PL176953B1 - Urządzenie elektrohydrodynamiczne do wzbudzania drgań sejsmicznych w otworach wiertniczych - Google Patents

Abstract

1 . Urzadzenie eleklrohydrodynamiczne do wzbudzania drgan sejsmicznych w otworach wiertniczych, zawierajace przetwornik elektrohydrodynamiczny polaczony koncentrycznym kablem wy- sokiego napiecia z generatorem udarów pradowych wysokiego na- piecia, przy czym przetwornik elektrohydrodynamiczny zawiera elementy o polaczeniu gwintowym: czlon zasilania elektrycznego, zlacze zasilania elektrycznego, dlawik kabla wysokiego napiecia i cylindryczny korpus komory eksplozji o stopniowanej srednicy we- wnetrznej, posiadajacy w górnej czesci o mniejszej srednicy trzy równomiernie rozmieszczone na obwodzie poboczmcy otwory, w osi którego umieszczona jest elektroda srodkowa w ksztalcie walca, polaczona polaczeniem gwintowym z izolowanym przedluzaczem umieszczonym osiowo w cylindrycznym korpusie czlonu zasilania elektrycznego, a zakonczona robocza koncówka walcowa posia- dajacawewnetrzne podtoczenie oraz co najmniejjedenodcinek dru- tu eksplodujacego, zwierajacy obwód elektryczny urzadzenia, znamienne tym, ze odcinki drutu eksplodujacego (15) umieszczo- ne sa w plaszczyznie czolowej roboczej koncówki walcowej (10) elektrody srodkowej (7) wzdluz srednicy korpusu komory eksplo- zji (5), a obydwa konce kazdego odcinka drutu eksplodujacego (15) sa polaczone z korpusem komory eksplozj i (5) lub z elementem ko- rzystnie w ksztalcie pierscienia (16), który jest polaczony polacze- niem rozlacznym z korpusem komory eksplozji (5), przy czym punkty polaczen odcinków drutu eksplodujacego (15) sa rozmiesz- czone równomiernie na obwodzie korpusu komory eksplozji (5) lub elementu w ksztalcie pierscienia (16). f i g. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie elektrohydrodynamiczne do wzbudzania drgań sejsmicznych w otworach wiertniczych, znajdujące zastosowanie w geofizyce do badań geologicznych struktur wgłębnych metodą refleksyjną i metodą refrakcyjną oraz w sejsmice otworowej do pionowego profilowania sejsmicznego i pomiaru średniej prędkości fal sejsmicznych.

176 953

Znane z polskiego opisu patentowego nr 138 862 urządzenie elektrohydrodynamiczne do wzbudzania drgań sejsmicznych w otworach wiertniczych wypełnionych wodą w postaci przetwornika elektrohydrodynamicznego iskrowego zawiera korpus w kształcie cygara, złożony z elementów o połączeniu gwintowym: zderzaka prowadzącego, komory wyładowań iskrowych, członu zasilania elektrycznego, osłony zabezpieczającej złącze elektryczne oraz przewodu koncentrycznego łączącego człon zasilania z generatorem udarów prądowych wysokiego napięcia. W komorze wyładowań iskrowych, w jej osi, są umieszczone dwie elektrody w układzie ostrze-płaszczyzna, z których dolna elektroda w kształcie krążka jest przymocowana do dna komory połączonego z korpusem, a górna w kształcie walca, osadzona w izolatorze jest połączona z żyłą koncentrycznego przewodu wysokiego napięcia, którego ekran jest połączony z korpusem. Elektrody są mocowane połączeniami gwintowymi. W korpusie, na jego pobocznicy, na wysokości komory wyładowań iskrowych sąwykonane otwory prostokątne, których powierzchnia wynosi około 85% całkowitej powierzchni pobocznicy komory.

Inne znane z literatury technicznej /G. A. Gułyj, P. P. Maliszewskij “Wysokowoltnyj elektriczeskij razriad w siłowych impulsnych sistemach”, Kijew “Naukowa Dumka” 1997 r., str. 40-41/urządzenie elektrohydrodynamiczne do wzbudzania drgań sejsmicznych w ośrodku wodnym składa się z przetwornika elektrohydrodynamicznego, który jest połączony przewodem koncentrycznym z generatorem udarów prądowych wysokiego napięcia. W korpusie przetwornika usytuowane są dwie elektrody w układzie koncentrycznym, rozdzielone izolatorem, z których elektroda środkowa połączona poprzez żyłę zasilającego przewodu koncentrycznego z dodatnim biegunem generatora udarowego wysokiego napięcia ma osiowy kanał przelotowy i zakończona jest kołnierzem w kształcie stożka ściętego z wewnętrznym podtoczeniem w kształcie walca. Natomiast elektroda zewnętrzna podłączona do drugiego bieguna generatora udarowego wysokiego napięcia poprzez ekran przewodu zasilającego jest połączona z chwytaczem stanowiącym zakończenie korpusu. Chwytacz ma kształt kabłąka, którego odpowiednio wyprofilowana powierzchnia wychwytującajest usytuowana w płaszczyźnie prostopadłej do osi elektrody środkowej i na przeciw wylotu kanału przelotowego. W korpusie urządzenia, u wlotu do kanału przelotowego elektrody środkowej, usytuowany jest zbiornik odcinków drutu eksplodującego, które za pomocą układu dźwigni i prowadnic są wprowadzane kolejno poprzez kanał przelotowy w przestrzeń zawartą pomiędzy elektrodą środkową a powierzchnią wychwytującą chwytacza, które poprzez swoje wyprofilowania ustalająbliskie pionu położenie odcinków drutu zwierających obwód elektryczny urządzenia.

Wadą znanych rozwiązań jest to, że wykorzystywana jest w nich tylko znikoma część energii mechanicznej udarowego impulsu ciśnienia w wodzie, ograniczona do strumienia energii przenikającego jedynie płaszczyznę małego kąta przestrzennego skierowanego pionowo w głąb badanej struktury geologicznej, co czyni je mało przydatnymi w badaniach geofizycznych o znacznym zasięgu głębokościowym.

Urządzenie według wynalazku, zawierające przetwornik elektrohydrodynamiczny połączony koncentrycznym kablem wysokiego napięcia z generatorem udarów prądowych wysokiego napięcia, przy czym przetwornik elektrohydrodynamiczny zawiera elementy o połączeniu gwintowym: człon zasilania elektrycznego, złącze zasilania elektrycznego, dławik kabla wysokiego napięcia i cylindryczny korpus komory eksplozji o stopniowanej średnicy wewnętrznej, posiadający w górnej części o mniejszej średnicy trzy równomiernie rozmieszczone na obwodzie pobocznicy otwory, w osi którego umieszczona jest elektroda środkowa w kształcie walca, połączona połączeniem gwintowym z izolowanym przedłużaczem umieszczonym osiowo w cylindrycznym korpusie członu zasilania elektrycznego, a zakończona roboczą końcówką walcową posiadającą wewnętrzne podtoczenie oraz co najmniej jeden odcinek drutu eksplodującego, zwierający obwód elektryczny urządzenia charakteryzuje się tym, że odcinki drutu eksplodującego umieszczone są w płaszczyźnie czołowej roboczej końcówki walcowej elektrody środkowej wzdłuż średnicy korpusu komory eksplozji, a obydwa końce każdego odcinka drutu eksplodującego są połączone z korpusem komory eksplozji lub z elementem korzystnie w kształcie pierścienia, który jest połączony połączeniem rozłącznym z korpusem komory eksplo4

176 953 zji. Punkty połączeń odcinków drutu eksplodującego są rozmieszczone równomiernie na obwodzie korpusu komory eksplozji lub elementu w kształcie pierścienia.

Walcowa końcówka robocza elektrody środkowej ma podtoczenie w kształcie stożka o średnicy podstawy korzystnie równej średnicy roboczej końcówki elektrody środkowej.

Elektrodę środkową stanowi cylindryczna nasadka, korzystnie o stopniowanej średnicy wewnętrznej, która jest połączona połączeniem gwintowym z walcową końcówką roboczą i jest mocowana suwliwie za pomocą sworznia ustalającego na trzpieniu połączonym połączeniem gwintowym z przedłużaczem członu zasilania elektrycznego, wewnątrz której umieszczona jest sprężyna dociskowa, zaś trzpień jest połączony z roboczą końcówką za pomocą giętkiej linki usytuowanej w osi nasadki.

Połączenie rozłączne elementu w kształcie pierścienia z korpusem komory eksplozji jest połączeniem w postaci zatrzasku bagnetowego, zawierającym cylindryczną nasadkę z otworem w dnie i odpowiednio wyprofilowanymi otworami na pobocznicy oraz co najmniej dwa sworznie rozmieszczone równomiernie i mocowane przelotowo na obwodzie korpusu komory.

Zatrzask bagnetowy zawiera dodatkowo tuleję oraz dociskającą sprężynę, przy czym tuleja jest mocowana suwliwie wewnątrz dolnej części korpusu komory eksplozji na sworzniach i jest połączona z korpusem komory elastycznymi taśmami.

Rozwiązanie według wynalazku cechuje prostota budowy, a dzięki usytuowaniu drutów eksplodujących w płaszczyźnie prostopadłej do osi otworu wiertniczego umożliwia skierowanie wzdłuż osi tego otworu maksymalnej części użytecznej energii mechanicznej udarowych impulsów ciśnienia wody, uzyskanej na drodze konwersji z energii elektrycznej, a tym samym wpływa na zwiększenie głębokości penetracji struktury geologicznej badanego obszaru.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przetwornik elektrohydrodynamiczny w półprzekroju i półwidoku, fig. 2 - przekrój poprzeczny przetwornika wzdłuż linii A-A, a fig. 3 - jego przekrój poprzeczny wzdłuż linii B-B.

Urządzenie według wynalazku zawiera przetwornik elektrohydrodynamiczny, który jest połączony koncentrycznym kablem wysokiego napięcia z, nie uwidocznionym na rysunku, generatorem udarów prądowych wysokiego napięcia. Przetwornik elektrohydrodynamiczny zawiera elementy o połączeniu gwintowym: człon zasilania elektrycznego 1, złącze zasilania elektrycznego 2, dławik 3 kabla wysokiego napięcia 4 i cylindryczny korpus komory eksplozji 5 o stopniowanej średnicy wewnętrznej, posiadający w górnej części o mniejszej średnicy trzy równomiernie rozmieszczone na obwodzie pobocznicy otwory 6. W osi korpusu komory eksplozji 5 umieszczona jest elektroda środkowa 7 w kształcie walca, połączona połączeniem gwintowym z izolowanym przedłużaczem 8 umieszczonym osiowo w cylindrycznym korpusie członu zasilania elektrycznego 1 i podłączonym poprzez żyłę kabla wysokiego napięcia 4 do dodatniego bieguna generatora udarów prądowych wysokiego napięcia, którego biegun ujemny podłączony jest poprzez ekran kabla 4 do korpusu komory eksplozji 5.

Elektrodę środkową 7 stanowi cylindryczna nasadka 9, korzystnie o stopniowanej średnicy wewnętrznej, która jest połączona połączeniem gwintowym z walcową końcówką roboczą 10, która ma podtoczenie w kształcie stożka o średnicy podstawy korzystnie równej średnicy roboczej końcówki 10 elektrody środkowej 7. Nasadka 9 jest mocowana suwliwie za pomocą sworznia ustalającego 11 na trzpieniu 12 połączonym połączeniem gwintowym z przedłużaczem 8 członu zasilania elektrycznego 1, wewnątrz której umieszczona jest sprężyna dociskowa 13, zaś trzpień 12 jest połączony z roboczą końcówką 10 za pomocą giętkiej linki 14 usytuowanej w osi nasadki 9.

Przetwornik elektrohydrodynamiczny zawiera również jeden lub więcej odcinków drutu eksplodującego 15, zwierających obwód elektryczny urządzenia. Odcinki drutu eksplodującego 15 umieszczone są w płaszczyźnie czołowej roboczej końcówki 10 elektrody środkowej 7 wzdłuż średnicy korpusu komory eksplozji 5. Końce każdego odcinka drutu eksplodującego 15 sąpołączone z elementami korzystnie w kształcie pierścienia 16, przy czym punkty połączeń od176 953 cinków drutu eksplodującego 15 są rozmieszczone równomiernie na obwodzie elementu w kształcie pierścienia 16.

Element w kształcie pierścienia 16 jest połączony z korpusem komory eksplozji 5 połączeniem w postaci zatrzasku bagnetowego, zawierającym cylindryczną nasadkę 17 z otworem 18 w dnie i odpowiednio wyprofilowanymi otworami 19 na pobocznicy oraz trzy sworznie 20 rozmieszczone równomiernie i mocowane przelotowo na obwodzie korpusu komory 5.

Zatrzask bagnetowy zawiera dodatkowo tuleję 21 oraz dociskającą sprężynę 22, przy czym tuleja 21 jest mocowana suwliwie wewnątrz dolnej części korpusu komory eksplozji 5 na sworzniach 20 i jest połączona z korpusem komory 5 elastycznymi taśmami 23 prowadzonymi w kanałach 24 korpusu komory eksplozji 5.

Działanie urządzenia jest następujące. Końce odcinków drutu eksplodującego 15 zostają połączone rozłącznie z elementem w kształcie pierścienia 16 tak, że leżą w jednej płaszczyźnie prostopadłej do jego osi i są rozciągnięte wzdłuż jego średnicy, a punkty połączeń są rozmieszczone równomiernie na obwodzie pierścienia 16. Pierścień 16 uzbrojony w odcinki drutu eksplodującego 15 zostaje połączony rozłącznie z korpusem 5 urządzenia, korzystnie za pomocą zatrzasku bagnetowego tak, że płaszczyzna wyznaczona przez odcinki drutu eksplodującego 15 pokrywa się z płaszczyzną czołową roboczej końcówki 10 walcowej elektrody środkowej 7, której wewnętrzne podtoczenie w kształcie stożka o średnicy podstawy równej średnicy elektrody środkowej 7 zapewnia styk elektryczny z każdym odcinkiem drutu eksplodującego 15 w dwóch punktach. Podanie napięcia o wartości 4 kV z generatora udarów prądowych wysokiego napięcia o energii 6,4 kJ do przetwornika umieszczonego w otworze wiertniczym z wodą, przy zastosowaniu n odcinków drutu 15 o tych samych parametrach elektromechanicznych, wywołuje 2n elektroeksplozji jednocześnie, gdzie n jest liczbą naturalną.

W przypadku zastosowania n odcinków drutów eksploduj ących 15 o różnych parametrach, elektroeksplozje wywoływane sąparami w sekwencji czasowej o opóźnieniu zależnym od doboru parametrów elektromechanicznych poszczególnych drutów 15.

Dla dwóch, skrzyżowanych pod kątem prostym, odcinków cynowanego drutu stalowego 15 o różnych średnicach wynoszących odpowiednio 0,22 mm i 0,4 mm uzyskano opóźnienie wynoszące około 50 mikrosekund. Generowane w wodzie, w sekwencji czasowej, po dwie uderzeniowe cylindryczne fale ciśnienia z efektem odległościowym tworzą falę płaską o wydłużonym czasie trwania amplitudy czoła fali i o kierunku rozprzestrzeniania się wzdłuż osi otworu wiertniczego.

n

Fig ²

176 953

fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie elektrohydrodynamiczne do wzbudzania drgań sejsmicznych w otworach wiertniczych, zawierające przetwornik elektrohydrodynamiczny połączony koncentrycznym kablem wysokiego napięcia z generatorem udarów prądowych wysokiego napięcia, przy czym przetwornik elektrohydrodynamiczny zawiera elementy o połączeniu gwintowym: człon zasilania elektrycznego, złącze zasilania elektrycznego, dławik kabla wysokiego napięcia i cylindryczny korpus komory eksplozji o stopniowanej średnicy wewnętrznej, posiadający w górnej części o mniejszej średnicy trzy równomiernie rozmieszczone na obwodzie pobocznicy otwory, w osi którego umieszczonajest elektroda środkowa w kształcie walca, połączona połączeniem gwintowym z izolowanym przedłużaczem umieszczonym osiowo w cylindrycznym korpusie członu zasilania elektrycznego, a zakończona roboczą końcówką walcową posiadającą wewnętrzne podtoczenie oraz co najmniej jeden odcinek drutu eksplodującego, zwierający obwód elektryczny urządzenia, znamienne tym, że odcinki drutu eksplodującego (15) umieszczone sąw płaszczyźnie czołowej roboczej końcówki walcowej (10) elektrody środkowej (7) wzdłuż średnicy korpusu komory eksplozji (5), a obydwa końce każdego odcinka drutu eksplodującego (15) są połączone z korpusem komory eksplozji (5) lub z elementem korzystnie w kształcie pierścienia (16), który jest połączony połączeniem rozłącznym z korpusem komory eksplozji (5), przy czym punkty połączeń odcinków drutu eksplodującego (15) są rozmieszczone równomiernie na obwodzie korpusu komory eksplozji (5) lub elementu w kształcie pierścienia (16).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że walcowa końcówka robocza (10) elektrody środkowej (7) ma podtoczenie w kształcie stożka o średnicy podstawy korzystnie równej średnicy roboczej końcówki (10).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że elektrodę środkową (7) stanowi cylindryczna nasadka (9), korzystnie o stopniowanej średnicy wewnętrznej, która jest połączona połączeniem gwintowym z walcową końcówką roboczą (10) i jest mocowana suwliwie za pomocą sworznia ustalającego (11) na trzpieniu (12) połączonym połączeniem gwintowym z przedłużaczem (8) członu zasilania elektrycznego (1), wewnątrz której umieszczona jest sprężyna dociskowa (13), zaś trzpień (12) jest połączony z roboczą końcówką (10) za pomocą giętkiej linki (14) usytuowanej w osi nasadki (9).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że połączenie rozłączne elementu w kształcie pierścienia (16) z korpusem komory eksplozji (5) jest połączeniem w postaci zatrzasku bagnetowego, zawierającym cylindryczną nasadkę (17) z otworem (18) w dnie i odpowiednio wyprofilowanymi otworami (19) na pobocznicy oraz co najmniej dwa sworznie (20) rozmieszczone równomiernie i mocowane przelotowo na obwodzie korpusu komory eksplozji (5).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że zawiera dodatkowo tuleję (21) oraz dociskającą sprężynę (22), przy czym tuleja (21) jest mocowana suwliwie wewnątrz dolnej części korpusu komory eksplozji (5) na sworzniach (20) i jest połączona z korpusem komory (5) elastycznymi taśmami (23).