Способ возбуждения сейсмических волн и устройство для его осуществления
Изобретение относится к сейсмической разведке полезных ископаемых с невзрывными источниками и может применяться при проведении сейсморазведочных работ как на суше, так и в морской сейсморазведке в условиях транзитных зон и предельного мелководья. Сущность: при протекании разрядного тока по обмотке индуктора происходит взаимодействие магнитного поля индуктора с якорем, в результате чего возникает действующий по оси источника импульс механической силы. Этот импульс передается якорем через корпус источника в виде импульса давления на грунт (дно) в точке установки источника, возбуждая в нем упругие колебания. Индуктор движется вверх по направляющим шпилькам до встречи с якорем, преодолевая сопротивление сжатию демпфирующих пружин. При прекращении подачи электрического импульса на катушку возбуждения индуктор под действием демпфирующих пружин возвращается в исходное положение. Устройство содержит герметичный корпус, в котором размещен силовой электромагнит, содержащий магнитопровод якоря, отделенный от него зазором магнитопровод индуктора с обмоткой возбуждения. Магнитопровод якоря жестко связан с верхней частью корпуса. Магнитопровод индуктора установлен с возможностью перемещения в вертикальном направлении на установленных в корпусе шпильках между не менее чем двумя парами демпферных распорных пружин. Технический результат: упрощение и повышение надежности. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к сейсмической разведке полезных ископаемых, в частности нефти и газа, с невзрывными источниками и может применяться при проведении сейсморазведочных работ как на суше, так и в морской сейсморазведке в условиях транзитных зон и предельного мелководья.
Известен способ возбуждения сейсмических волн (патент РФ №2029319, приор. 04.06.1992, МПК G 01 V 1/02). Сейсмические волны возбуждаются с использованием электромеханического преобразователя, содержащего активную и реактивную части. Способ включает создание запаса кинетической энергии в реактивной части преобразователя и передачу силового воздействия на исследуемую среду механически связанной с ней активной частью, формирование и подачу электрического импульса на обмотку управления движением реактивной части преобразователя, установленную на его активной части. Активную и реактивную части преобразователя устанавливают с возможностью вращения одна относительно другой. Реактивную часть преобразователя приводят во вращательное движение с постоянной скоростью. Силовое воздействие осуществляют путем подачи электрического импульса на обмотку управления.
Этот способ энергетически неэкономичен, так как вращение реактивной части преобразователя с постоянной скоростью требует большого расхода энергии. Устройство для его осуществления должно иметь достаточно сложную конструкцию (наличие вращающихся частей и механических связей активной части с исследуемой средой), а также трудо- и энергоемко в производстве. Способ неприменим в морской сейсморазведке.
Известен пневматический генератор сейсмических волн (патент РФ №2046372, приор. 04.09.1992, МПК G 01 V 1/02, 1/04, 1/137). содержащий кожух с размещенными в нем подвижным цилиндром, внутри которого установлен шток с поршнями, жестко закрепленный в кожухе, образующие выхлопную щель, управляющую и рабочую камеры, соединенные каналами через электропневмоклапан с источником сжатого воздуха, и кольцевую насадку с дроссельными отверстиями, установленную снаружи выхлопной щели. Над кольцевой насадкой установлен отражатель генерируемых систематических колебаний. Отражатель выполнен в виде щита. Этот генератор предназначен только для работы в условиях предельного мелководья.
Известен также источник сейсмических сигналов (патент РФ №1633997, приор. 25.07.1988, МПК G 01 V 1/133), который может быть использован при возбуждении сейсмических сигналов на мелководье, включающий подъемный экран с рулевыми плоскостями, возбудителями колебаний в виде полых цилиндров с помещенными в них пневмоизлучателями. Вся конструкция охвачена рамой, к которой прикреплены буксировочный трос и поплавок через упругий элемент. Перед началом излучения источник опускают на дно, одновременно заряжая пневмоизлучатели и укупоривая полые цилиндры водой. Далее одновременно производят выброс сжатого воздуха из пневмоизлучателей, выталкивая за счет этого воду из полых цилиндров, а силой отдачи погружают в грунт рулевые плоскости до касания подъемным экраном дна. После этого перезаряжают пневмоизлучатели, укупоривают водой полые цилиндры и производят возбуждения продольных и поперечных волн путем последовательного выброса воды из полых цилиндров, установленных под острым углом к экрану.
Недостатками этих сейсмоисточников являются сложность конструкции, большие масса и габариты, использование преимущественно в водной среде, низкий КПД из-за прорыва воздушного пузыря в атмосферу при работе в транзитной зоне "суша-море", а при необходимости возбуждения сейсмических волн вблизи береговой линии на суше источник необходимо "погружать" в мелкие взрывные скважины, из-за чего время отработки на одном пункте взрыва, с учетом времени на перемещение взрыв-пункта и бурение новой скважины, увеличивается, источники не обладают достаточными надежностью и общим ресурсом работы из-за попадания абразивных частиц и взвесей в уплотнительные узлы.
Наиболее близким к предлагаемому является импульсный источник сейсмических сигналов (патент РФ №2028646, приор. 29.05.1991, МПК G 01 V 1/02), содержащий излучающую плиту, пригруз с магнитной системой, выполненной в виде магнитопровода с обмоткой возбуждения постоянного тока с кольцевым зазором между его полюсами, и импульсную обмотку. Импульсная обмотка закреплена на полюсах магнитопровода со стороны немагнитного зазора. В зазоре между полюсами помещена с возможностью перемещения в осевом направлении вдоль зазора гильза из электропроводящего материала с низким значением удельного электрического сопротивления, нижний торец которой прикреплен к излучающей плите. Импульсная обмотка размещена в пазах на поверхности полюсов, выполненных из пластин электротехнической стали, шихтованных в радиальном направлении. Центральная часть составной гильзы выполнена из прочного магнитного материала. Верхний торец гильзы выступает за пределы полюсов.
Недостатком этого сейсмоисточника является сложность конструкции из-за большого количества катушек, большая масса из-за наличия пригруза, использование источника только на суше.
В настоящее время в мире разработано большое количество всевозможных систем возбуждения сейсмических волн для проведения сейсморазведочных работ, включая транзитные зоны, однако нет ни одного унифицированного. Неувязанность сухопутных сейсморазведочных работ, выполненных на побережьях, с аналогичными работами, выполненными на мелководных участках, создает многочисленные проблемы с интерпретацией сейсмических материалов и определением контуров залежей выявленных месторождений.
Ставится задача создания достаточно простого и удобного способа возбуждения сейсмических волн, позволяющего работать как на суше, так и в условиях транзитных зон и предельного мелководья, и простого, надежного и мобильного устройства для его осуществления.
Задача решается за счет того, что в способе возбуждения сейсмических волн, основанном на передаче силового воздействия на исследуемую среду в точке контакта излучающего устройства со средой в виде импульсов давления, создаваемых с помощью электромеханического преобразователя, представляющего собой силовой электромагнит, состоящий из якоря и индуктора с обмоткой возбуждения, импульсы давления, которые передаются якорем непосредственно через жестко соединенный с ним корпус излучающего устройства на исследуемую среду, создают за счет преобразования электрической энергии в виде мощных импульсов тока, которые подают на обмотку индуктора электромагнита, в механическую энергию, реализуемую в виде импульсов силы, при этом перемещение под действием электромагнитных сил якоря с корпусом обеспечивают тем, что создают сопротивление перемещению индуктора в сторону якоря.
Для осуществления этого способа предлагается в устройстве для возбуждения сейсмических волн, содержащее излучающее тело с плоской магнитной системой, включающей магнитопровод индуктора с обмоткой возбуждения постоянного тока и магнитопровод якоря, разделенные зазором, в качестве излучающего тела использовать корпус устройства, жестко соединенный с магнитпропроводом якоря, а магнитопровод индуктора устанавливать под магнитопроводом якоря между не менее чем двумя парами демпферных распорных элементов с возможностью перемещения в вертикальном направлении.
Установка индуктора с возможностью перемещения в вертикальном направлении между не менее чем двумя парами демпферных распорных элементов обеспечивает перераспределение импульсов силы между индуктором и якорем и якорем и средой, что позволяет обойтись без использования инертных дополнительных масс типа пригруза, т.е. достаточно мощный импульс давления создается при небольших массогабаритных характеристиках излучателя и не зависит от массы (веса) излучателя. Это, в свою очередь, дает возможность использовать его при работе в погруженном состоянии. Небольшой вес и простота конструкции обеспечивают надежность, долговечность, мобильность и портативность устройства. Преобразование электрического импульса в силовое воздействие происходит без использования сложных элементов вращения или возвратно-поступательного движения. При этом достигается стабильность формы и амплитуды сейсмического сигнала. Для возбуждения сейсмических волн не требуется заглублять источник в грунт или использовать дополнительные устройства, обеспечивающие его работу.
На чертеже приведен возможный вариант выполнения устройства для возбуждения сейсмических волн.
Устройство содержит герметичный цилиндрический корпус 1, в котором размещен силовой электромагнит, содержащий магнитопровод якоря 2, отделенный от него зазором магнитопровод индуктора 3 с обмоткой возбуждения 4, причем магнитопровод якоря 2 жестко связан с верхней частью корпуса 1, а магнитопровод индуктора 3 установлен с возможностью перемещения в вертикальном направлении на установленных в верхней части корпуса шпильках 5 между не менее чем двумя парами демпферных распорных пружин: внутренних пружин 6 и наружных пружин 7. Внутренние пружины 6 упираются в основание магнитопровода якоря 2, а наружные пружины 7 - в опорно-регулировочные гайки 8, навернутые на шпильки 5. Благодаря демпферным пружинам 6, 7 индуктор 3 находится в подвешенном состоянии под якорем 2.
Возбуждение сейсмических волн происходит следующим образом. Энергия от источника постоянного тока, запасенная в емкостном накопителе энергии, в виде мощного импульса тока подается на обмотку индуктора 3 электромагнита, в котором происходит ее преобразование в импульс силы. Импульс силы передается якорем 2 через корпус 1 источника в виде импульса давления на грунт (дно) в точке контакта источника с исследуемой средой, возбуждая в ней упругие колебания. Этот процесс протекает не непрерывно, а дискретно, в течение коротких промежутков времени длительностью не более пяти миллисекунд. Такой режим работы позволяет получать в импульсе усилия, во много раз превышающие те, которые развивают обычные электродвигатели, работающие непрерывно. Рабочим элементом устройства является плоский электромагнит, закрепленный в корпусе источника. В исходном положении индуктор и якорь электромагнита отделены друг от друга воздушным зазором. При протекании разрядного тока по обмотке индуктора происходит взаимодействие магнитного поля индуктора с железом якоря, в результате чего возникает действующий по оси источника импульс механической силы, который передается якорем через корпус источника в виде импульса давления на грунт (дно) в точке установки источника, возбуждая в нем упругие колебания. В свою очередь, индуктор движется вверх по направляющим шпилькам до встречи с якорем, преодолевая сопротивление сжатию внутренних демпфирующих пружин. При прекращении подачи электрического импульса на катушку возбуждения электромагнитные силы взаимодействия индуктора с якорем исчезают и индуктор под действием демпфирующих пружин возвращается в исходное положение.
Был изготовлен источник сейсмических волн, использующий предлагаемое решение, у которого максимальная амплитуда импульса давления составила 1500 кПа при максимальном усилии в импульсе 60 кН, при этом площадь поверхности контакта источника с грунтом равна 0,04 м2, а масса источника - 25 кг. Источник работает от аккумуляторной батареи 12 В, 55 Ah. Источник может применяться как на суше, так и в условиях транзитных зон и предельного мелководья.
Формула изобретения
1. Способ возбуждения сейсмических волн, основанный на передаче силового воздействия на исследуемую среду в точке контакта излучающего устройства со средой в виде импульсов давления, создаваемых с помощью электромеханического преобразователя, представляющего собой силовой электромагнит, состоящий из якоря и индуктора с обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что импульсы давления, которые передаются якорем непосредственно через жестко соединенный с ним корпус излучающего устройства на исследуемую среду, создают за счет преобразования электрической энергии в виде мощных импульсов тока, которые подают на обмотку индуктора электромагнита, в механическую энергию, реализуемую в виде импульсов силы, при этом перемещение под действием электромагнитных сил якоря с корпусом обеспечивают тем, что создают сопротивление перемещению индуктора в сторону якоря.
2. Устройство для возбуждения сейсмических волн, содержащее излучающее тело с магнитной системой, включающей магнитопровод индуктора с обмоткой возбуждения постоянного тока и магнитопровод якоря, разделенные зазором, отличающееся тем, что в качестве излучающего тела использован корпус устройства, жестко соединенный с магнитопроводом якоря, а магнитопровод индуктора установлен с возможностью перемещения в вертикальном направлении между не менее чем двумя парами демпферных распорных элементов.
РИСУНКИ
