RU2246740C2

RU2246740C2 - Source of impact seismic signals

Info

Publication number: RU2246740C2
Application number: RU2002135553/28A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Кошелев (RU); Н.В. Кошелев; Н.М. Яковлев (RU); Н.М. Яковлев; Н.Р. Сивков (RU); Н.Р. Сивков; А.Г. Краев (RU); А.Г. Краев
Original assignee: Волжское отделение института геологии и разработки горючих ископаемых
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2005-02-20

Abstract

FIELD: seismic prospecting.

SUBSTANCE: source comprises vehicle with platform, control unit, falling mass set in the guiding pipe, emitting plate, wrench mechanism, rope which connects the mass with the drum of the wrench mechanism. The guiding pipe is provided with air-operated starting accelerator, chamber with exhaust ports, and device for locking mass in the top position. The starting accelerator is made of chamber with piston. The falling mass is locked in the pipe at the top level and hermetically closes the exhaust port made in the piston of the chamber.

EFFECT: improved design.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам сейсмической разведки и предназначено для возбуждения продольных волн с помощью падающей массы (груза) при проведении поиска нефтяных, газовых и рудных месторождений.The invention relates to seismic exploration devices and is intended to excite longitudinal waves using an incident mass (load) when conducting a search for oil, gas and ore deposits.

В сейсмической разведке используются различные устройства для возбуждения сейсмических сигналов энергией падающей массы. Известен, например, источник сейсмических сигналов ударного типа, содержащий транспортное средство с платформой, блок управления, трос, связывающий груз с устройством его подъема и сбрасывания, направляющий шкив с осью, закрепленной на платформе, вертикальную направляющую, выполненную с возможностью движения вдоль продольной оси транспортного средства, устройство перемещения вертикальной направляющей в исходное положение, выполненное в виде гидроцилиндра, подвижную каретку, размещенную в вертикальной направляющей и шарнирно связанную с грузом, причем устройство перемещения вертикальной направляющей в исходное положение снабжено двухзвенным шарнирно-рычажным механизмом, одно звено которого кинематически связано с платформой, а другое - с вертикальной направляющей, а центральный шарнир - со штоком гидроцилиндра, корпус которого шарнирно закреплен на вертикальной направляющей, выполненной в виде шарнирно установленного на платформе маятника с осью подвеса, совмещенной с осью направляющего шкива, при этом источник сейсмических сигналов ударного типа снабжен устройством демпфирования продольных колебаний вертикальной направляющей (АС СССР №1120264, кл. G 01 V 1/147, приоритет от 25.07.83 г., опубл. 23.10.84 г., бюл. №39).In seismic exploration, various devices are used to excite seismic signals with incident mass energy. For example, a source of shock-type seismic signals is known, comprising a vehicle with a platform, a control unit, a cable connecting the load with a device for lifting and dropping it, a guide pulley with an axis fixed to the platform, a vertical guide made to move along the longitudinal axis of the vehicle means, a device for moving the vertical guide to its original position, made in the form of a hydraulic cylinder, a movable carriage placed in a vertical guide and pivotally connected I’m loaded with the load, and the device for moving the vertical guide to its original position is equipped with a two-link articulated lever mechanism, one link of which is kinematically connected to the platform, and the other is connected to the vertical guide, and the central hinge is connected to the hydraulic cylinder rod, the housing of which is pivotally mounted on the vertical guide, made in the form of a pendulum pivotally mounted on the platform with the axis of the suspension, combined with the axis of the guide pulley, while the source of shock-type seismic signals is equipped with stvom damping longitudinal oscillations of the vertical guide (AS USSR №1120264, Cl. G 01 V 1/147, priority of July 25, 83, publ. 10/23/84, bull. No. 39).

Недостатком известного источника сейсмических сигналов ударного типа является невозможность регулировки энергии удара груза без изменения массы груза или высоты его подъема.A disadvantage of the known source of shock-type seismic signals is the inability to adjust the impact energy of the cargo without changing the mass of the cargo or its height.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности (прототипом) является устройство для возбуждения упругих волн в грунте на транспортном средстве (см. патент СССР №969180, кл. G 01 V 1/147, приоритет от 20.07.78 г., опубл. 23.10.82 г., бюл. №39), содержащее ударную массу, удлиненный направляющий элемент для управления перемещением массы к мишени, укрепленной на одном из концов направляющего элемента, и средства прерывного удержания массы, укрепленные на направляющем элементе у его второго конца, которое снабжено средствами для переведения направляющего элемента из первого положения, в котором масса может двигаться под действием собственной тяжести от второго конца направляющего элемента мишени, причем мишень в этом первом положении находится в соприкосновении с почвой, во второе положение, в котором масса движется под действием собственной тяжести от первого ко второму концу направляющего элемента и наоборот. Средства для переведения направляющего элемента выполнены в виде системы с жесткой опорой, размещенной на раме транспортного средства и содержат по крайней мере один держатель, соединенный с направляющим элементом и с опорой, и устройство для вращения держателя вокруг некоторой оси вращения. Устройство содержит по крайней мере два элемента крепления, соединенных с направляющим элементом, один из которых выполнен с возможностью поворота относительно оси вращения, а другой - относительно жесткой опоры, причем гидравлические средства содержат домкрат для осуществления поворота второго элемента крепления относительно жесткой опоры.Closest to the claimed invention by its technical nature (prototype) is a device for exciting elastic waves in the soil on a vehicle (see USSR patent No. 969180, class G 01 V 1/147, priority from 07/20/78, publ. 23.10 .82 g., Bulletin No. 39), containing the shock mass, an elongated guide element for controlling the movement of the mass to the target, mounted on one end of the guide element, and means for discontinuous mass retention, mounted on the guide element at its second end, which is provided means for translating n the guide element from the first position in which the mass can move under the action of its own gravity from the second end of the target element of the target, and the target in this first position is in contact with the soil, in the second position in which the mass moves under the action of its own gravity from the first to the second end of the guide element and vice versa. Means for translating the guide element is made in the form of a system with a rigid support placed on the frame of the vehicle and contain at least one holder connected to the guide element and with the support, and a device for rotating the holder around a rotation axis. The device contains at least two fasteners connected to the guide element, one of which is rotatable relative to the axis of rotation, and the other is relatively rigid supports, and the hydraulic means include a jack for rotating the second fastener relative to the rigid support.

Недостатком известного устройства для возбуждения упругих колебаний в грунте является невозможность регулирования энергии удара массы о грунт без изменения веса груза или высоты его подъема.A disadvantage of the known device for exciting elastic vibrations in the soil is the inability to control the energy of mass impact on the ground without changing the weight of the load or its height.

Задачей изобретения является создание такого источника сейсмических сигналов, который позволял бы регулировать энергию удара падающей массы без изменения веса груза и высоты его подъема.The objective of the invention is the creation of such a source of seismic signals, which would allow you to adjust the impact energy of the falling mass without changing the weight of the load and its height.

Поставленная задача решается в предлагаемом источнике сейсмических сигналов ударного типа, содержащем транспортное средство с платформой, блок управления, падающую массу, расположенную в направляющей трубе, излучающую плиту, лебедочный механизм, трос, связывающий массу с катушкой лебедочного механизма, в котором на направляющей трубе размещен пусковой ускоритель, камера с выхлопными окнами, фиксирующее устройство для удержания массы в верхнем положении, причем пусковой ускоритель, размещенный на верхнем конце направляющей трубы, включает камеру с поршнем, давление в которой может изменяться, падающая масса размещена в направляющей трубе таким образом, что она зафиксирована в верхнем положении и при этом герметично запирает выхлопное отверстие, выполненное в поршне камеры пускового ускорителя. Для изменения давления в камере пускового ускорителя он снабжен баллоном сжатого газа или компрессором с ресивером и системой управления, включающей регулятор давления с манометром, впускной клапан с электроуправлением и обратный клапан. Источник сейсмических сигналов содержит электромагнитную муфту, предназначенную только для подъема падающей массы. Диаметр катушки лебедочного механизма определяют по формуле: Д_к=h/π, где h - высота подъема массы.The problem is solved in the proposed source of shock-type seismic signals containing a vehicle with a platform, a control unit, a falling mass located in the guide tube, a radiating plate, a winch mechanism, a cable connecting the mass to the winch mechanism coil, in which the launch tube is placed on the guide tube an accelerator, a chamber with exhaust windows, a fixing device for holding the mass in the upper position, and the launch accelerator located at the upper end of the guide tube, incl. chaet chamber with a piston, the pressure of which may vary, falling mass arranged in a guide tube such that it is fixed in the upper position and thus hermetically closes the exhaust hole provided in the piston chamber inrush accelerator. To change the pressure in the chamber of the launch accelerator, it is equipped with a compressed gas cylinder or compressor with a receiver and a control system including a pressure regulator with a manometer, an inlet valve with electric control and a non-return valve. The source of seismic signals contains an electromagnetic clutch designed only to lift the incident mass. The diameter of the winch mechanism coil is determined by the formula: D _k = h / π, where h is the height of the mass.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в создании источника сейсмических сигналов ударного типа, в котором обеспечивается возможность изменения (регулирования) энергии удара падающей массы путем введения пускового ускорителя, который обеспечивает разгон массы за короткий промежуток времени до заданной скорости, значительно превышающей скорость ее свободного падения при небольшой и стабильной высоте подъема массы.The essence of the invention consists in creating a source of shock-type seismic signals, in which it is possible to change (control) the impact energy of the incident mass by introducing a launch accelerator that accelerates the mass in a short period of time to a predetermined speed, significantly exceeding its free fall velocity with a small and stable lifting height of the mass.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид источника сейсмических сигналов на транспортной базе, на фиг.2 - продольный разрез устройства по А-А, на фиг.3 в увеличенном масштабе показан механизм фиксации падающей массы с помощью шариков, на фиг.4 показано положение шариков при падении массы.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general view of a source of seismic signals at a transport base, Fig. 2 is a longitudinal section of a device along AA, Fig. 3 shows, on an enlarged scale, a mechanism for fixing a falling mass using balls, Fig. .4 shows the position of the balls when the mass falls.

Источник сейсмических сигналов ударного типа (фиг.1) включает в себя транспортное средство, например автомобиль с платформой 1, на которой установлен электроприводной лебедочный механизм 2 с электромагнитной муфтой 26 для подъема массы 3 (фиг.2), мишень (излучающую плиту) 27, трос 4, связывающий массу 3 через блоки 5 с катушкой 25 лебедочного механизма 2, и направляющую трубу 6 с продольными пазами 23. На трубе 6 размещены: пусковой ускоритель 7 для придания заданной начальной скорости массе 3, камера с выхлопными окнами 8, фиксирующее устройство 9 для удержания массы 3 в верхнем положении, электромагниты 10 для управления фиксирующим устройством 9. Пусковой ускоритель 7 может быть выполнен пневматическим. В этом случае ускоритель 7 представляет собой камеру 11 с поршнем 12, в центре которого расположено выхлопное отверстие 13, герметично закрытое верхним концом массы 3. Фиксация массы 3 (фиг.3 и 4) в трубе 6 осуществляется посредством шариков 14, подпружиненной передвижной муфты 15 с выточкой 29, кольца 16 с ограниченным ходом от действия пружин 17 и выточки 28 на массе 3.The source of shock-type seismic signals (FIG. 1) includes a vehicle, for example, a car with a platform 1, on which an electric drive winch mechanism 2 with an electromagnetic clutch 26 for lifting mass 3 is installed (FIG. 2), a target (radiating plate) 27, a cable 4 connecting mass 3 through blocks 5 to the coil 25 of the winch mechanism 2, and a guide pipe 6 with longitudinal grooves 23. On the pipe 6 are placed: a starting accelerator 7 for imparting a predetermined initial speed to the mass 3, a chamber with exhaust windows 8, a fixing device 9 for beats holding the mass 3 in the upper position, the electromagnets 10 to control the locking device 9. The starting accelerator 7 can be made pneumatic. In this case, the accelerator 7 is a chamber 11 with a piston 12, in the center of which there is an exhaust opening 13, hermetically closed by the upper end of the mass 3. The mass 3 (FIGS. 3 and 4) are fixed in the pipe 6 by means of balls 14, a spring-loaded movable sleeve 15 with a recess 29, rings 16 with a limited stroke from the action of the springs 17 and the recess 28 on the mass 3.

Для создания в камере 11 заданного давления источник сейсмических сигналов содержит блок энергопитания, например баллон 18 сжатого газа (азота) или компрессор с ресивером, регулятор давления 19, манометр 20, впускной клапан 21 с электромагнитным управлением и обратный клапан 22. В теле падающей массы 3 закреплены штыри 24, перемещающиеся в пазах 23 и соединенные через тросы 4 и блоки 5 с катушкой 25 лебедочного механизма 2. Катушка 25 лебедочного механизма имеет диаметр, определяемый по формуле: Д_к=h/π, где h - высота подъема массы. Такой диаметр катушки 25 лебедочного механизма 2 позволяет максимально снизить вес и инерцию, ее вращения, а также сократить длину троса 4 и уменьшить число оборотов катушки 25 при падении массы 3 или ее подъеме.To create a predetermined pressure in the chamber 11, the source of seismic signals contains an energy supply unit, for example, a compressed gas (nitrogen) cylinder 18 or a compressor with a receiver, a pressure regulator 19, a pressure gauge 20, an electromagnetic inlet valve 21 and a non-return valve 22. In the body of the incident mass 3 the pins 24 are fixed, moving in the grooves 23 and connected through cables 4 and blocks 5 to the coil 25 of the winch mechanism 2. The coil 25 of the winch mechanism has a diameter determined by the formula: D _k = h / π, where h is the height of the mass. This diameter of the coil 25 of the winch mechanism 2 allows you to minimize weight and inertia, its rotation, as well as reduce the length of the cable 4 and reduce the number of revolutions of the coil 25 when the mass 3 falls or rises.

Источник сейсмических сигналов работает следующим образом. В транспортном положении масса 3 в направляющей трубе 6 находится в зафиксированном положении, а труба 6, в свою очередь, находится в горизонтальном положении. В точке возбуждения сейсмических сигналов труба 6 устанавливается в вертикальное положение известными механизмами (на чертежах не показаны). Запускается электродвигатель лебедки 2, при этом муфта 26 отключена и катушка 25 не вращается. Регулятором давления 19 устанавливают требуемое расчетное давление. Затем через клапан 21 давление подают в камеру 11 с поршнем 12 через трубопроводную магистраль и обратный клапан 22. После выполнения перечисленных операций сейсмоисточник готов к пуску.The source of seismic signals works as follows. In the transport position, the mass 3 in the guide pipe 6 is in a fixed position, and the pipe 6, in turn, is in a horizontal position. At the point of excitation of the seismic signals, the pipe 6 is installed in a vertical position by known mechanisms (not shown in the drawings). The winch motor 2 starts, while the clutch 26 is disconnected and the coil 25 does not rotate. The pressure regulator 19 sets the desired design pressure. Then, through the valve 21, pressure is supplied to the chamber 11 with the piston 12 through the pipeline and the non-return valve 22. After performing the above operations, the seismic source is ready to start.

При подаче команды “пуск” от пульта управления срабатывают электромагниты 10 и муфта 15 перемещается вверх. Шарики 14 при этом освобождают массу 3 путем перемещения шариков 14 из выточки 28 в массе 3 в выточку 29 муфты 15. Указанное перемещение шариков 14 происходит за счет того, что центры тяжести шариков смещены на величину L (фиг.3) от внутренней стенки трубы в сторону выточки 29 муфты 15. Под действием потенциальной энергии сжатого газа, заключенного в камере 11, и за время перемещения поршня 12 до упора, масса 3 получает ускорение до заданной скорости, значительно превышающей скорость свободного падения массы 3. Таким образом, скорость массы 3 при подлете к излучающей плите 27 в точке возбуждения будет складываться изначально заданной скорости

и скорости свободного падения

. Соответственно этому энергия воздействия на точку возбуждения будет определяться формулой:When a “start” command is issued from the control panel, the electromagnets 10 act and the clutch 15 moves up. The balls 14 in this case release the mass 3 by moving the balls 14 from the recess 28 in the mass 3 to the recess 29 of the coupling 15. The indicated movement of the balls 14 is due to the fact that the centers of gravity of the balls are shifted by the amount L (Fig. 3) from the inner wall of the pipe the side of the groove 29 of the coupling 15. Under the action of the potential energy of the compressed gas enclosed in the chamber 11, and during the movement of the piston 12 to the stop, the mass 3 is accelerated to a predetermined speed significantly exceeding the free fall rate of the mass 3. Thus, the speed of the mass 3 at approach to and the radiating plate 27 at the point of excitation will add up to the originally set speed

and free fall rates

. Accordingly, the energy of influence on the excitation point will be determined by the formula:

где V - объем камеры 11, М - масса 3, h - высота подъема массы 3, Р - давление в камере 11. Давление Р в камере 11 может изменяться, следовательно, будет изменяться и скорость падения массы и ее кинетическая энергия. Таким образом, при неизменной массе груза и высоте его падения появляется возможность регулировать энергию удара падающей массы в достаточно широких пределах. По мере перемещения массы 3 по направляющей трубе 6 кольцо 16 под действием пружины 17 переместится вниз и предотвратит выпадение шариков 14 внутрь трубы 6. Как только поршень 12 остановится на упоре (стенке камеры) давление в камере 11 сбрасывается в атмосферу через выхлопное отверстие 13 и окна 8. При перемещении массы 3 вниз трос 4 свободно сматывается с катушки 25 лебедочного механизма 2, так как электромагнитная муфта 26 отключена. После воздействия массы 3 через излучающую плиту 27 на грунт по команде с блока управления или автоматически включается муфта 26 при работающем на подъем электродвигателе лебедочного механизма 2 и масса 3 поднимается вверх до упора, при этом кольцо 16 поднимается, шарики 14 заходят в кольцевую выточку на массе 3, а муфта 15 под действием пружин и собственного веса опустится - произойдет фиксация падающей массы 3, а электромагнитная муфта 26 лебедочного механизма 2 автоматически отключается. Сейсмоисточник готов к следующему пуску.where V is the volume of the chamber 11, M is the mass of 3, h is the height of the lift of the mass 3, P is the pressure in the chamber 11. The pressure P in the chamber 11 can vary, therefore, the rate of fall of the mass and its kinetic energy will also change. Thus, with a constant mass of the cargo and the height of its fall, it becomes possible to regulate the impact energy of the falling mass in a fairly wide range. As the mass 3 moves along the guide pipe 6, the ring 16 under the action of the spring 17 will move down and prevent the balls 14 from falling inside the pipe 6. As soon as the piston 12 stops at the stop (chamber wall), the pressure in the chamber 11 is released into the atmosphere through the exhaust opening 13 and windows 8. When moving the mass 3 downward, the cable 4 is freely wound from the coil 25 of the winch mechanism 2, since the electromagnetic clutch 26 is disconnected. After the impact of the mass 3 through the radiating plate 27 on the ground, at the command of the control unit, the clutch 26 is automatically turned on when the winch mechanism 2 is working on the lift and the mass 3 rises up to the stop, while the ring 16 rises, the balls 14 go into the ring groove on the mass 3, and the clutch 15 will fall under the action of the springs and its own weight - the falling mass 3 will be fixed, and the electromagnetic clutch 26 of the winch mechanism 2 is automatically disconnected. The seismic source is ready for the next start.

Изобретение позволяет более эффективно использовать энергию падающей массы и обеспечить высокий сейсмический эффект за счет постоянства силы удара при изменении частоты следования импульсов.The invention allows more efficient use of the energy of the incident mass and provides a high seismic effect due to the constancy of the impact force when changing the pulse repetition rate.

Claims

1. A source of shock-type seismic signals, comprising a vehicle with a platform, a control unit supplying mass located in the guide tube, an emitting plate, a winch mechanism, a cable connecting the mass to the winch mechanism coil, characterized in that a launch accelerator is placed on the guide tube , a chamber with exhaust windows, a fixing device for holding the mass in the upper position, and the launch accelerator located at the upper end of the guide pipe includes a chamber with a piston, pressure in which it can change, the incident mass is placed in the guide tube so that it is fixed in the upper position and at the same time hermetically closes the exhaust hole made in the piston of the launch accelerator chamber.

2. The source according to claim 1, characterized in that for changing the pressure in the chamber of the launch accelerator, it is equipped with a compressed gas cylinder or compressor with a receiver and a control system including a pressure regulator with pressure gauge, an electrically controlled intake valve and a non-return valve.

3. The source according to claim 1, characterized in that the winch mechanism is equipped with an electromagnetic clutch designed only for lifting the incident mass.

4. The source according to claim 1, characterized in that the diameter of the coil of the winch mechanism is selected according to the formula D _k = h / π, where h is the height of the mass.