Скважинный геофон

 

Изобретение относится к области геофизических исследований горных массивов, в частности к скважинным устройствам, контролирующим изменение напряженного состояния горных пород. Цель изобретения - получение акустического контакта с заданными свойствами путем создания возможности управления положением геофона не дне скважины. Геофон содержит цилиндрический корпус-контейнер с трубчатым хвостовиком и пружиной, чувствительный и контролирующий элементы, распорный и регулирующий узлы. Распорный узел составлен из кольца с конической поверхностью , снабженной упорами, и втулки с пазами, сопрягаемой с хвостовиком. Регулирующий узел в. виде барабана содеожит закрепленные на его внешней поверхности плоские пружины с возможностью их взаимодействия с конической поверхностью кольца и упорами. Незакрепленные концы плоских пружин образуют часть витков винтовой поверхности и отогнуты под тупым углом относительно наружной поверхности барабана 4 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 V 1/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ барабана. 4 ил.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4724132/25 (22) 27.07,89 (46) 07.11.91. Бюл. М 41 (71) Институт горного дела Дальневосточного отделения АН СССР (72) В.М,Поздняков и И.А.Кривошеев (53) 550.834(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1278744, кл. G 01 Ч 1/40, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1343371, кл. G 01 V 1/40, 1986. (54) СКВАЖИННЫЙ ГЕОФОН. (57) Изобретение относится к области геофизических исследований горных массивов, в частности к скважин ным устройствам, контролирующим изменение напряженного состояния горных пород. Цель изобретения— получение акустического контакта с задан. Изобретение относится к геофизическим исследованиям горных массивов, в частности к скважинным устройствам, контролирующим изменение напряженного состояния массива горных пород.

Известно устройство для приема упругих колебаний, содержащее пневмокамеру в виде цилиндрической оболочки из эластичного

- материала, герметично закрепленной между двумя фланцами, расположенный внутри оболочки контейнер с преобразователями и контактную пластину, продольно установленную на внешней поверхности цилиндрической оболочки вдоль ее образующей и жестко соединенную с контейнером, причем устройство дополнительно снабжено двумя жесткими планками, неподвижно соединенными по крайней мере двумя размещенными внутри цилиндрической оболочки штоками, при этом планки цилиндрической

„„SU ÄÄ 1689903 А1 ными свойствами путем создания возможности управления положением геофона на дне скважины. Геофон содержит цилиндрический корпус-контейнер с трубчатым хвостовиком и пружиной, чувствительный и контролирующий элементы, распорный и регулирующий узлы. Распорный узел составлен из кольца с конической поверхностью, снабженной упорами, и втулки с пазами, сопрягаемой с хвостовиком. Регулирующий узел в. виде барабана содеожит закрепленные на его внешней поверхности плоские пружины с возможностью их взаимодействия с конической поверхностью кольца и упорами. Незакрепленные концы плоских пружин образуют часть витков винтовой поверхности и отогнуты под тупым углом относительно наружной поверхности оболочки симметричны относительно контактной пластины и продольной оси цилиндрической оболочки (1).

К недостаткам данного устройства относятся отсутствие контроля акустического контакта между массивом горных пород и активной поверхностью приемника упругих колебаний, так как активная поверхность может попасть на трещину или выступ породы, и как результат такой установки — низкая достоверность получаемых результатов.

Известен скважинный приемник упругих колебаний, содержащий распорную пневмокамерув виде цилиндрической оболочки из эластичного материала и по крайней мере два преобразователя упругих колебаний, причем распорная пневмокамера помещена в корпус в виде полого цилиндра с боковым продольным вырезом глубиной не более половины диаметра корпуса и длиной, равной длине

1689903

50 пневмокамеры, которая укреплена одним торцом на цилиндрической втулке, жестко установленной в торцовой части корпуса, а другим торцом пневмокамера связана с установленными соосно c продольной осью корпуса преобразователем, имеющим жесткий контакт с корпусом посредством цилиндрической втулки, в которой за пределами распорной камеры перпендикулярно продольной оси корпуса установлен второй преобразователь(2).

К недостаткам известного устройства относится отсутствие возмо>кности регулирования и воспроизводимости контакта датчика с массивом, что снижает достоверность измерений, осуществляемых посредством датчика.

Цель изобретения — получение акустического контакта с заданными свойствами путем создания возможности управления положением геофона на дне скважины, На фиг.1 изобра>кен геофон, готовый для установки в скважину, продольный разрез; на фиг.2 — то же, установленный в скважину, общий вид; на фиг,3 — часть втулки с пазами, входящими в нее хвостовиком, аксонометрия; на фиг,4 — управляющие штанги, аксонометрия, Устройство содержит корпус-контейнер

1 с установленным на одном из его торцов протекторов 2 чувствительного элемента 3, а к противоположному торцу корпуса закреплен трубчатый хвостовик 4 с гайкой 5 и контргайкой 6, а также регулирующий узел в виде барабана 7 с закрепленными пружинами 8, снабженными. пазами 9 и прижатыми к барабану полукольцами 10. К торцу барабана 7 присоединена крышка 11, внешним торцом контактирующая с пружиной

12. Распорный узел составлен из кольца 13 с конической поверхностью 14, снабженной упорами 15, и втулки 16 с пазами 17 и раструбом 18. Для обеспечения установки геофона в скважину корпус-контейнер 1 снабжен звездочками 19 из эластичного материала для центрирования корпуса геофона в скважине. Для обеспечения установки геофона в скважину он снабжен двумя входящими с гарантированным зазором одна в другую трубчатыми штангами 20 и 21, Внешняя штанга 20 имеет установленные радиально и закрепленные оппозитно на ее поверхности штыри 22, внутренняя штанга

21 снабжена двумя выступами 23, входящими в соприкосновение с пазами 24 хвостовика 4, сквозь которую пропущен кабель 25 управления чувствительным 3 и контролирующим 26 элементами. Полукольца 10 установлены с зазорами А, а пазы 9 пружин 8 ограничивают ход В втулки 16, обеспечивающий перемещение пружин 8 на величину Б.

Незакрепленные концы пружин 8 отогнуты под углом а от плоскости, перпендикулярной оси геофона. Каждый из концов представляет собой часть витка винтовой поверхности, описанной вокруг геофона в той же плоскости.

Геофон работает следующим образом.

Трубчатые штанги 20 и 21 вводят в полость втулки 16 так, чтобы выступы 23 штанги

21 и штыри 22 штанги 20 вошли в соприкосновение соответственно с пазами 24 и 17, а кабель 25 управления пропускают при этом сквозь штангу 21, Собранное таким образом устройство помещают в скважину (фиг.2), звездочки 19 которого из эластичного материала, например резины или термопластичной пластмассы, соприкасаясь со стенками скважины, определяют положение оси протектора 2 чувствительного элемента 3 близким к положению оси скважины, а поверхность протектора входит в контакт с дном скважины. Перемещают штангу 25 в осевом направлении, приближая ее к корпусу контейнеру 1 вдоль хвостовика 4, раздвигая пружины 8 конической поверхностью 14 кольца 13 до упора отогнутых концов 27 пружин 8 в стенку скважины, а так как каждая из пружин является самостоятельным эластичным элементом, то все пружины самоустанавливаются и опираются отогнутыми под углом концами на стенку скважины, Вращают штангу 20, одновременно создают давление на нее, направленное в сторону корпуса 1, отогнутые концы 27 пружин 8 врезаются в стенку скважины и, перемещаясь по винтовой линии благодаря углу*, ввинчиваются в скважину. Барабан 7, воздействуя на крышку 11, сжимает пружину

12, которая передает усилие на корпус 1 и прижимает его к дну скважины. На дне скважины могут быть неровности, выступы или остатки породы после обработки, мешающие плотному соприкосновению протектора 2 с дном скважины, поэтому при достижении некоторого например 10-20 N, усилия предварительную установку геофона считаютзаконченной.

Для обеспечения акустического контакта поверхности протектора 2 с дном скважины штангу 21 поворачивают вокруг оси в любом направлении, при этом постоянно подают от контролирующего элемента 26 зондирующий сигнал, Благодаря тому, что протектор снабжен пазом 28 с заостренными кромками, очищается поверхность дна, обеспечивая более плотное соприкосновение протектора и дна. Сжатая пружина 12 и эластичные вкладыши крышки 11 и кольца

13 (не показаны) демпфируют паразитные

1689903

40 сигналы и шумы. Гайка 5 и контргайка 6 удерживают всю систему в собранном состоянии, пазы 9 обеспечивают определенную величину хода втулки 16. В пазах перемещаются. упоры

15, выполняющие роль элементов, выводящих из зацепления отогнутых концов 17 пружин 8 при демонтаже геофона из скважины, а раструб 18 облегчает монтаж штанги 20 в геофон. Полукольца 10 благодаря крепежным элементам, например винтам и пазу А надежно закрепляют пружины 8 к барабану 7, Демонтаж геофона производят следующим образом, Штангу 20 вводят в скважину так, чтобы она вошла в раструб 18 и ее штыри 22 попали в пазы 17, выполненные в виде байонетных. После того, как штыри 22 войдут в зацепление с пазами 17, штангу 20 перемещают вдоль скважины в сторону, противоположную от корпуса-контейнера 1, при этом упоры 15 скользят по пазам 9 пружин 8, упираются в торцы пазов, сводят пружины в положение, указанное на фиг.1, после чего устройство извлекают из скважины.

Качество акустического контакта контролируют, например, способом контроля качества акустического контакта пьезопреобразователя при дефектоскопии изделий, заключающийся в том, что предварительно перед установкой на изделие пьезопреобразователь возбуждают сигналом, измеряют сигнал реакции пьезопреобразователя, устанавливают пьезопреобразователь на изделие, вновь измеряют параметры принятого сигнала и определяют качество контакта по изменению параметра, причем в качестве возбуждающего сигнала используют гармонические колебания с частотой, выше верх-. ней границы полосы частот регистрации сигналов акустической эмиссии, а в качестве измеряемого параметра — уровень принятого сигнала на частоте возбуждения.

Контроль акустического контакта в устройстве осуществляют посредствам контролирующего элемента 26, причем возбуждают !

30 его гармонические колебания с частотой, выше верхней границы полосы частот регистрации сигналов акустической эмиссии массива горных пород. регистрируемых чувствительным элементом 3.

t устройстве обеспечивается возможность создавания контролируемого и регистрируемого акустического контакта между протектором геофона и горной породой(дном скважины), что снижает погрешность измерений, обеспечивает постоянство уровня качества акустического контакта нескольких геофонов, а также постоянство параметров сигналов от измерения к измерению. Повышается достоверность информации, принятой геофоном из массива. Создается возможность установки серии датчиков с сопоставимой информацией для горного массива и при локации в нем источников акустической эмиссии.

Формула изобретения

Скважинный геофон, содержащий корпус с трубчатым хвостовиком, чувствительный и контролирующий элементы, распорный и регулирующий узлы, отличающийся тем, что, с целью получения акустического контакта с заданными свойствами путем создания возможности управления положечием геофона на дне скважины, распорный узел выполнен в виде втулки, установленной на хвостовике с пазами для внутренней штанги, один конец втулки выполнен с раструбом и пазами для штырей внешней штанги, на другом конце установлено кольцо с конической в сторону от штанг поверхностью, на которой размещены упоры, а регулирующий узел расположен на хвостовике между пружиной и распорным узлом и содержит барабан, на котором одним концом закреплены плоские пружины с продольными пазами, при этом незакрепленные концы пружин под туп ы м углом отогнуты относител ьно наружной поверхности барабана и срезаны под острым углом к плоскости, перпендикулярной оси геофона.

1689903

1689903

1689903

Фиг4

Составитель В. Ищенко

Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле

Редактор И. Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3812 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР l13035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., 4/5