvning under én og samme arbeidssyklus, hvilket fører til skade på veggene og minsker koplingskoeffi-sienten.

Videre avhenger den akustiske kraft som avgis av denne kilde på massens fallhøyde. Ved visse anvendelser der den nødvendige akustiske kraft er stor, kan det være nødvendig" med en fallhøyde på flere meter. Anordningens totale høyde kan da være meget stor, hvilket kan gjøre det vanskelig å håndtere den.

Den kjente anordning er gjenstand for fransk patentsøknad EN. 85/17 832.

Anordningen ifølge oppfinnelsen overvinner disse ulemper. Den omfatter en langstrakt hoveddel til hvilken målelementet er festet, idet hoveddelen leder massen mellom en støt-posisjon i anlegg mot målelementet og en hevet posisjon hvorfra fallet innledes, forbindelsesmidler for å forbinde hoveddelen med overflaten og tilbaketrekkbare forankringsmidler for intermittent å kople anordningen til brønnveggen. Den erkarakterisertved at den omfatter midler for translasjon av massen mellom dens støtposisjon og dens hevete posisjon, hvilke midler omfatter en gjenget stang som er anordnet langs hoveddelens akse og en mutter som er fastholdt mot rotasjon og anordnet under massen og midler for omdreining av gjengestangen vekselvis i én retning og i den motsatte retning, samt midler for å utsette massen for en kraft som kommer i tillegg til tyngdekraften .

Midlene for omdreining av gjengestangen kan f.eks. omfatte stive elementer som forbinder gjengestangen med drivmidler anordnet på overflaten. De kan også omfatte drivmidler som er forbundet med hoveddelen og innrettet til å senkes sammen med denne ned i brønnen, ved enden av en elektrisk bærekabel som tilføres fra en overflateinstallasjon.

Midlene for å utsette massen for kraft som kommer i tillegg til tyngdekraften omfatter f.eks. en fjær eller et fluidinneholdende kammer som avgrenses av vegger i legemet og et bevegelig stempel som er fast forbundet med massen.

Bruken av midler for translasjon av massen som i hovedsaken består av en mutter som hever massen når den beveges ved omdreining av en stang, fører til eliminering av de aksiale spenninger som, i den kjente anordning, var rettet oppad. De eneste aksial-spenninger som virker på forankringsmidlene er de som skyldes støtene. Resultatet er en bedre kopling av anordningen til brønnveggen og bedre stabilitet under emisjons-og tilbakeføringssyklusene. Det virker ytterligere til å forenkle konstruksjonen.

Bruken av midler for øking av massens fallhastighet minsker den nødvendige slaglengde, for den samme frembrakte akustiske energi, og virker følgelig til å forkorte anordningen.

Den utføringsform hvor drivmidlene for dreining av gjengestangen også senkes ned i brønnen og mates gjennom en elektrisk bærekabel som avvikles fra en spole er særlig fordelaktig når bruksdybden blir betydelig, idet utføringsformen muliggjør hurtigere senke- og posisjoneringsoperasjoner.

Anordningen innbefatter også midler for å fastholde massen i hevet posisjon, idet disse midler utløses ved tilbakeføring av mutteren til området nær massens støtposisjon.

Den kan videre omfatte midler for å fastholde massen omfattende en plate utstyrt med magnetiske midler.

Andre trekk og fordeler ved anordningen ifølge oppfinnelsen vil fremtre for leseren ut fra følgende beskrivelse av to spesielle utføringsformer, gitt som ikke-begrensende eksempler, med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 skjematisk viser anordningen innvendig i en brønn, ifølge en første utføringsform,

Figur 2 er et partielt snitt av anordningen der massen er

i støtposisjon mot målelementet og mutteren holder en låsestav inntrukket, hvilket utgjør en første utføringsform av fastholdingsmidlene,

Figur 3 viser skjematisk anordningen i tverrsnitt,

Figur 4 er et skjematisk tverrsnitt av mutteren,

Figur 5 er et riss lik figur 2, og viser massen i en mellomposisjon og de mekaniske midler for å fastholde massen er i en fremført posisjon, Figur 6 viser anordningen i dens utløsningsposisjon der massen holdes i et spor i låsestaven og mutteren er kommet tilbake til området nær dens lave posisjon i inngrep med en utløsningspal, Figur 7 representerer en annen utføringsform av anordningen omfattende elektriske drivmidler for omdreining av gjengestangen, og Figur 8 er et partielt snitt av hoveddelens indre, og viser særlig de magnetiske midler for å fastholde massen intermittent i den høye posisjon.

Anordningen vist i figur 1 omfatter en slagenhet 1 beregnet på å nedsenkes i en brønn eller et borehull 2, et koplingselement 3 for å fastholde slagenheten ved en valgt dybde, en stiv søyle 4 bestående av en stang eller en streng sammenkoplete stenger for understøttelse av den således dannete konstruksjon og for å forbinde den med et manøvreringssystem 5 anordnet på overflaten, og en vekselkasse 6 av kjent type anordnet mellom søylen 4 og slagenheten 1 og hvis funksjon skal beskrives nedenfor. Manøvreringssystemet 5 er av kjent type innen borefaget og omfatter f.eks. et boretårn 7, gripemidler 8 for søylen, ved hjelp av kabler forbundet med et løftesystem 9 og et rotasjonsbord 10 som er forbundet med drivmidler (ikke vist) for rotering av søylen 4.

Koplingselementet 3 er av "pakning"-typen som er velkjent innen borefaget. F.eks. anvendes en "pakning" forsynt med deformerbart kammer eller avlukke som kan "blåses opp" ved injeksjon av en væske under trykk. Denne væske føres til det deformerbare kammer fra overflaten gjennom rørsøylen 4. Trykk-væsken leveres av et hydraulisk system 11 som også er av kjent type.

Slagenheten 1 omfatter (figur 2 til 5) en sylindrisk hoveddel 12 en første ende avsluttes i en vegg 13 som er utformet med en aksiell åpning 14 og ved sin motsatte ende er stengt ved hjelp av en innført del 15 som utgjør målelementet eller ambolten. En gjenget stang 16 er anordnet langs hoveddelens 1 lengdeakse. Den omfatter et hode 17 som fritt kan dreie på seg selv i et hulrom 18 i målelementet og festet til dette ved hjelp av festeorganer 19 for translasjonsbevegelse.

Den strekker seg gjennom åpningen 14 ved hoveddelens første ende og er forbundet med vekselkassens 6 (figur 1)

utgangsaksel 20. Ved styring fra overflate-installasjonen kan kassen 6 enten overføre søylens 4 rotasjonsbevegelse, eller snu den. Avhengig av tilfellet kan vekselkassens 6 utgangsaksel 20 derfor dreie stangen 16 enten i én retning eller i den motsatte retning.

En mutter 21 er innskrudd på gjengestangen 16. Glideskinner 22 (figur 3) er festet til hoveddelens innervegg langs dennes generatriser. Mutteren 21 har minst ett radielt hakk 23 som er innrettet til å ligge an mot én av skinnene 22, hvilket hindrer den fra å rotere på seg selv. Omdreining av gjengestangen 16 i én retning og deretter i den motsatte retning bringer mutteren til å stige og bringer den til å synke. På mutterens side motsatt målelementet 15 er der anordnet en masse 24 (eller hammer) som utgjøres av en sylindrisk del som langs sin lengdeakse er utformet med en boring 25 som har større tverrsnitt enn gjengestangen 16.

Massen har en utsparing 26 hvis dimensjoner er større enn mutterens. Således kan massens underside 27 fritt komme i kontakt med målelementets 15 motstående vegg når mutteren 21 bringes til den nedre posisjon i nærheten av dette. Innvendig i hoveddelen, mellom massens motsatte (eller øvre) side og endeveggen 13 er der anordnet en fjær 28 som sammentrykkes når massen beveges bort fra målelementet. Massen 24 omfatter også hakk 29 for skinnene 22 som styrer den i dens bevegelser innvendig i hoveddelen.

Anordningen omfatter også inntrekkbare midler 30 for å stoppe massen i en utløsningsposisjon hvor fjæren 28 er sterkt sammentrykket, idet disse midler styres av bevegelsene til massen og mutteren i hoveddelen 12. De omfatter en stav 31 som er anordnet langs en generatrise i hoveddelen, innvendig i sistnevnte, som ved sin bunn ligger an mot målelementet 15. To parallelle armer 32 av samme lengde forbinder staven 31, nær dens ender, med hoveddelens innervegg.

Fjærer 33 er anordnet mellom hoveddelens vegg og staven, for å holde dem fra hverandre i fravær av en radiell trykkraft. Massen er utformet med et spor 34 (fig. 3) mot hvis bunn staven ligger an. I sistnevnte er utformet et hakk 35 som vender mot massens 24 utløsningsposisjon eller høye posisjon. Dybden av sporet 34 og dybden av hakket 35 er slik valgt at staven holdes i avstand av massen, med fjærene 33 sammentrykket, bortsett fra når massen når sin høye posisjon og kryper inn i hakket 35. Utløsningen av massen skjer ved påvirkning av mutteren 21 på staven 31. Sistnevnte har en bred bunn 36 hvis øvre vegg 37 skråner oppad og tjener som utløser.

Dimensjonene velges slik at mutteren 21, umiddelbart nær målelementet 15 hviler mot utløserens skråvegg 37 og skyver staven 31 tilbake mot dens tilbaketrukne posisjon tilstrekkelig til at massen kan frigjøres fra sperrehakket 35.

Tetninger 38, 39, 40 er anordnet i endeveggen 13 og i målelementet 15, rundt gjengestangen 16 samt også mellom hoveddelens vegg og målelementet for å isolere hoveddelens indre fra veggen.

Ved sin bunn er målelementet fast forbundet med et deformerbart koplingselement 41 som i sin tur er forbundet med et forankringselement av "pakning"-typen 42. Forankringselementet 42 omfatter f.eks. et kammer med variabelt volum som ansettes mot brønnveggen (tilfellet på figur 1) eller mot veggen til et foringsrør 43, når anordningen nedsenkes i et foret borehull (tilfellet på figur 2, 5 og 6), ved injisering av en trykkvæske som leveres av det hydrauliske system 11 (kfr. figur 1) gjennom kanal 44 og rørsøylen 4.

Det deformerbare koplingselements 41 tverrsnitt velges slik at det ligger tett an mot brønnveggen eller foringsrøret 43 når tyngden av anordningen og søylen 4 virker på det, med

forankringselementet ekspandert. Dette koplingselement kan være i form av et væskefylt kammer eller det kan være i form av en plugg av et fjærende materiale anordnet mellom to plater hvis innbyrdes avstand kan varieres ved omdreining av gjengestangen .

En skive 45 som er laget av et støtdempende materiale såsom f.eks. polyuretan, er fordelaktig anordnet på målelementets øvre vegg for derved å dempe støtene på grunn av massen 24.

Anordningens virkemåte er som følger: Forankringselementet 42 aktiveres slik at det fastholder

anordningen ved en gitt dybde der den skal utløses.

Med vekselkassen 6 (figur 1) slik styrt at den gir direkte overføring, påvirkes drivmidlene slik at dreiebordet10 og følgelig søylen 4, utgangsakselen 20 og gjengestangen 16 dreier. Mutteren 21, som er sikret mot omdreining av minst én av skinnene 22, beveger seg oppover, dvs. mot hoveddelens endevegg 13, fra sin lave posisjon vist i figur 1 og driver massen med i sin bevegelse. Idet den forlater sin lave posisjon hviler den ikke lenger på utløseren 36 og fjærene 33 bringer staven 31 tilbake til dens avstandsposisjon (figur 5). Den hviler da mot bunnen av sporet 34 som er utformet i massen.

Massen når den høye posisjon eller utløsningsposisjonen vist i figur 5, i høyde med hakket 35 i staven 31. Under påvirkning av returfjærene 33, beveger staven seg vekk fra veggen og dens hakk 35 griper inn under massen, hvorved massen holdes i den høye posisjon.

Vekselkassen 6 styres slik at utgangsakselens 20 dreieret-ning omkastes og bordet 10 aktiviseres igjen for omdreining av søylen 4. Omkasting av dreieretningen senker skruen 21 som går tilbake til sin lave posisjon, etterlatende massen opphengt i stavens 31 hakk 35.

Når mutteren er kommet tilbake til området nær dens lave posisjon (figur 6), kommer den i berøring med avtrekkerens 36 flate 37 og beveger den sideveis bort. Når den er ført tilstrekkelig langt bort utløses massen fra det øvre hakk 35 og faller, drevet av fjæren 28 mot sin lave posisjon eller støtposisjon der den med kraft treffer målelementet. En aksial impuls påføres koplingselementet 41. Da sistnevnte består av et elastisk materiale og følgelig er i det vesentlige inkompres-sibelt, vil den aksielle sammentrykning på grunn av støtet føre til en tilsvarende radiell ekspansjon.

En radiell, seismisk impuls blir således påført formasjonen rundt brønnen. En ny emisjonssyklus kan nå begynne.

I det tilfellet hvor forankringselementet eller "pakningen" er av typen med ekspanderbart kammer, kan det alene utgjøre anordningens akustiske kopling med brønnens vegger, og i dette tilfelle kan koplingselementet 41 eventuelt sløyfes. Dette element er imidlertid uunnværlig dersom anordningen er forbundet med et forankringselement av en annen type hvis forankringsflate er for liten til alene å gi tilstrekkelig akustisk kopling.

Det kan spesielt være tilfelle ved visse pakninger med inntrekkbare klør.

Ifølge en andre særlig fordelaktig utføringsform, når bruksdybden blir forholdsvis stor, omfatter anordningen (figur 7, 8) en slagenhet 1 beregnet på å nedsenkes i brønnen eller borehullet 2, et koplingselement 3 for å fastholde slagenheten ved en valgt dybde og elektriske drivmidler 46 som er anordnet i et rørformet element som er fast festet til øvre del av slagenheten 1.

Sistnevnte er ved hjelp av en elektrisitets-bærekabel 47 forbundet med en støtte og løfteenhet 48 som er anordnet på overflaten. Denne enhet 48 omfatter f.eks. et boretårn 49, et vinsjsystem 50 på hvilket elektrisitetsbærekabelen 47 er oppviklet og en elektrisk generator 51 for elektrisitetstilførsel til kabelen.

I likhet med utføringsformen vist i figur 2 til 6 omfatter anordningen en sylindrisk hoveddel 12 avsluttet ved en første ende i en vegg 13 med en aksial åpning 14 og lukket ved sin motsatte ende av en løsbar del 15 som utgjør målelementet. En gjenget stang 16 som er fast forbundet med målelementet i translasjonsbevegelse, ved en første av sine ender, strekker seg gjennom den aksiale åpning 14 ved dens motsatte ende og er forbundet med akselen 52 til den øvre elektriske drivinnretning 46. På gjengestangen 16 er innskrudd en mutter 21 som glideskinner 22 festet til det indre av hoveddelen langs generatriser hindrer fra å rotere. Rotasjon av gjengestangen i én retning og i den motsatte retning bringer mutteren til å bevege seg oppad eller nedad.

Over mutteren, på siden av denne motsatt målelementet, er anordnet en masse 24 som kan beveges langs gjengestangen, ved oppadbevegelse av mutteren langs denne. Likeledes påfører en fjær 28, som er sammentrykket når massen beveger seg bort fra målelementet, massen en ytterligere aksellerasjon under dens fallbevegelse.

Denne utføringsform skiller seg fra den foregående vesentlig ved midlene for intermittent å fastholde massen i den høye posisjon. Disse midler omfatter en magnetisk plate av kjent type 51 med permanentmagneter og elektriske spoler slik at tilførsel av en elektrisk strøm til disse spoler avmagneti-serer magnetene og opphever fastholdingskraften som utøves av platen. Denne plate, som har en sentral passasje 52 for gjengestangen 16 og fjæren 28, er festet til hoveddelens 12 vegg i nærheten av massens høye posisjon. Elektriske kabler 53 forbinder den magnetiske plate 51 med det indre av avlukket 46 hvor de er forbundet med elektrisitetsbærekabelen 47 (figur 7). Anordningen omfatter, som i den forutgående utføringsform, et deformerbart koplingselement 41 og et forankringselement 42 av typen med elektrisk styring, slik at den aktiveres av et elektrisk styresignal som tilføres elektrisitetsbærekabelen 47.

Anordningens virkemåte er som følger:

Ved å avvikle vinsjen 50 senkes anordningen ned i brønnen ved enden av dens elektrisitetsbærekabel 47. Når den valgte dybde er nådd bringes forankringselementet 42 til å forankre til brønnveggen og de elektriske drivmidler 46 aktiviseres slik at gjengestangen 16 roterer i en slik retning at mutteren 21 stiger. Massen 24 drives mot sin høye posisjon der den kommer til anlegg mot den magnetiske plate som fastholder den.

De elektriske drivmidler 46 styres så slik at mutteren 21 bringes tilbake til dens lave posisjon (vist i figur 8) ved omdreining av gjengestangen 16.

Utløsning av den seismiske kilde styres fra overflaten ved å tilføre avmagnetiseringsstrømmer til den magnetiske plate 51. Denne metode for intermitterende fastholding av massen i den høye posisjon innebærer at tidspunktet for utløsning av den seismiske kilde er kjent med stor nøyaktighet.

Det ligger også innenfor oppfinnelsens ramme å erstatte fjæren 28 med hvilke som helst ekvivalente elastiske midler, særlig et gassvolum som komprimeres av massens translasjonsbevegelse til dens utløsningsposisjon. Dette gassvolum kan f.eks. være opptatt i et kammer som avgrenses av hoveddelens vegger og et bevegelig stempel som er fast forbundet med massen. Likeledes kan de avmagnetiserbare permanentmagneter erstattes av elektromagneter som aktiviseres ved tilføring av en elektrisk strøm.

Claims (12)

1. Anordning for generering av akustiske bølger i en brønn eller et borehull (2) ved hjelp av en fallende masse (24) som treffer et målelement (15) som er koplet til brønnveggen, omfattende en langstrakt hoveddel (12) som målelementet er fast festet til, hvilken hoveddel leder massen mellom en støtposisjon i anlegg mot målelementet og en hevet posisjon hvorfra fallet utløses, forbindelsesmidler (4) for å forbinde hoveddelen med overflaten og tilbaketrekkbare forankringsmidler (3) for intermittent å kople anordningen til brønnveggen,karakterisert vedat den omfatter midler for translasjon av massen mellom dens støtposisjon og dens hevete posisjon, hvilke midler omfatter en gjenget stang (16) som er anordnet langs hoveddelens akse og en mutter (21) som fastholdes mot rotasjon og er anordnet under massen (24) og midler for omdreining av gjengestangen vekselvis i én retning og i den motsatte retning, samt midler for å påføre massen en elastisk kraft i tillegg til tyngdekraften.

2. Anordning ifølge krav 1,karakterisertved at midlene for omdreining av gjengestangen (16) omfatter en stiv søyle som forbinder gjengestangen (16) med drivmidler (10) anordnet på overflaten.

3. Anordning ifølge krav 1,karakterisertved at midlene for omdreining av gjengestangen (16) omfatter drivmidler (46) som er festet til hoveddelen og en elektrisitetsbærene kabel (47) som samvirker med et løftesystem (50) for nedsenking av anordningen i brønnen og styring av drivmidlene for omdreining av gjengestangen.

4. Anordning ifølge krav 1,karakterisertved at midlene for å påføre massen en kraft i tillegg til tyngdekraften omfatter elastiske midler (28) som sammentrykkes ved forflyttningen av massen mot dens hevete posisjon.

5. Anordning ifølge krav 4,karakterisertved at de elastiske midler omfatter en fjær (28) beliggende innvendig i hoveddelen (12) .

6. Anordning ifølge krav 4,karakterisertved at de elastiske midler omfatter en gassmasse som komprimeres ved massens translasjon til dens utløsningsposisjon.

7. Anordning ifølge krav 1,karakterisertved at den omfatter midler for fastholding av massen i hevet posisjon, hvilke midler utløses ved tilbakeføring av mutteren (21) til området nær massens støtposisjon.

8. Anordning ifølge krav 7,karakterisertved at fastholdingsmidlene omfatter minst én radielt bevegelig stav (31) utformet med et hakk (35) for å låse massen i dens hevete posisjon og et utvidet bunnparti (36) på hvilket mutteren hviler, i nærheten av massens støtposisjon.

9. Anordning ifølge krav 1,karakterisertved at målelementet er forbundet med forankringsmidlene ved hjelp av elastiske koplingsmidler som er innrettet til å påføres mot brønnveggene.

10. Anordning ifølge krav 9,karakterisertved at koplingsmidlene omfatter en pute (41) laget av et elastisk materiale.

11. Anordning ifølge krav 9,karakterisertved at koplingsmidlene omfatter et tett avlukke inneholdende et fluid.

12. Anordning ifølge krav 1,karakterisertved at den omfatter magnetiske midler (51) for fastholding av massen i hevet posisjon.