Способ возбуждения сейсмических колебаний

 

Использование: в области геофизической техники, в частности в сейсморазведке, при механическом возбуждении сейсмических колебаний исполнительным механизмом (излучателем), погружаемым в скважину или другие выработки, в том числе в отложениях водоема или болота. Сущность изобретения: в примыкающей к излучателю зоне производят предварительное уплотнение и упрочнение грунта путем прижима элементов излучателя, непосредственно действующих на грунт, к стенкам скважины или выработки и возбуждают в этой зоне сейсмические колебания. Предварительное уплотнение и упрочнение грунта осуществляют с удельным статическим усилием σ_c , удовлетворяющим условию σ_s<σ_c<σ_p , где σ_s и σ_p - соответственно пределы упругости и прочности грунта на участке, выбранном для возбуждения колебаний. После этого через промежуток времени, достаточный для переупаковки структуры грунта, сейсмические колебания возбуждают с максимальной удельной силой σ_m , величина которой удовлетворяет условиям σ_c>|σ_m| , σ_c+ |σ_m|<σ_p . 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области геофизической техники, в частности к сейсморазведке, а именно к способам механического возбуждения сейсмических колебаний исполнительным механизмом (излучателем), погружаемым в скважину или другие выработки, в том числе в отложениях водоема или болота, и может быть использовано при проведении различных методов сейсмической разведки.

Известен способ возбуждения сейсмических колебаний с погружением в скважину излучателя, функционирующего в вибрационном режиме [1]. В этом способе возникает проблема эффективной передачи энергии грунту, связанная с ограниченным диаметром d скважины. Увеличение площади S, на который излучатель оказывает воздействие, за счет его удлинения, особенно свыше 8-10d, малоэффективно, поскольку с увеличением длины излучателя уменьшается доля энергии колебаний, направленная вглубь, т.е. расходуемая на создание полезного сигнала. В известном способе воздействие на грунт осуществляется с напряжениями σ , меньшими предела упругости грунта σ_s (для большинства грунтов σ_s изменяется в пределах 0,1-0,3 МПа), что при ограниченной длине излучателя ограничивает и передаваемую грунту энергию.

Наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ возбуждения сейсмических колебаний, включающий погружение излучателя колебаний, функционирующего в вибрационном или импульсном режимах, в скважину или выработку, в том числе в отложениях водоема или болота, предварительное уплотнение и упрочнение грунта в примыкающей к излучателю зоне путем прижима элементов излучателя, непосредственно действующих на грунт, к стенкам скважины или выработки и возбуждение в этой зоне сейсмических колебаний [2].

Способ осуществляется с помощью расширяющего шланга, стенки которого прижимаются к стенкам скважины и вдавливаются в них за счет создания во внутренней полости шланга давления до 10 МПа и более. Затем для возбуждения колебаний в штанге создаются пульсирующие рабочие давления с величиной, превышающей давление прижатия и достигающей 15 МПа и более. Такие нагрузки на стенки скважины превосходят не только предел упругости σ_s , но и предел прочности σ_p нескальных (пористых) грунтов, в котором в подавляющем большинстве случаев и помещается излучатель. Это приводит к разрушению грунтов в окрестностях стенок скважины, постоянному увеличению объема разрушенной зоны во время работы излучателя, отрыву от разрушенного и потерявшего упругие свойства грунта стенок шланга в фазах его сжатия в процессе посылок и, как следствие, к снижению сейсмоакустического кпд, как от посылки к посылке, так и в ходе прохождения каждой из них, источника и возникновению существенных амплитудных и фазовых искажений регистрируемого сигнала, резкому уменьшению за счет этих явлений эффективности накопителя сигналов и их суммированию по методу ОГТ.

Технической задачей настоящего изобретение является повышение сейсмической эффективности воздействий погружного излучателя за счет формирования условий эффективной передачи грунту нагрузок, превосходящих его предел упругости σ_s , без его разрушения.

Поставленная задача решается тем, что в способе возбуждения сейсмических колебаний, включающем погружение излучателя колебаний, функционирующего в вибрационном или импульсном режимах, в скважину или выработку, в том числе в отложениях водоема или болота, предварительное уплотнение и упрочнение грунта в примыкающей к излучателю зоне путем прижима элементов излучателя, непосредственно действующих на грунт, к стенкам скважины или выработки и возбуждение в этой зоне сейсмических колебаний, предварительное уплотнение и упрочнение грунта с удельным статическим усилием σ_o , удовлетворяющим условию: σ_s < σ_c < σ_p, , где σ_s и σ_p - соответственно пределы упругости и прочности грунта на участке, выбранном для возбуждения колебаний, после чего через промежуток времени, достаточный для переупаковки структуры грунта, возбуждают сейсмические колебания с максимальной удельной силой σ_m , величина которой удовлетворяет условиям: Для возбуждения сейсмических колебаний используют грунт, обладающими небольшими величинами предела упругости σ_s и прочности σ_p грунта. Для окончательной переупаковки структуры грунта осуществляют вспомогательное нерегистрируемое возбуждение сейсмических колебаний с параметрами, отвечающими выбранным условиям.

Далее кратко рассматривается физическая сущность процесса и изобретение поясняется примером выполнения способа возбуждения сейсмических колебаний с иллюстрирующей графикой, где изображены различные режимы нагружения грунта при возбуждении колебаний: на фиг. 1 вибрационное воздействие (посылки); на фиг. 2 - знакопеременное кодо-импульсное воздействие (посылка); на фиг. 3 - кодо-импульсное воздействие (посылка) одного знака или последовательность импульсных воздействий.

Из теории грунтов известно, что при удельных нагрузках σ < σ_p (предел прочности грунта) остаточные деформации грунта происходят, в основном, без разрушения элементов его скелета, практически лишь за счет уменьшения его пористости. При этом достигнутая величина удельной нагрузки σʹ < σ_p становится фактически пределом упругости уплотненного грунта, повышается в его предел прочности σ_p . При дальнейшем повышении σ и превышении им σ_p основная часть деформации происходит уже без заметного увеличения плотности грунта, но со столь значительными перемещениями частиц и агрегатов, которые приводят к нарушению сплошности грунта, т.е. его фактическому разрушению. Для неводонасыщенных грунтов предел прочности σ_p возрастает с увеличением содержания в них глинистых частиц от 0,5 - 0,8 до 2 - 3 МПа и более. При таких величинах предела прочности удельное рабочее усилие даже для грунтов пониженной и средней связности после их уплотнения и упрочнения (переупаковки) может достигать 1,0 - 1,5 МПа.

Согласно изобретению излучатель помещают в скважину или погружают в донные отложения водоема или болота в слой грунта, обеспечивающий наилучшие условия передачи энергии (определяется по уже имеющимся данным излучения верхней части разреза или в процессе бурения скважины). Основными требованиями к этому слою грунта являются: наибольшие величины предела прочности σ_p и соответственно предела упругости σ_s и отсутствие под ним в непосредственной близости зоны интенсивного поглощения колебаний. Элементы получателя, передающие грунту энергию воздействия, прижимают к стенкам скважины с удельным статическим усилием σ_c , удовлетворяющим условию: σ_s< σ_c< σ_p (1) где σ_s и σ_p -соответственно пределы упругости и прочности грунта на участке скважины, выбранном для возбуждения колебаний (см. графику).

Через промежуток времени τ , имеющий порядок секунды и достаточный для уплотнения (переупаковки) структуры грунта, для дальнейшего повышения плотности и прочности окружающего виброизлучатель грунта может быть проведена вспомогательная (нерегистрируемая) вибрационная или кодо-импульсная посылка или несколько импульсных воздействий (в зависимости от выбранного способа возбуждения колебаний) с отсчитываемой от значений σ_c (фиг. 1-3) максимальной удельной рабочей силой σ_m , воздействующей на грунт, удовлетворяющий условиям После этого производят рабочие (регистрируемые) посылки или импульсные воздействия с параметрами, удовлетворяющими условиям (2) и (3).

Выполнение условия (2) обеспечивает возвращение элементов излучателя, передающий грунту энергию воздействия, к минимальному в условиях работ диаметру без их отрыва от грунта и, следовательно, без связанных с этим отрывом амплитудных и фазовых искажений регистрируемых сигналов при знакопеременных (фиг. 1, 2) посылках.

Условие (3), на первый взгляд, занимает возможную величину рабочего усилия, поскольку при уплотнении грунта за счет сжатия статическим прижимом σ_c предел прочности грунта возрастает до некоторого значения . Однако, при многократных воздействиях с суммой , близкой по величине к , происходит отрыв уплотнительного объема грунта от его основного массива, сопровождающийся существенным снижением кпд последующих воздействий, фазовыми и амплитудными искажениями.

Формула изобретения

1. Способ возбуждения сейсмических колебаний, включающий погружение излучателя колебаний, функционирующего в вибрационном или импульсном режимах, в скважину или выработку, в том числе в отложениях водоема или болота, предварительное уплотнение и упрочнение грунта в примыкающей к излучателю зоне путем прижима элементов излучателя, непосредственно действующих на грунт, к стенкам скважины или выработки и возбуждение в этой зоне сейсмических колебаний, отличающийся тем, что предварительное уплотнение и упрочнение грунта осуществляют с удельным статическим усилием σ_c удовлетворяющим условию
σ_s < σ_c < σ_p,
где σ_s и σ_p - соответственно пределы упругости и прочности грунта на участке, выбранном для возбуждения колебаний,
после чего через промежуток времени, достаточный для переупаковки структуры грунта, возбуждают сейсмические колебания с максимальной удельной силой σ_m, величина которой удовлетворяет условиям

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для возбуждения сейсмических колебаний используют грунт, обладающий наибольшими величинами предела упругости σ_s и прочности σ_p грунта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для окончательной переупаковки структуры грунта осуществляют вспомогательное нерегистрируемое возбуждение сейсмических колебаний с параметрами, отвечающими выбранным условиям.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3