RU2171478C1

RU2171478C1 - Pulse non-explosive seismic source with electromagnetic drive

Info

Publication number: RU2171478C1
Application number: RU2000104235A
Authority: RU
Inventors: В.А. Детков; В.В. Ивашин; В.П. Певчев
Original assignee: ЗАО "Континентальная геофизическая компания"
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2001-07-27

Abstract

FIELD: formation of seismic waves by action of pulse on ground surface. SUBSTANCE: seismic source has seismic wave radiator coming in the form of sledge with two rigid hollow runners, weight placed on bottom of each runner, single-side dampers, power supply system and electromagnets. One or several inductors of electromagnets whose armatures rest against walls of runners are made fast to each weight. One damper is installed in front of each weight and behind it and runner. EFFECT: expanded application field of pulse non-explosive seismic sources and their enhanced efficiency. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области импульсных невзрывных сейсмоисточников и предназначено для создания сейсмических волн воздействием импульсного усилия на поверхность грунта. The invention relates to the field of pulsed non-explosive seismic sources and is intended to create seismic waves by the action of pulsed forces on the soil surface.

Известен источник сейсмических волн ("Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки", под ред. д.т.н. Шнеерсона М.Б. Москва, ОАО, Издательство "Недра", 1998 г., стр. 149-151), принятый за прототип, содержащий расположенную на поверхности грунта опорную плиту - излучатель, пригруз - инертную массу, демпфер и импульсный электромеханический преобразователь с системой импульсного возбуждения. Ферромагнитные якорь и реактор электромеханического преобразователя расположены коаксиально и содержат обмотки возбуждения в пазах на обращенных друг к другу поверхностях магнитопроводов. A well-known source of seismic waves ("Theory and practice of land-based non-explosive seismic exploration", under the editorship of Doctor of Engineering Schneerson MB Moscow, OJSC, Nedra Publishing House, 1998, pp. 149-151), adopted for a prototype containing a base plate located on the soil surface — a radiator, a load — an inert mass, a damper and a pulsed electromechanical transducer with a pulsed excitation system. The ferromagnetic armature and the reactor of the electromechanical converter are located coaxially and contain field windings in the grooves on the surfaces of the magnetic circuits facing each other.

Недостатками прототипа являются ограниченность применения сейсмоисточника и его недостаточная сейсмическая эффективность. Ограниченность применения обусловлена невозможностью оперативного перемещения сейсмоисточника по профилю при проведении сейсморазведочных работ. Размещение сейсмоисточника на транспортном средстве со спускоподъемным устройством для его установки на грунт и на транспортное средство приводит к чрезмерному увеличению веса сейсмического устройства, повышению его стоимости и снижению эффективности проведения сейсморазведочных работ. Недостаточная сейсмическая эффективность обусловлена низким КПД преобразования потребляемой преобразователем энергии в энергию сжатия грунта под опорной плитой, а также ограничениями по развиваемому сейсмоисточником усилию и по возможности его размещения на транспортном средстве. The disadvantages of the prototype are the limited use of the seismic source and its lack of seismic efficiency. Limited application is due to the impossibility of rapid movement of the seismic source along the profile during seismic surveys. Placing a seismic source on a vehicle with a lifting device for mounting it on the ground and on the vehicle leads to an excessive increase in the weight of the seismic device, an increase in its cost and a decrease in the efficiency of seismic surveys. The lack of seismic efficiency is due to the low conversion efficiency of the energy consumed by the converter into the soil compression energy under the base plate, as well as the limitations on the force developed by the seismic source and, if possible, its placement on the vehicle.

Предложен импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом, содержащий жесткую плиту - излучатель сейсмических волн, пригруз, первый демпфер, электрическую систему питания и электромеханический преобразователь электромагнитного типа (электромагнит), отличающийся тем, что излучатель выполнен в виде саней с двумя жесткими полыми полозьями, на днище полости каждого полоза помещен пригруз с возможностью его перемещения вдоль высоты стенок полоза, с каждым пригрузом жестко соединен индуктор электромагнита, якорь которого оперт на стенки полоза, между передним концом пригруза и полозом установлен первый демпфер, а между задним концом пригруза и полозом - второй демпфер. A pulsed non-explosive seismic source with an electromagnetic drive is proposed, containing a rigid plate - a seismic wave emitter, a load, a first damper, an electrical power system and an electromechanical electromagnetic type transducer (electromagnet), characterized in that the emitter is made in the form of a sled with two rigid hollow runners on the bottom the cavities of each runner placed a load with the possibility of its movement along the height of the walls of the runner, with each load a magnet inductor is rigidly connected, the anchor of which it is supported against the walls of the runner, the first damper is installed between the front end of the load and the runner, and the second damper is installed between the rear end of the load and the runner.

С каждым пригрузом может быть соединено по длине несколько индукторов электромагнитов, якоря которых оперты на стенки полоза над индукторами. With each load, several inductors of electromagnets can be connected along the length, the anchors of which are supported on the walls of the runner above the inductors.

Предложенный сейсмоисточник позволяет расширить область применения импульсных невзрывных сейсмоисточников и повысить сейсмическую эффективность их работы. The proposed seismic source allows you to expand the scope of pulsed non-explosive seismic sources and increase the seismic efficiency of their work.

Выполнение излучателя в виде саней обеспечивает возможность перемещения сейсмоисточника при проведении сейсморазведочных работ без применения спускоподъемных средств для установки его на грунт. Выполнение полозьев полыми позволяет поместить пригрузы внутрь полозьев и обеспечить устойчивость перемещения саней по пересеченной местности. Полые полозья саней с вертикальными жесткими стенками обеспечивают необходимую жесткость излучателя при минимальной его массе. При уменьшении массы излучателя повышается КПД преобразования энергии электромагнитами и сейсмическая эффективность. The implementation of the emitter in the form of a sleigh provides the ability to move the seismic source during seismic surveys without the use of hoisting tools to install it on the ground. The execution of the runners hollow allows you to place the weights inside the runners and ensure the stability of the movement of the sled over rough terrain. Hollow skids of the sled with vertical rigid walls provide the necessary stiffness of the emitter with its minimum weight. With a decrease in the mass of the emitter, the efficiency of energy conversion by electromagnets and seismic efficiency increase.

Применение двух установленных на краях каждого пригруза демпферов обеспечивает при работе сейсмоисточника устойчивое перемещение пригрузов вдоль высоты стенок полозьев и надежность работы сейсмоисточника. The use of two dampers installed at the edges of each load ensures the stable movement of the loads along the height of the wall of the runners and the reliability of the seismic source when the seismic source operates.

Применение нескольких электромагнитов повышает их удельную силу на единицу массы, расширяет возможности компоновки на излучателе, упрощает эксплуатацию сейсмоисточника, снижает общую массу электромагнитов, стоимость сейсмоисточника и повышает эффективность его работы. The use of several electromagnets increases their specific gravity per unit mass, expands the layout options on the emitter, simplifies the operation of the seismic source, reduces the total mass of electromagnets, the cost of the seismic source and increases its efficiency.

Увеличение числа установленных на каждом пригрузе электромагнитов позволяет увеличить развиваемую сейсмоисточником силу и повысить его сейсмическую эффективность. An increase in the number of electromagnets installed on each load makes it possible to increase the force developed by the seismic source and increase its seismic efficiency.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан поперечный разрез сейсмоисточника; на фиг. 2 - продольный разрез полоза сейсмоисточника с двумя электромагнитами; на фиг. 3 - транспортировка сейсмоисточника трактором; на фиг. 4 - диаграммы работы сейсмоисточника. The device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a cross section of a seismic source; in FIG. 2 is a longitudinal section of a seismic source runway with two electromagnets; in FIG. 3 - transportation of the seismic source by tractor; in FIG. 4 - diagrams of the seismic source.

Невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом (см. фиг. 1, 2) содержит излучатель сейсмических волн в виде саней с двумя полыми, коробчатого сечения полозьями, с жесткими днищами 7 и жесткими стенками 5. Полозья соединены поперечинами 6. Внутри каждого полоза помещен пригруз 4, опирающийся на днище 7 с возможностью вертикального перемещения вдоль высоты стенок 5 полоза. Сверху на каждом пригрузе по его длине вдоль полоза жестко закреплены два индуктора 1 электромагнита. Над ними с зазором 9 расположены якоря 2, опирающиеся краями на жесткие стенки 5 полоза. Между краями пригруза 4 по его длине и полозьями установлены демпферы 8 одностороннего действия. Транспортировка сейсмоисточника осуществляется транспортным средством, например трактором 11, (см. фиг. 3) с помощью водила 12. Электропитание сейсмоисточника осуществляется от автономной электростанции 13, например от синхронного генератора, установленного на валу отбора мощности трактора. Электропомещение 10 с системой импульсного питания электромагнитов установлено на санях. An non-explosive seismic source with an electromagnetic drive (see Fig. 1, 2) contains a seismic wave emitter in the form of a sled with two hollow, box-shaped runners, with rigid bottoms 7 and rigid walls 5. The runners are connected by cross members 6. A load 4 is placed inside each runner, based on the bottom 7 with the possibility of vertical movement along the height of the walls 5 of the skid. On top of each load along its length along the runner are two rigidly fixed electromagnet inductors 1. Above them with a gap of 9 are anchors 2, supported by the edges on the rigid walls 5 of the runner. Between the edges of the cargo 4 along its length and runners installed dampers 8 single-acting. The seismic source is transported by a vehicle, for example, a tractor 11 (see Fig. 3) using a carrier 12. The seismic source is powered from an autonomous power station 13, for example, from a synchronous generator mounted on a tractor power take-off shaft. An electrical room 10 with a system of switching power supply of electromagnets is installed on a sleigh.

Работает сейсмоисточник следующим образом. В момент t₀ (фиг. 4) по сигналу с сейсмостанции от подготовленной к работе размещенной в электропомещении 10 системы питания по обмоткам возбуждения 3 индукторов пропускается импульс тока, и между якорями 2 и индукторами 1 создается электромагнитная сила 14. Под действием силы 14 полозья 7 перемещаются вниз - кривая 16, что приводит к сжатию грунта и формированию сейсмических волн. Под действием этой же силы индукторы 1 с жестко соединенными с ними пригрузами 4 перемещаются вверх - кривая 15 и ускоряются до некоторой скорости. В результате встречного движения якоря 2 и индуктора 1 зазор 9 между ними к моменту t₁ выбирается и при t>t₁ якорь 2, индуктор 1 и пригруз 4 продолжают совместное движение в поле силы тяжести. К моменту t₂ они перемещаются на некоторую максимальную высоту. Их совместное движение в поле силы тяжести вниз тормозится односторонними демпферами 8, что уменьшает удар пригруза по днищу полоза при возвращении пригруза в исходное положение и ослабляет интенсивность создания сейсмических волн, возникающих в момент t₃ при ударе пригруза по днищу полоза. При следующем пропускании импульса тока по обмоткам возбуждения электромагнитов процесс повторяется. Импульсное сжатие грунта за время t₀...t₁ сопровождается последующими затухающими к моменту t₃ колебаниями саней вместе с грунтом - кривая 16.The seismic source works as follows. At time t ₀ (Fig. 4), a signal from a seismic station from a power system prepared for operation and placed in an electric room 10 is connected to an excitation winding 3 of the inductors, and a current pulse is transmitted, and an electromagnetic force 14 is created between the armature 2 and the inductors 1. move down - curve 16, which leads to compression of the soil and the formation of seismic waves. Under the action of the same force, inductors 1 with weights 4 rigidly connected to them move upward - curve 15 and are accelerated to a certain speed. As a result of the oncoming movement of the armature 2 and the inductor 1, the gap 9 between them at the time t ₁ is selected and at t> t _{1 the} armature 2, the inductor 1 and the load 4 continue joint movement in the field of gravity. By the time t ₂ they move to a certain maximum height. Their joint movement in the field of gravity down is inhibited by one-way dampers 8, which reduces the impact of the load on the bottom of the runner when the load returns to its original position and weakens the intensity of the creation of seismic waves that occur at time t ₃ when the load hits the bottom of the runner. The next time a current pulse is passed through the field windings of the electromagnets, the process repeats. Pulse compression of the soil for a time t ₀ ... t _{1 is} followed by subsequent sled oscillations damping by the time t ₃ together with the soil - curve 16.

Предложенное техническое решение использовано при создании экспериментального образца импульсного электромагнитного сейсмоисточника на усилие 100 т. Масса сейсмоисточника 7 т. В сейсмоисточнике применено четыре синхронно работающих электромагнита на усилие 25 т каждый, формирующих импульсы силы длительностью (5-7)•10^-3 с с частотой повторения 1 раз в 6 секунд. При проведении сейсморазведочных работ сейсмоисточник показал высокие технические характеристики. Предложенный импульсный невзрывной сейсмоисточник предназначен для проведения сейсморазведочных работ в зимних условиях.The proposed technical solution was used to create an experimental sample of a pulsed electromagnetic seismic source with a force of 100 tons. The mass of the seismic source is 7 tons. Four synchronously operating electromagnets with a force of 25 tons each are used in the seismic source, which generate force pulses of duration (5-7) • 10 ^-3 s with a frequency repeat 1 time in 6 seconds. During seismic exploration, the seismic source showed high technical characteristics. The proposed pulse non-explosive seismic source is designed for seismic surveys in winter conditions.

Claims

1. A non-explosive pulsed seismic source with an electromagnetic drive, containing a rigid plate - a seismic wave emitter, a load, a first damper, an electric power system and an electromechanical converter, characterized in that the emitter is made in the form of a sled with two rigid hollow runners, placed on the bottom of the cavity of each runner load with the possibility of its movement along the height of the walls of the runner, the electromechanical converter is made of an electromagnetic type, the converter inductor is rigidly connected to the load m, and the simply supported on the anchor and the wall of the runner is separated from the inductor gap between the leading end and skid mounted prigruza first damper and between the rear end of the skid prigruza and - the second damper.

2. A pulse non-explosive seismic source with an electromagnetic drive according to claim 1, characterized in that several inductors of electromagnets are rigidly connected to each load, and the anchors of the electromagnets are supported on the walls of the runners above the inductors.