RU2137156C1

RU2137156C1 - Self-sustained pulse source of seismic signals

Info

Publication number: RU2137156C1
Application number: RU97111321A
Authority: RU
Inventors: П.Я. Крауиньш; С.А. Смайлов; А.В. Иоппа; А.Н. Гаврилин
Original assignee: Томский политехнический университет
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: geophysics, excitation of pulses in liquid medium in prospecting for mineral resources. SUBSTANCE: self-sustained pulse source of seismic signals has hydraulic chamber made in the form of elastic envelope and rigid pneumatic chamber separated by piston which is fitted with fixing unit. Fixing unit of piston is manufactured in the form of restoring collet resting with tabs against collar of guard ring that has conical surface. Source makes it possible to shorten time for generation of next pulse in liquid medium, for instance, in fluid-filled well as there is no necessity to bring source to surface and to charge it. EFFECT: shortened time for generation of identical pulses in liquid medium and control over power of pulse. 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для возбуждения импульсов в жидкой среде и может быть использовано в прикладной геофизике для разведки и доразведки полезных ископаемых. The invention relates to a device for exciting pulses in a liquid medium and can be used in applied geophysics for exploration and additional exploration of minerals.

Известно устройство для генерации акустического сигнала [1], которое содержит удлиненный цилиндрический корпус, имеющий поперечно расположенные отверстия для выброса воды. A device for generating an acoustic signal [1] is known, which comprises an elongated cylindrical body having transverse openings for ejecting water.

В корпусе перемещается поршень и нажимное поршневое кольцо, являющееся фиксирующим устройством образуя с одной стороны пневматическую камеру, являющуюся пневматической пружиной, а с другой стороны жидкостную камеру. В начальном положении поршень и поршневое кольцо перемещены в сторону торца пневматической пружины, где он фиксируется с возможностью освобождения специальным пневматическим устройством. В пневматической пружине при этом будет давление P_н, соответствующее сжатию газа. При опускании источника в жидкую среду на глубину имеющую давление меньше P_н и срабатывании специального пневматического устройства поршень и поршневое кольцо перемещаются относительно корпуса и выбрасывают воду через отверстие в корпусе в окружающую среду, тем самым вырабатывается импульсный сигнал.A piston and a pressure piston ring, which is a fixing device, form on the one hand forming a pneumatic chamber, which is a pneumatic spring, and on the other hand, a fluid chamber. In the initial position, the piston and piston ring are moved towards the end of the air spring, where it is fixed with the possibility of release by a special pneumatic device. In this case, the pressure P _n corresponding to gas compression will be in the pneumatic spring. When lowering the source into the liquid medium to a depth having a pressure less than P _n and the operation of a special pneumatic device, the piston and piston ring move relative to the housing and expel water through the hole in the housing into the environment, thereby generating a pulse signal.

Основной недостаток источника в больших затратах времени на подготовку и выработку следующего импульса, связанного с подъемом поршня и поршневого кольца в исходное фиксированное положение. The main disadvantage of the source is the time it takes to prepare and develop the next impulse associated with lifting the piston and piston ring to its original fixed position.

Наиболее близким техническим решением является пневматическая пушка с поршнем, который совершает возвратнопоступательное движение в корпусе и резко выпускает сжатый газ, в результате чего вырабатывается кратковременный импульс [2]. Поршень разделяет корпус на пусковую и возвратную камеры и фиксируется в начальном положении пусковым сальником. Газ выходит из пусковой камеры при перемещении поршня в возвратную камеру. При этом открывается разрядное окно, закрытое в начальный момент поршнем. The closest technical solution is a pneumatic gun with a piston, which makes a reciprocating motion in the housing and sharply releases compressed gas, resulting in a short-term pulse [2]. The piston divides the housing into the starting and return chambers and is fixed in the initial position by the starting gland. Gas exits the launch chamber when the piston moves into the return chamber. This opens the discharge window, closed at the initial moment by the piston.

Недостатком устройства являются большие затраты времени, необходимые на регулировку формы и мощности импульсов. The disadvantage of this device is the large amount of time required to adjust the shape and power of the pulses.

Задача изобретения - уменьшение затрат времени на выработку одинаковых импульсов в жидкой среде и регулирования мощности импульса. The objective of the invention is to reduce the time required to produce the same pulses in a liquid medium and control the pulse power.

Поставленная задача достигается тем, что в автономном импульсном источнике сейсмических сигналов, содержащем гидравлическую камеру, выполненную в виде упругой оболочки, и жесткую пневматическую камеру, разделенные поршнем, снабженным фиксирующим устройством, фиксирующее устройство поршня выполнено в виде цанги, опирающейся в исходном положении на буртик запорного кольца, опорная поверхность которого выполнена конической. The problem is achieved in that in an autonomous pulsed source of seismic signals containing a hydraulic chamber made in the form of an elastic shell and a rigid pneumatic chamber separated by a piston equipped with a fixing device, the piston fixing device is made in the form of a collet resting in the initial position on the shutoff flange rings, the supporting surface of which is made conical.

На фиг. 1 представлен предлагаемый автономный импульсный источник, на фиг. 2 - разрез по А-А жидкостной камеры, а на фиг. 3 - устройство фиксации. In FIG. 1 shows the proposed stand-alone pulsed source, FIG. 2 is a section along AA of the liquid chamber, and in FIG. 3 - fixing device.

Автономный импульсный источник содержит жидкостную камеру 1 и газовую камеру 2, являющуюся пневматической пружиной, расположенной в корпусе 3. Жидкостная камера 1 разделена с окружающей средой оболочкой 4, а с пневматической пружиной поршнем 5 с закрепленной на нем лепестковой цангой 6. An autonomous pulsed source contains a liquid chamber 1 and a gas chamber 2, which is a pneumatic spring located in the housing 3. The liquid chamber 1 is separated from the environment by a casing 4, and with a pneumatic spring by a piston 5 with a petal collet 6 fixed to it.

Лепестковая цанга 6 укреплена на поршне гайкой 7, а лепестки в исходный момент зафиксированы на запорном кольце 8. The petal collet 6 is mounted on the piston with a nut 7, and the petals are initially fixed on the locking ring 8.

В жидкостной камере 1 установлен датчик 9, а пневматическая пружина имеет зарядное устройство 10. Весь источник опускается в жидкостную среду на каротажном кабеле 11. A sensor 9 is installed in the liquid chamber 1, and the pneumatic spring has a charger 10. The entire source is lowered into the liquid medium on the wireline 11.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Перед началом работы пневматическая пружина заряжается газом с давлением P₂, которое должно быть меньше давления в жидкой среде, а значит, и глубины, на которой необходимо вырабатывать импульс.Before starting work, the air spring is charged with gas with a pressure P ₂ , which should be less than the pressure in the liquid medium, and hence the depth at which it is necessary to generate a pulse.

Поршень 5 находится в верхнем положении и лепестки цанги 6 фиксированы на буртике запорного кольца. В жидкостную камеру 1 наливают рабочую жидкость. The piston 5 is in the upper position and the petals of the collet 6 are fixed on the shoulder of the locking ring. Working fluid is poured into the fluid chamber 1.

При опускании источника в жидкостную среду давление в жидкостной камере соответствует давлению окружающей среды, передаваемому через упругую оболочку. Когда источник достигает глубину с давлением, соответствующим давлению газа в пневматической камере, поршень удерживается цангой на запорном кольце. При дальнейшем опускании источника жидкость давит на поршень до тех пор, пока давление не превысит давления в пневматической пружине на величину, необходимую для срабатывания или расфиксирования цанги. When lowering the source into the liquid medium, the pressure in the liquid chamber corresponds to the pressure of the environment transmitted through the elastic membrane. When the source reaches depth with a pressure corresponding to the gas pressure in the pneumatic chamber, the piston is held by a collet on the locking ring. With further lowering of the source, the liquid presses on the piston until the pressure exceeds the pressure in the air spring by the amount necessary to actuate or release the collet.

Поршень резко перемещается и сжимает газ в пневматической пружине, а жидкость под действием давления окружающей среды поступает в корпус пневматической пружины, возникает импульс в окружающей среде из-за резкого изменения объема жидкостной камеры, так как упругая оболочка изменяет форму (фиг. 1 Б-Б). Объем жидкости в упругой оболочке меньше объема газа в пневматической пружине, что позволяет избежать ударов поршня о корпус. The piston moves sharply and compresses the gas in the pneumatic spring, and the fluid under the influence of environmental pressure enters the housing of the pneumatic spring, a pulse arises in the environment due to a sharp change in the volume of the fluid chamber, since the elastic shell changes shape (Fig. 1 B-B ) The volume of fluid in the elastic shell is less than the volume of gas in the air spring, which avoids the piston striking the housing.

При возникновении импульса датчик через каротажный кабель передает информацию на регистрирующую аппаратуру, с целью корреляции с сигналами, принятыми поверхностными сейсмоприемниками. When a pulse occurs, the sensor transmits information through a logging cable to the recording equipment, in order to correlate with the signals received by the surface geophones.

Величина превышения давления в жидкостной камере P над давлением газа в пневматической пружине, определяется углом γ на буртике запорного кольца (фиг. 1) и внутренним его диаметром d
Чем меньше угол γ, тем больше превышение P, тем мощнее импульс.The magnitude of the excess pressure in the liquid chamber P over the gas pressure in the air spring is determined by the angle γ on the shoulder of the locking ring (Fig. 1) and its inner diameter d
The smaller the angle γ, the greater the excess P, the more powerful the pulse.

В исходное положение поршень устанавливается при подъеме источника, на глубину, соответствующую давлению окружающей жидкостной среды, меньше давления P₂ зарядки пневматической пружины. Газ выдавливает поршень, а последний рабочую жидкость перемещает в жидкостную камеру и упругая оболочка восстанавливает свой первоначальный вид. В конце хода поршня, лепестки цанги скользят по запорному кольцу и фиксируются на буртике. Таким образом, источник готов для выработки следующего импульса.In the initial position, the piston is set when the source is raised, to a depth corresponding to the pressure of the surrounding liquid medium, less than the charging pressure P _{2 of the} air spring. Gas extrudes the piston, and the latter moves the working fluid into the fluid chamber and the elastic shell restores its original form. At the end of the piston stroke, the collet petals slide along the locking ring and lock onto the shoulder. Thus, the source is ready to generate the next impulse.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить время на выработку следующего импульса в жидкой среде, например, в жидконаполненной скважине, за счет того, что нет необходимости выводить источник на поверхность и производить зарядку. Зарядка предлагаемого источника осуществляется путем перемещения его из области высокого давления окружающей жидкости среды в область низкого давления соответствующего давлению газа в пневматической пружине. The proposed device can reduce the time to generate the next pulse in a liquid medium, for example, in a liquid-filled well, due to the fact that there is no need to bring the source to the surface and charge. The charging of the proposed source is carried out by moving it from the high-pressure region of the surrounding fluid to the low-pressure region corresponding to the gas pressure in the air spring.

Claims

An autonomous pulsed source of seismic signals containing a hydraulic chamber and a rigid pneumatic chamber separated by a piston, characterized in that the hydraulic chamber is made in the form of an elastic shell, and the piston is equipped with a locking device made in the form of a collet, resting in the initial position on the shoulder of the locking ring, supporting whose surface is conical.