Источник сейсмических сигналов

О П И С А Н И Е ц 748312ЙЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскнхСоцналнстнческнкРеспублнк К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет - Опубликовайо 15.07.80. Бюллетень 26 оо деяам изобретений и открытийДата опубликования описания 17,07.80(54) ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 1Изобретение отнОсится к устройствам для возбуждения сейсмических сигналов путем выхлопа в воду пара и может быть использовано в морской сейсморазведке.Известен источник сейсмических сит- налов в водной среде, содержащий парогенератор, трубопровод, камеру и систему управления 11 . При работе источника пар вытесняет из камеры постоянный объем жидкости. Формируемйе при этом сигналы не содержат повторных пульсаций,0Главным недостатком известного устройства с фиксируемым объемом, вытесняемым из камеры, является зависимость энергии возбуждаемого сигнала от глуби 15 ны погружения. Кроме того, энергия воэ буждаемого сигнала имеет относительно низкий уровень. Трудности, связанные с обеспечением достаточной жесткости камер при попытке увеличения их объема с целью повышения энергии сигнала, даже в условиях оптимальных глубинм 10- 20 м ограничивают максимально достижимый уровень эапасаемой энергии ве 2личиной80-100 кДж. Описанное устройство непригодно для исследованиябольших глубин геологических разрездв.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является источник сейсмических сигналов, содержашийгенератор пара, источник сжатого газа,парокамеру с .управляемым запорнымустройством 2 .Этот источник сейсмических сигналовне обеспечивает стабильности параметроввозбуждаемого сигнала. Выходной сигналустройства представлен двумя импульсами,причем время появления второго импульса,несущего основную сейсмическую информацию, определяет истинную отметку момента на получаемыхзаписях,/Время срабатывания источника, отсчитываемое с момента подачи электрического сигнала на электропневмоклапан допоявления переднего фронта второго импульса, состоит иэ двух отрезков времени. Первый отрезок ограничен моментомподачи электрического сигнала и передним312 фоанными с выходом источника токе. Трубопроводы подключены к выходу смесителя,один вход которого через первый управляемый клапан связан с дозатором жидкости,а другой - через второй управляемый клапан - с источником сжатого газа. Обаклапана соединены с двумя выходами блска управления, третий и четвертый вьходы которого связаны с источником тока нуправляемым запорным устройством соответственно. Входы блока управления подключены к датчикам температуры и давления, установленным в полости парокамеры,Запорное устройство установлено внутрипврокамеры на перфорированном основаниии выполнено в виде попого цилиндра споршнем, жестко соединенным через штокс запорным клапаном, который подпружиненрегулируемым упругим элементом, связанным с отражателем, При этом одна частьполости цилиндра сообщена с полостью/пвроквмеры, а другая подключена ко входууправляемого золотника, Золотник черезодин выход с обратным клапаном сообщвегся с внешней средой, в через другой выход -с полостью вспомогательной камеры, котораяустановлена внутри пароквмеры и сообщается с ее полостью через дросселируюшееотверстие.Нв фиг. 1 показан предложенный источник сейсмических сигналов в разрезе;нв фиг. 2 -совмешенные пврогенервтоная трубка и электронагревательный элемент, вариант.Источник сейсмосигнвлов содержит пвроквмеру 1, окруженную с боков и сверхуслоем 2 теплоизоляции. Нижняя часть парокамеры имеет выхлопное отверстие 3,запираемое клапаном 4, который жесткосвязан с поршнем 5 пневмоцилиндра 6.Последний установлен внутри пвроквмеры1 нв основании 7, выполненном в видеполого цилиндра с окнами 8, сообщающими рабочий обьем пврокамеры 1 черезвыхлопное отверстие 3 с окружаюшей средой. 3 748фрончм первого импульса, а второй - передними фронтами обоих импульсов, Еслипостоянство первого отрезка времени обусловлено стабильностью срабатывания пневмоцилиндра и клапана и поддерживается5от выхлопа к выхлопу с точностью + 1 мс,то второй отрезок времени, величина которого на заданной глубине прямо пропорциональна начальной энергии высвобождаемого пара, имеет значения, отличающиеся от 10среднего значения на 5 мс,Таким образом,абсолютная погрешность времени срабатывания устройства-прототипа может составить+ 6 мс, что недопустимо при синхронном накапливании сигналов и затрудняет проточную 35обработку первичных материалов на вычислительном центре, поскольку необходимо предварительно определить время срабатываниядля каждой записи.Устройство не содержит элементов, с 20помощью которых можно было бы поддерживать с необходимой точностью исходные параметры пара в парокамере - давление и температуру, определяющие при постоянном объеме камеры исходную энергию 25высвобождаемого пара, а следовательно, ивремя срабатывания источника.Другим существенным недостатком известного устройства является ограниченнаявоэможность управления спектром сигнала.Акустическая энергия главного импульса достаточно равномерно распределена вширокой попосе частот и значительно превышает практически используемый сейсмический диапазон 5-100 Гц. Рассеивание энергии на нерабочих участках спектра приводит к снижению общего сейсмоакустического КПД источника.40Известное устройство не обеспечиваетоперативного управления спектром сигнала путем сдвига его максимума в заданный диапазон частот. Это, в свою очередь,исключает воэможность использования од 45ного источника для изучения нижней иверхней части разреза за один непрерывныйрейс,Целью изобретения является расширениеобласти управления сигнала, повышениестаоильности срабатывания и безопасности50работ.Поставленная цель достигается тем,что в устройство введены дозатор жидкости,смеситель с управляемыми клапанами, источник тока и блок управления. Генератор55пара помещен в полость царокамеры и выполнен в воде одного или нескольких трубопроводов с электронагревателями, свяВнутри парокамеры 1 установлены датчики 9 и 10 соответственно, температуры и давления смеси, вспомогательная камера 11 с дросселирующим отверстием 12, а также несколько электротермических гидропреобразоввтелей 13, включающих в себя парогенераторную трубку 14 и электронагревательный элемент 15.Электронагревательные элементы 15 выполнены из термоствбильного токопроводящего материала в виде винтовой спирали,5 .7483 равномерно охватывающей парогенераторнуютрубку 14 по всей ее длине. Токовые концы элементов 15 служат электрическимивходами гидропреобраэователей 13 и подключены к выходу источника 16 тока, Дляобеспечения электрической безопасности иустранения наводок электронагревательныеэлементы 15 и провода, соединяющие ихс источником 16, электрически изолированы как от элементов конструкции, так и от 0водной среды, в которую погружаетсяисточник. Токовые концы электронагревательных элементов 15 введены внутрь парокамеры через термостойкие изоляторы17, В тех случаях, когда требуется при;менение источников с небольшой по обьему парокамерой (группирование большогочисла источников, изучение верхней части разреза. и т.п.), объем, занимаемыйгидропреобразователями 13, может бытьуменьшен за счет упрощения конструкциипоследних. С этой целью гидропреобраэователь 13 может бьгь выполнен (см. фиг. 2)в виде токопроводящего патрубка, толщина стенок и длина которого выбираются 25из условий получения необходимых прочности и электрического сопротивления, Вэтом случае функции электронагревательного элемента 15 и парогенераторнойтрубки 14 совмещены. Электрическим вхсь- З 0дом такого гидропреобразователя служатоба конца патрубка, а гидравлическими вхоДОМ И ВЫХОДОМ -ЕГО ВХОДНОЕ И ВЫХОДНОЕотверстия. Между клапаном 4 и отражателем 35установлен регулируемый упругий элемент,создающий дополнительное усилие на клапан 4, препятствующее смещению его всторону отпирания выхлопного отверстия3, Регулируемый упругий элемент можетсодержать цилиндрическую пружину 37,посаженную одним концом на ось клапана4, а другим концом - на центрирующийхвостовик 38, свободно перемещающийсяв стакане 39. Необходимое сжатие пружины 37 производится с помощью опорноговинта 40, фиксируемого гайкой 41. Дляплавного торможения клапана 4, резко смешаемого вниз при выхлопе, служит кольцевой резиновый амортизатор 42, за-, крепленный в верхней части стакана 39. 35для подачи исходных компонентов смеси газа и воды на входы гидропреобраэователей 13 входные отверстия парогенэраторных трубок 14 сообщены с выходным отверстием дозатора 18 смеси, который выполнен в виде. электромаханич еского блока, включающего в себя смеситель 19 с двумя входами, гидроклапан 20 и пневмоклапан 21. Оба клапана снабжены обмотками управления, позволяющими включать и выключать их путем подачи соответствующего электрического сигнала. Один Вход смесителя 19 соединен через гидрэклапан 20 с выходом гидронасоса 22, а второй Вход - через пневмоклапан 21 - с , выходом компрессора 23, йдронасос 22 рассчитан на подачу небольших порций воды (до 1-2 кг) за время 10-20 с и может быть выполнен по любой иэ известных схем (например, поршневого типа), обеспечивающих постоянный расход в диапазоне давлений от 0 до 100-200 ат.Дпя автоматического запуска, контро- . ля и регулирования основных параметров 12 6смеси устройство содержит пульт 24 управления, два входа которого подключенык выходам датчиков 9 и 10, а четыре выхода соединены соответственно: первый -с обмоткой управляющего золотника 25,второй - с управляющим входом источника тока 16, третий и четвертый - с обмотками управления гидроклапана 20 ипневмоклапана 21. Управляющий золотник25 предназначен для запуска пневмоцилиндра 6 и выполнен по известной схемегидрораспределитепьного устройства с двумя ВхОдными каналами и Одним ВыхОднымеОдин иэ входных каналов золотника 25 через обратный клапан 26 и отверстие 27в корпусе 28 сообщается с внешней средой, а другой - с полостью камеры 11,Выходной канал золотника 25 сообщается с помощью патрубка 29 с рабочей полостью 30 пневмоцилиндра 6.В средней части боковой стенки пневмоцилиндра 6 выполнены продольные окна31, сообщающие его полость с рабочимобьемом парокамеры 1. Для надежной герметизации рабочей полости 30 пневмоцилиндра 6 при крайнем верхнем положениипоршня 5 верхние кромки окон 31 выполнены ниже уплотнения 32 поршня 5, Восновании пневмоцилиндра 6 эапрессованскользящий подшипник 33, в котором свободно перемещается шток 34, жесткосвязывающий поршень 5 с клапаном 4. На,дежное запирание выхлопного отверстия 31обеспечивается тем, что площадь нижнейповерхности поршня 5 больше эффективнойплошади клапана 4,Для компенсации реактивных сил, возникающих при выхлопе смеси, корпус 28снабжен отражателем 35 парогазовойструи, который прикреплен к его днищу перед выхлопным отверстием 3 на стойках 3 6,7 74В исходном состоянии клапан 4 поддействием пружины 37 запирает выхлопное отверстие 3 и поршень 5 находитсяв крайнем верхнем положении. Обмоткиуправления золотника 25 и клапанов 20. и21 отключены, в результате чего рабочаяполость 30 пневмоцилиндра 6 сообщеначерез трубопровод 29, золотник 25, обратный клапан 26 и северстие 27 с внешней средой. При этом смеситель 19 отключен от гидронасоса 22 и компрессора23. Гидропреобразователи 13 отключеныот источника 16 тока,При работе погружаемая часть устройства опускается на заданную глубину и.удаляется от судна на требуемое расстояние . В начале производится нагрев парокамеры 1, для чего источник, 16 тока посигналу, поступающему с пульта 24 упФравпения, подключается к электрическимвходам гидропреобразователей 13. Температура в парокамере 1 начинает повышаться и в момент достижения заданногоуровня, что определяется по сигналу, поступающему с выхода датчика 9 температуры, источник 16 тока отключается.В настоящем устройстве датчик 9,пульт управления 24, источник 16 токаи элемент 15 образуют контур автоматического регулирования, который поддерживает температуру внутри парокамеры 1 взаданных предыах. Регулирование температуры осуществляется непрерывно и независит от других процессов, протекающих в источнике.После прогрева парокамеры 1 в соответствии с заданной программой включается пневмоклапан 21 и газ от компресс(ра 23 через смеситель 19 и трубки 14поступает в рабочую полость парокамеры 1. В момент когда давление в парокамере 1 достигнет заданного уровня, чтоопределяется по сигналу датчика 10 давления, пневмоклапан 21 отключается,прекращая тем самым подачу газа. Послеэтого включается гидроклапан 20 и водас выхода гидронасоса 22 через смеситель1 9 подается на вход парогенераторныхтрубок 14. Под действием теппа, поступающего от электрона 1 ревательных элементов 15, вода в трубках 14 преобразуетсяв пар, который проходит в рабочую полостьпарокамеры 1. По истечении установленновремени, по которому определяют при постоянном расходе гидрснасоса 22 количество поданной воды,гидроклапан 20 отключается и подача воды прекращается.Образовавшаяся в парокамере 1 парогазовая смесь подвергается дальиейшеМу наг 8312 8реву. С ростом температуры парогазовойсмеси, занимающей постоянный обьем,давление в парокамере повышается. Вследствие этоп из-за неравенства площадей5поршня 5 и клапана 4 последний с нарастающей силой прижимается к гнезду, надежнее запирая выхлопное отверстие 3.После достижения заданного уровня температуры элементы 15 отключаются и10 давление в камере 1 стабилизируется.По сигналу, поступающему от сейсмостанции на пульт,24 управления (не показано), производится запуск источника.Пусковой сигнал подается на обмотку уп 1 равпения золотника 25. Золотник 25, сработав,.отключает свой выходной канал отобратного клапана 26 и соединяет его сполостью вспомогательной камеры 11.Парогазовая смесь из камеры 11 через"20 золотник 25 и трубопровод 29 поступаетв рабочую полость 30 пневмоцилиндра 6.Повышение давления в полости 30 нарушает равновесие сил, приложенных к поршню 5 и клапану 4. В момент когда рав 25 нодействующая этих сил изменит свое направление, поршень 5 начинает смещатьсявниз, открывая выхлопное отверстие 3.Как только уплотнение 32 поршня 5 окажется ниже верхних кромок окон 31, проЗ 0 исходит быстрое нарастание давления вполости 30. В результате поршень 5 иклапан 4 с большой силой отбрасываютсявниз, сжимая при этом некоторый обьемсмеси, захваченный в нижней части пневЗ 5 моцилиндра 6, пружину 37, а в крайнемнижнем положении и амортизатор 42, Вэтот момент золотник 25 переключаетсяв исходное состояние,Парогазовая смесь из полости парока-.40 меры 1 через окна 8 и выхлопное отверстие 3 вырывается наружу. Образовавшаяся струя отбрасывается отражателем 35 в. Радиальном направлении и образует в водерасширяющийся пузырь тороидальной фор 45 мыПри расширении пар и газ охлаждаюъся и в некоторый момент, соответствующий максимальному объему пузыря, наступает быстрая конденсация пара, Давление50 внутри образовавшейся полости становитсяменьше гидростатического и пузырь схлопывается, При схлопывании газ, сжимаясь,го выполняет роль амортизатора, препятству-ющего возникновению жесткого гидравлического удара, -Вода окружающего пространства и газобразуют своеобразный низкодобротныйрезонатор, .характеризуемый собственнойчастотой, которая зависит от масс воды,9 748312 10вовпекаемой в колебания, и жидкости этом генератор пара помещен в полостьпарокамеры и выполнен в виде одного илиПосле быстрого падения давления внуч- нескопьких трубопроводов с электронагрери парокамеры 1 ниже некоторого значе- вателяйй; связанными с выходом источни-"ния, смесь, сжатая поршнем 5 в нижней ка тока, трубопроводы соединены с выходомчасти полости пневмоцилиндра 6, а так- смеситепя, один вход которого через пе рже пружина 37 отбрасывают поршень 5 вый управляемый.клапан связан с дозатовместе с клапаном 4 вверх. Некоторая ром жидкости, а другой - через второйчасть смеси, сжатая поршнем 5 и в по- управляемый клапан - с источником сжалости 30, выпускается через трубопровод щ 0 того газа, причем оба клапана соединены29, золотник 25 и обратный клапан 26 в с.двумя выходами блока управления, треводу. Клапан 4 плавно запирает выхлоп- тий и четвертый выходы которого связаныное отверстие 3. с источником тока и управляемым запорОчередной цикл образования и нагрева ным устройством соответственно, а входыпарогазовой смеси протекает аналогично 5 блока управления подключены к датчикамописанному. Включение и выключение со- температуры и давления, установленным вответствующих элементов производится полости парокамеры.автоматически в соответствии с заданной 2. Источник по п. 1, о т л и ч а ю -программой. щ и й с я тем, что запорное устройствоИспользование настоящего устройства 0 установлено внутри парокамеры на перифепозволяет получить простой по форме и рийном основании и выполнено в виде покороткий по длительности сейсмический лого цилиндра с поршнем, жестко соедиимпульс без повторных пульсаций, что ненным через шток в запорным клапаном,увеличивает информативность первичных который подпружинен регулируемым упрусейсмических материалов, повышает раз. д гим элементом, связанным с отражателем,решающую способность метода. Устройст- причем одна часть полости цилиндра сообво обладает малыми габаритами и весом. щена с полостью парокамеры, а другая -подключена ко аходу управляемого золотни-ка, один иэ выходов которого через обраФф о р м у л а и з о б р е т е н и я З 0 ный клапан сообщен с внешней средой, адругой - с полостью вспомогательной каме 1. Источник сейсмических сигналов, ры, которая установлена внутри парокасодержащий генератор пара, источник сжа- меры и сообщена с ее цопостью черезтого газа, парокамеру с управляемым за- дросселирующее отверстие,порным устройством, о т л и ч а ю щ и й- З 5 Источники информации,с я тем, что, с целью расширения преде- принятые во внимание при экспертизелов управления спектром сигнала, повыше. Патент Франции М 2300346,ния стабильности срабатывания и безопас- кл. З 01 У 1/00, опубпик. 1975.ности работ, в него введены дозатор жид. Патент Франции И 2055836,кости, смеситапь с управляемыми клапана кл. З 01 М 1/00, опубпик. 1971 (протоми, источник тока и блок управления, при тип)748312 Подпимитета СССРкрытийкая наб., д. каз 4232/33 Тираж 649ЦНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и от113035, Москва, Ж, Рауш ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная фил Составитель Л. Солодилов едакторТ. Орловская Техред М. Кузьма Корректор Г. Назарова