RU2376613C1

RU2376613C1 - Pneumatic seismic signal source sibiryak

Info

Publication number: RU2376613C1
Application number: RU2008128152/28A
Authority: RU
Inventors: Виктор Сергеевич Селезнев (RU); Виктор Сергеевич Селезнев; Владимир Николаевич Кашун (RU); Владимир Николаевич Кашун; Юрий Александрович Москаленко (RU); Юрий Александрович Москаленко; Сергей Михайлович Бабушкин (RU); Сергей Михайлович Бабушкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Геофизическая служба"
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2009-12-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: proposed invention relates to exploration geophysics, specifically to devices for producing seismic signals, and can be used in oil and gas seismic prospecting. The Sibiryak source is a linear type device with at least two separate working volumes of compressed air, which are simultaneously opened through a trigger - electropneumatic valve. The ratio of the upper and lower sealing diametres of the valves of the pneumatic chamber increase linearly from top to bottom of the head pneumatic chamber. A high-power seismic signal forms in the medium. Transmission of the power pulse is matched with the value of contact-sealing pressure in the chambers of the source.

EFFECT: generation of a high-power seismic signal when working inside wells using a vertical seismic profiling (VSP) method and provision for stable synchronisation of the discharge time of the pneumatic chamber of the source upon instruction by the trigger of the electropneumatic valve.

2 cl, 1 dwg

Description

Пневматический источник сейсмических сигналов относится к разведочной геофизике, а именно к устройствам возбуждения сейсмических сигналов, в которых используется выхлоп сжатого до высокого давления воздуха для возбуждения упругих колебаний, и может быть использован при проведении сейсморазведочных работ нефти и газа.The pneumatic source of seismic signals relates to exploration geophysics, namely to devices for exciting seismic signals, which use exhaust compressed to high pressure air to excite elastic vibrations, and can be used for seismic exploration of oil and gas.

Известны технические средства, используемые для возбуждения упругих колебаний в наземной и морской сейсморазведке (1).Known technical means used to excite elastic vibrations in land and sea seismic surveys (1).

При проведении работ методом вертикального сейсмического профилирования (ВСП), исследований в транзитных зонах на мелководном шельфе необходим источник сейсмического сигнала повышенной мощности. Мощность источника определяется амплитудой возбуждаемого сигнала. Наиболее интенсивный рост амплитуды сигнала без изменения его спектральных характеристик достигается при группировании источников сейсмических сигналов (2). При этом повышение интенсивности суммарного излучаемого сигнала источника возможно в условиях синхронизации времени выхлопа сжатого воздуха.When carrying out vertical seismic profiling (VSP), studies in transit zones on a shallow shelf, a source of high power seismic signal is required. The source power is determined by the amplitude of the excited signal. The most intensive increase in the signal amplitude without changing its spectral characteristics is achieved by grouping sources of seismic signals (2). In this case, an increase in the intensity of the total emitted source signal is possible under conditions of synchronization of the compressed air exhaust time.

Известен пневматический источник сейсмических сигналов, состоящий из пневмокамер и запускающего электропневмоклапана (3). Пневмокамеры соединены между собой в линейную группу с помощью полых переходников, содержащих подвижные поршни и штоки, обеспечивающие передачу движения одного поршня всем остальным при срабатывании электропневмоклапана головной пневмокамеры.Known pneumatic source of seismic signals, consisting of pneumatic chambers and starting electro-pneumatic valve (3). Pneumatic chambers are interconnected in a linear group using hollow adapters containing movable pistons and rods, providing transmission of the movement of one piston to all the others when the electro-pneumatic valve of the head pneumatic chamber is triggered.

Известен пневматический источник сейсмических сигналов «Малыш», предназначенный для сейсмических исследований в зонах предельного мелководья (4). Устройство содержит цилиндрический корпус, снабженный запускающим электропневмоклапаном, каналом подачи сжатого воздуха, выхлопными окнами, пневмокамерой с подвижным затвором и уплотнителями. Однако при высокой надежности и удобстве работы мощность его излучаемого сигнала недостаточна для проведения сейсморазведочных работ методом вертикального сейсмического профилирования.Known pneumatic source of seismic signals "Kid", designed for seismic studies in areas of extreme shallow water (4). The device comprises a cylindrical body equipped with a starting electro-pneumatic valve, a compressed air supply channel, exhaust windows, a pneumatic chamber with a movable shutter and gaskets. However, with high reliability and ease of use, the power of its emitted signal is insufficient for conducting seismic surveys using the vertical seismic profiling method.

Известна система пневматических источников сейсмических сигналов для мелководья и вертикального сейсмического профилирования, образующая группу из 2-4 последовательно соединенных малогабаритных пневмоисточников сейсмических сигналов с возможностью управления посредством одного клапана управления по общему каналу подрыва (5).A known system of pneumatic sources of seismic signals for shallow water and vertical seismic profiling, forming a group of 2-4 series-connected small-sized pneumatic sources of seismic signals with the ability to control through one control valve through a common blast channel (5).

Для получения интенсивного суммарного сигнала необходимо стабильная синхронизация моментов выхлопа пневмокамер в системе пневматических источников.To obtain an intense total signal, stable synchronization of the moments of the exhaust of pneumatic chambers in a system of pneumatic sources is necessary.

Целью изобретения является формирование сейсмического сигнала повышенной мощности при проведении работ в скважинах методом ВСП и обеспечение стабильной синхронизации времени выхлопа пневмокамер источника по команде запускающего элемента электропневмоклапана.The aim of the invention is the formation of a seismic signal of increased power when working in wells by the VSP method and ensuring stable synchronization of the exhaust time of the source air chambers at the command of the starting element of the electro-pneumatic valve.

Поставленная цель достигается путем создания групповой линейной системы пневмокамер не менее чем из двух камер с единым запуском, то есть линейной группы пневмоисточника, в которой передача силового сигнала обеспечивает срабатывание всех камер одновременно, формируя мощный сейсмический сигнал в области высоких частот.This goal is achieved by creating a group linear system of pneumatic chambers from at least two chambers with a single start, that is, a linear group of a pneumatic source in which the transmission of a power signal ensures the operation of all chambers simultaneously, forming a powerful seismic signal in the high-frequency region.

Для обеспечения стабильной синхронизации времени выхлопа всех пневмокамер сейсмоисточника необходимо создание контактно-герметизирующего давления сжатого воздуха в каждой из камер пневмоисточника, согласовано с которым силовой импульс сжатого воздуха от электропневмоклапана поступает на все подрывающие бровки подвижных затворов пневмокамер линейной группы, запуская механизм пневмовзрыва. При этом подвижные затворы выполнены с линейно уменьшенной величиной контактного прижатия их к торцевым уплотнителям, а отношение верхнего и нижнего уплотняющих диаметров затворов линейно увеличено сверху вниз по закону линейного увеличения, считая от головной пневмокамерыTo ensure stable synchronization of the exhaust time of all pneumatic chambers of the seismic source, it is necessary to create a contact-sealing pressure of compressed air in each of the chambers of the pneumatic source, according to which a power pulse of compressed air from the electro-pneumatic valve is supplied to all blasting edges of the movable shutters of the pneumatic chambers of the linear group, starting the pneumatic explosion mechanism. In this case, the movable shutters are made with a linearly reduced value of their contact pressing against the end seals, and the ratio of the upper and lower sealing diameters of the valves is linearly increased from top to bottom according to the law of linear increase, counting from the head air chamber

,

где ⌀1 - верхний уплотняющий диаметр затвора головной камеры,where ⌀1 is the upper sealing diameter of the shutter of the head chamber,

⌀2 - верхний уплотняющий диаметр затвора второй камеры,⌀2 is the upper sealing diameter of the shutter of the second chamber,

⌀3 - верхний уплотняющий диаметр затвора третьей камеры,⌀3 is the upper sealing diameter of the shutter of the third chamber,

⌀0 - нижний уплотняющий диаметр затвора всех затворов в области подрывающих бровок, что создает возможность при линейном же уменьшении сверху вниз величины силового импульса от электропневмоклапана осуществить одновременный запуск всех рабочих пневмокамер источника, обеспечивая стабильную синхронизацию времени выхлопа сжатого воздуха из пневмокамер, формируя в среде сейсмический сигнал повышенной мощности чертеж.⌀0 is the lower sealing diameter of the shutter of all the gates in the area of blasting brow, which makes it possible, while linearly decreasing from top to bottom, the magnitude of the power pulse from the electro-pneumatic valve, to simultaneously launch all working pneumatic chambers of the source, providing stable synchronization of the time of exhaust of compressed air from the pneumatic chambers, forming a seismic medium high power signal drawing.

Такая схема передачи пневматического силового импульса от электропневмоклапана ко всем пневмокамерам линейной группы, время передачи которого по линии согласовано с величиной контактно-герметизирующего давления сжатого воздуха в каждой рабочей пневмокамере источника, является существенным отличительным признаком и обеспечивает высокий положительный эффект от использования данного изобретения, а именно обеспечение стабильной синхронизации времени выхлопа сжатого воздуха из всех пневмокамер и формирование в среде сейсмического сигнала повышенной мощности.Such a scheme for transmitting a pneumatic power pulse from an electro-pneumatic valve to all pneumatic chambers of the linear group, the transmission time of which along the line is consistent with the value of the contact sealing pressure of compressed air in each working pneumatic chamber of the source, is an essential distinguishing feature and provides a high positive effect from the use of this invention, namely ensuring stable synchronization of the time of exhaust of compressed air from all pneumatic chambers and the formation of seismic Ignal high power.

На чертеже приведена схема пневматического источника сейсмических сигналов до производства пневмовзрыва.The drawing shows a diagram of a pneumatic source of seismic signals before the production of pneumatic explosion.

Пневматический источник состоит из электропневмоклапана 1 с уплотнительной шайбой 2, пневмокамер 3, соединенных жестко между собой в линию, воздушных каналов 4, 5, электрического кабеля 6. Каждая пневмокамера 3 имеет цилиндрическую емкость 7 для сжатого воздуха, торцевые уплотнители из капролона 8, подвижный затвор 9 с уплотнителем 10, подрывающей бровкой 11, выхлопные окна 12, тормозные камеры 13 и представляет собой отдельный модуль, соединяющийся с другими при помощи переходных муфт.The pneumatic source consists of an electro-pneumatic valve 1 with a sealing washer 2, pneumatic chambers 3, rigidly interconnected in a line, air channels 4, 5, electric cable 6. Each pneumatic chamber 3 has a cylindrical container 7 for compressed air, mechanical seal from caprolon 8, movable shutter 9 with a seal 10, undermining the brow 11, exhaust windows 12, brake chambers 13 and is a separate module that is connected to others using adapter couplings.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Сжатый воздух под высоким давлением 100-130 атм от источника избыточного давления через каналы 4 поступает в рабочий объем электропневмоклапана 1 и в емкости 7 пневмокамер 3. Первая порция сжатого воздуха, попадая через каналы 4 в емкости 7, прижимает затворы 9 к торцевым уплотнителям 8, герметизируя все пневмокамеры до момента их заполнения сжатым воздухом с рабочим давлением 130 атм. При подаче импульсного тока на катушку электропневмоклапана 1 последний, разгерметизируя свой рабочий объем по каналам 5, подает порцию воздуха последовательно на подрывающие бровки 11 затворов 9. В результате подвижные затворы 9 с большой скоростью смещаются вверх, рабочие объемы пневмокамер 3 разгерметизируются и сжатый воздух из них через выхлопные окна 12 выбрасывается в окружающую среду одновременно от всех активных рабочих пневмокамер, излучая мощный сейсмический сигнал. После выхлопа сжатого воздуха из рабочих объемов 7 затворы 9 за счет падения давления в пневмокамерах 3 и сохранения высокого давления в тормозных камерах 13 сначала тормозятся, а затем возвращаются в исходное положение и герметизируют рабочие емкости 7. Цикл окончен, источник готов к повторному действию. После последующего заполнения сжатым воздухом рабочих объемов камер источника цикл может быть повторен.Compressed air at a high pressure of 100-130 atm from the source of overpressure through channels 4 enters the working volume of the electro-pneumatic valve 1 and in the tank 7 of the pneumatic chambers 3. The first portion of compressed air, entering through the channels 4 in the tank 7, presses the shutters 9 against the mechanical seals 8, sealing all pneumatic chambers until they are filled with compressed air with a working pressure of 130 atm. When applying a pulse current to the coil of the electro-pneumatic valve 1, the latter, depressurizing its working volume through channels 5, delivers a portion of air sequentially to the blasting edges 11 of the valves 9. As a result, the movable valves 9 are displaced upward with high speed, the working volumes of the pneumatic chambers 3 are depressurized and the compressed air from them through the exhaust windows 12 is released into the environment simultaneously from all active working pneumatic chambers, emitting a powerful seismic signal. After exhausting compressed air from the working volumes 7, the valves 9 due to the pressure drop in the pneumatic chambers 3 and the high pressure in the brake chambers 13 are first braked, then returned to their original position and seal the working containers 7. The cycle is finished, the source is ready for re-action. After filling the working volumes of the source chambers with compressed air, the cycle can be repeated.

Таким образом, пневматический источник сейсмических сигналов «Сибиряк» конструктивно представляет собой блочную конструкцию линейно соединенных модулей из активных рабочих пневмокамер с единым головным запуском и синхронным взаимодействием камер.Thus, the Sibiryak pneumatic source of seismic signals is structurally a block design of linearly connected modules of active working air chambers with a single head start and synchronous camera interaction.

Расчеты и испытания опытных образцов показали, что запуск активных элементов проводится одновременно с точностью не менее 0,7-0,5 мс. В состав устройства входит специальный датчик отметки момента для передачи на пульт управления (контроллер) импульса момента срабатывания источника. Амплитуда волны давления при «выхлопе» трех излучателей составляет величину не менее 3,6 бар. Амплитуда пикового значения импульса может составить 3,2 атм метр.Calculations and tests of prototypes showed that the launch of active elements is carried out simultaneously with an accuracy of at least 0.7-0.5 ms. The structure of the device includes a special sensor for marking the moment for transmitting to the control panel (controller) the pulse of the moment the source is activated. The amplitude of the pressure wave during the "exhaust" of the three emitters is at least 3.6 bar. The amplitude of the peak value of the pulse can be 3.2 atm meter.

Проведены испытания опытных образцов пневматического источника сейсмических сигналов «Сибиряк» на прочность, безопасность, проведена проверка его работоспособности и технологичности использования. Произведено 1220 циклов на рабочем давлении 13 МПа без отказов. Собственное время срабатывания излучателя при каждом цикле составило 16 мс + 0,7 мс. Блочная конструкция пневматического источника, выполненная в виде отдельных модулей, позволяет в случае необходимости проводить их оперативную замену с минимальной потерей производительности выполняемых на профиле работ. Известные элементы в источнике проверены и отработаны, что в целом обеспечивает высокую надежность и эффективность использования пневмоисточника «Сибиряк» с новыми существенными конструктивными признаками, с большей мощностью формируемой сейсмической волны.Tests of prototypes of the pneumatic source of seismic signals “Sibiryak” were tested for strength, safety, and its operability and manufacturability were tested. 1220 cycles were produced at a working pressure of 13 MPa without failures. The proper response time of the emitter for each cycle was 16 ms + 0.7 ms. The block design of the pneumatic source, made in the form of separate modules, allows, if necessary, to carry out their rapid replacement with minimal loss of performance performed on the profile of the work. Known elements in the source are tested and tested, which generally ensures high reliability and efficiency of using the Sibiryak pneumatic source with new significant structural features, with a greater power of the generated seismic wave.

Пневматический источник сейсмических сигналов «Сибиряк» используют как скважинный источник для проведения сейсморазведочных работ в скважинах, а также он может быть применен при геофизических исследованиях, в геологоразведочных работах, для проведения сейсморазведочных работ в районах предельного мелководья при глубинах акваторий от 0 м до 2,0 м, в транзитных зонах «суша-море».The pneumatic source of seismic signals “Sibiryak” is used as a borehole source for conducting seismic exploration in wells, and it can also be used in geophysical exploration, geological exploration, for seismic exploration in areas of extreme shallow water at water depths from 0 m to 2.0 m, in transit zones "land-sea".

С помощью ряда источников «Сибиряк» можно создавать группы как площадные, так и линейные скважинного или донного варианта, что расширяет возможности использования данного изобретения.Using a number of Sibiryak sources, it is possible to create groups of both areal and linear borehole or bottom versions, which expands the possibilities of using this invention.

Claims

1. The pneumatic source of seismic signals, containing the starting electro-pneumatic valve and a linear group of pneumatic chambers, including movable shutters, gaskets, compressed air supply channel and exhaust windows, characterized in that the pneumatic power pulse of compressed air from the electro-pneumatic valve is supplied to the blasting edges of the movable shutters of the pneumatic chambers according to the value contact-sealing pressure of compressed air in each of the chambers of the linear group, while the movable valves in the pneumatic chambers are made with linearly reduced value of contact pressing them to the mechanical seals from the beginning to the end of the source, and the ratio of the upper and lower sealing diameters of the valves is linearly increased according to the law of linear increase from top to bottom from the head air chamber

where ⌀1 is the upper sealing diameter of the shutter of the head chamber,
⌀2 is the upper sealing diameter of the shutter of the second chamber,
⌀3 is the upper sealing diameter of the shutter of the third chamber,
⌀0 is the lower sealing diameter of the shutter of all the gates in the area of blasting brow, which makes it possible, while linearly decreasing from top to bottom, the magnitude of the power pulse from the electro-pneumatic valve, to simultaneously launch all working pneumatic chambers of the source, providing stable synchronization of the exhaust time of compressed air from all pneumatic chambers of the linear group, forming high power seismic signal in the medium.

2. The pneumatic source according to claim 1, characterized in that the air chambers of the source are linearly and rigidly interconnected by means of adapter couplings into a block design of separate modules, forming a linear group of at least two modules capable of interchangeability.