Скважинный источник упругих колебаний

 

Изобретение относится к скважинным импульсным источникам сейсмических волн и может быть использовано преимущественно при шахтной сейсморазведке. Цель изобретения - повышение мощности возбуждения поперечных сейсмических волн, управление диаграммой направленности и снижение уровня шумов. В полом цилиндрическом корпусе источника соосно расположен ударный шток, нижний конец которого имеет коническое окончание и связан с коническим выступом, выполненным на дне корпусе, через пружину сжатия. Между образующими конусов установлены с возможностью перемещения секторы кругового кольца. С внешней стороны в центральной части секторов напротив вертикальной прорези, выполненной в стенке корпуса, закреплены съемные бойки с насаженными резиновыми прокладками. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 V 1/053

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4714081/25 (22) 03.07.89 (46) 23.04.92. Бюл. N. 15 (71) Украинский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) В.И.Жулябин, А.В,Анциферов и

Ю.Г.Мясников (53) 550.834 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 112244664488,, кКл, G 01 V 1/143, 1959.

Авторское свидетельство СССР

N 1543358, кл. G 01 V 1/053, 1988. (54) СКВАЖИННЫЙ ИСТОЧНИК УПРУГИХ

КОЛ Е БАН ИЙ (57) Изобретение относится к скважинным импульсным источникам сейсмических волн и может быть использовано преимущестИзобретение относится к скважинным импульсным источникам сейсмических волн и может быть использовано преимущественно в шахтной сейсморазведке.

Известно устройство для возбуждения поперечных сейсмических волн путем механического воздействия на стенки скважины, включающее металлический корпус, в котором размещены спиральная пружина, боек и ударник, выполненный в виде головки.

Для управления с поверхности взводом и спуском ударной пружины внутри штанг проложены штоки..

Недостатками этого устройства являются малая мощность ударного импульса, обусловленная незначительной энергией спиральной пружины, из-за ее малых габа„, SU „„1728818A1 венно при шахтной сейсморазведке. Цель изобретения — повышение мощности возбуждения поперечных сейсмических волн, управление диаграммой направленности и снижение уровня шумов. В полом цилиндрическом корпусе источника соосно расположен ударный шток, нижний конец которого имеет коническое окончание и связан с коническим выступом, выполненным на дне корпусе, через пружину сжатия. Между образующими конусов установлены с возможностью перемещения секторы кругового кольца. С внешней стороны в центральной части секторов напротив вертикальной прорези, выполненной в стенке корпуса, закреплены съемные бойки с насаженными резиновыми прокладками. 2 з.п.ф-лы, 5 ил. ритов в снаряде для скважин малого диаметра и неуправляемость диаграммой направленности.

Наиболее близким по технической сущности является скважинный источник попереч н ых волн, включающий полый цилиндрический корпус, ударный шток, поворотную пружину и цилиндрический излучательь.

Недостатками известного источника являются малая мощность энергии упругих колебаний, возбуждаемых в массиве, и неуправляемость диаграммой их направленности. Значительная часть энергии теряется на кручение поворотной пружины, соединяющей ударный шток и излучатель, а также на сложный изгиб упругих пластин, 1728818 через которые энергия возбуждения передается на грунтозацепы. Способ формирования упругих волн — возбуждение грунтозацепами касательной к окружности шпура силы — не позволяет управлять диаграммой направленности.

Цель изобретения — повышение мощности возбуждения поперечных сейсмических волн, управление диаграммой направленности и снижение уровня шумов, Указанная цель достигается тем, что скважинный источник упругих колебаний, включает полый цилиндрический корпус с прорезями и упругим основанием, а расположенные в нем соосно ударный шток и цилиндрический излучатель выполнены так, что нижний конец ударного штока имеет коническое основание, а дно корпуса имеет вовнутрь обращенный конический выступ, причем углы при вершинах этих конусов равны, и при этом вершины конусов связан ы между собой и ружи ной сжатия., Излучатель выполнен в виде секторов кругового кольца, размещенных между конусами, при этом сектора стянуты упругими кольцами. С внешней стороны секторов, в их центральной части, закреплены ударные бойки, На ударные бойки насажены упругие прокладки, На фиг. 1 изображен скважинный источник в исходном положении, общий вид; на фиг, 2 — то же, в рабочем положении; на фиг.

3 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 4 — разрез

Б — Б на фиг.2; на фиг, 5 — кинематическая схема излучателя.

Скважинный источник упругих колебаний включает цилиндрический корпус 1, дно которого с внешней стороны имеет упругое основание 2, а с внутренней — конический выступ 3, Внутри корпуса соосно с ним расположен ударный шток 4, коническое окончание 5 которого связано с выступом 3 пружиной 6 сжатия. Между конусами 3 и 5 установлены с возможностью перемещения вдоль их образующих по крайней мере четыре сектора 7 кругового кольца, которые стянуты кольцами 8 из упругого материала (например, резины). С внешней стороны в центральной части секторов 7, напротив вертикальных прорезей 9 в корпусе, закреплены съемные бойки 10 с насаженными на них упругими прокладками 11, которые обеспечивают акустическую развязку (амортизацию) секторов 7 кругового кольца с корпусом 1. Упругое основание 2 поглощает и частично рассеивает вертикальную составляющую импульсной нагрузки, передающуюся на забой скважины 12.

Источник работает следующим образом, 5

Источник помещают в скважину 12 до упора с ее забоем. При ударном воздействии (показано стрелкой) на шток 4 он перемещается вдоль оси корпуса 1 и сжимает пружину 6 сжатия. При этом секторы 7 кругового кольца перемещаются вдоль образующих конусов 3 и 5 в радиальном направлении, бойки 10 ударяются о стенки скважины и формируют в массиве упругие волны.

Для снижения уровня шумов, которые могут возникнуть при соприкосновении (ударе) секторов 7 о корпус источника, в момент удара по штоку 4, на бойки 10 насажены кольца 11 из упругого материала, например резины, амортизирующие и поглощающие ударную поперечную составляющую ударной нагрузки на шток 4, Кинематическая схема излучателя в рабочем положении (при приложении импульсной нагрузки на шток) показана на фиг. 5, За счет осевого перемещения конических поверхностей выступа 3 и конического окон-. чания 5 один навстречу другом направление вектора ударной нагрузки, прилагаемой к штоку 4 в момент удара по нему вдоль его оси, трансформируется с осевого в радиальное перемещение сектора 7 кругового кольца и удар по стенкам скважины 12 бойкой

10. Потери энергии, определяющие КПД источника, при этом обусловлены трением поверхностей соприкосновения секторов 7 о образующие конических поверхностей 3 и 5, сжатием пружины 6 сжатия и растяжением упругих колец 8. Потери энергии снижаются при увеличении угла 2 а при основании конусов 3 и 5 до 90О, так как при этом возрастает радиальная составляющая вектора силы, равная F1=Fo sina, где F<> — усилие на сектор 7 со стороны конуса 5 (действующее по нормали к конической поверхности). Упругость пружины 6 сжатия действует против осевой составляющей Fz, а упругость колец

8 — радиальной составляющей F<. Усилия сжатия пружины 6 Есж и растяжения упругих конец 8 Еу, подбирают экспериментально в зависимости от угла и усилия, прикладываемого к штоку 4:

Есж — Кр Е;

Еу Ks F

1 хF sin2a где Кр и Ks — коэффициенты, учитывающие величину внешней возбуждающей силы F (подбираются экспериментально и обычно составляют 0,1 — 0,2).

После снятия импульсной нагрузки на шток 4 под действием цилиндрической пружины 6 он возвращается в исходное поло1728818 юг.7 жение. Секторы кругового кольца 7 под действием упругих колец 8 сжимаются, возвращая ударные бойки 10 в исходное положение. Источник вновь готов к работе.

Управление диаграммой направленности осуществляется путем изменения числа 5 ударных бойков в излучателе, так как диаграммы направленности при воздействии на массив одной или системой сил различны.

Для достижения уровня шумов, возникающих в момент удара от соударения секто- 10 ров кругового кольца с внутренней поверхностью корпуса, на ударные бойки надеты упругие прокладки.

Формула изобретения 15

1. Скважинный источник упругих колебаний, включающий полый цилиндрический корпус с вертикальными прорезями и упругим основанием, соосно расположенный в нем ударный шток и излуч ю шийся тем, что, с целью повышения мощности возбуждения поперечных сейсмических волн, нижний конец ударного штока имеет коническое окончание, а дно корпуса снабжено обращенным вовнутрь коническим выступом, при.атом вершины конусов связаны между собой пружиной сжатия, а излучатель выполнен в виде секторов кольца, размещенных между образующими конусов и стянутых упругими кольцами, и с внешней стороны в центральной части секторов напротив вертикальных прорезей закреплены ударные бойки.

2. Источник по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью управления диаграммой направленности, ударные бойки выполнены съемными.

3. Источник по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения уровня шумов, на ударные бойки насажены упругие

1728818

1728818 г г г г

40

50

Составитель В. Жулябин

Техред М.Моргентал Корректор М. Кучерявая

Редактор А. Козориз

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

Заказ 1407 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5