Групповой источник сейсмических сигналов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 1 940101) Дополнительное к авт, свид-ву 0 (21) 3218211/18) Заявлено 15. 01 присоелинением заявки М23) Приоритет ударсткниый ком СССР делам кэобрете и отхрытк 11ликован ата опубликования описания 7,8 2) Авторы изобретени ник иМ;Й.;, ЕнученкГ,О, Михайло неев, А.И роб мое геологофти .и. газа Всесоюзное мо геофизическое е научно-производствединение по разведке(5 Й) ГРУППОВОИ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИ ЛОВ Изобретение относится преимущественно к морской сейсморазведке, кроме того, может применяться в качествеисточника возбуждения сейсмическихсигналов в скважинах, заполненныхжидкостью,Известны источники сейсмическихсигналов, работа которых основана наиспользовании энергии сжатых газов.Эти источники в большинстве случаевобладают повышенной акустическойотдачей и сравнительно малыми габаритами, Однако реализация рабочегоцикла в виде открытого выхлопа сжатыхгазов обычно приводит к ухудшению вы-,ходных характеристик источника.Известно устройство для формирования сейсмических сигналов в морскойразведке, содержащее газовую камерувысокого давления, Сжатый воздух 20в эту камеру подается с борта корабля, буксирующего устройство. По команде, поступающей от системы управления, камера высокого давления быстро открывается, и сжатый газ выбрасывается в окружающую среду. За счет силового взаимодействия сжатого газа и морской воды в последней Формируется акустический сигнал 1.Существенным недостатком работы источников данного вида являются пульсации газового пузыря, образованного в водной среде в результате открытого выхлопа сжатого газа. Эти пульсации искажают и удлиняют исходный зондирующий сигнал, что в конечном итоге ведет к низкой разрешенности сейсмических записей,Известен пневматический подводный сейсмический источник, имеющий устройство для ослабления повторных пульсаций газового пузыря, Последнее представляет собой перфорированный корпус; в который выпускается сжатый воздух из пневмоисточника при его работе. Размер перфорированного корпуса должен быть не меньше размера полости, образуемой в воде расширя 3 9 01 ющимся воздухом, Общая площадь отверстий по условию эффективного гашения должна составлять 11-253 от всей площади корпуса, Размеры и количество отверстий подбираются в зависимости 5 от желаемого спектра возбуждаемого сигнала. Объем перфорированного корпуса должен превосходить объем камеры высокого давления источника на 2- 3 порядка 1 7.1.30Данное устройство обладает громоздкостью и, как следствие, имеет низкие эксплуатационные качества. Кроме того, устройство не обеспечивает полного исключения повторных уда ров, которые вносят помехи в работу сейсмической системы.Практически свободны от повторных, пульсаций сигналы, формируемые сейсмическими источниками, работа которых 20 основана на схлопывании вакуумных полостей в жидкости, Разработано значительное количество устройств, реализующих данный принцип получения зондирующих сейсмических сигналов. 25 Наиболее характерным из них можно считать генератор ударных волн, который имеет цилиндр с поршнем, Справа в горизонтально установленный ци 30 линдр свободно поступает вода из окружающего пространства. Слева к цилиндру примыкает металлический диск, укрепленный на штоке, проходящем через основание в днище внутрь цилиндра. К боковой поверхности цилиндра подведена трубка, по которой в цилиндр может подаваться, а также откачиваться сжатый газ. При закачивании газа поршень перемещается в крайнее правое положение, где фиксирует 40 ся дистанционно управляемой защелкой. Затем гаэ из цилиндра откачивается, и внутри цилиндра создается вакуум, Если расфиксировать защелку, то поршень под действием гидростати ческого давления окружающей воды за весьма короткий промежуток времени переместится в крайнее левое положение и с силой ударит по штоку. Диск в данном случае резко отойдет от50 днища цилиндра, создав тем самым ударное возбуждение в окружающей среде. Назад к цилиндру диск возвращается под действием геликоидальной пружины, насаженной на шток 3 .55При работе данного устройства вакуумная полость создается за счет откачки воздуха из цилиндра, Извест . но, что при таком способе создания вакуумных объемов рабочий цикл источника сложен и длителен, поскольку он включает в себя процесс откачки воздуха. Мала удельная энергия источника, что обычно ведет к утяжеленной и громоздкой его конструкции, Следствием указанных недостатков является низкий коэффициент полезного действия работы устройства, Регулирование спектра сейсмического сигнала в период эксплуатации источника затруднено.Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является групповой источник сейсмических сигналов, содержащий блок избыточного давления газа, пневмопроводы, гидропушки со ступенчатым корпусом, пневматической и открытой гидравлической камерами, в которых помещены поршни, системы управления, Водная пушка представляет собой источник со взрывом, направленным внутрь схлопывание вакуумной полости . Пушка состоит из электроМагнитного клапана, управляющей камеры, дренажной системы, пневмопроводов блока избыточного давления, Полость источника разделена поршнем на две камеры: пневматическую и гидравлическую. Последняя постоянно сообщается с окружающей жидкостью. При срабатывании электромагнитного клапана поршень смещается вниз под действием давления газа и с большой скоростью выталкивает жидкость через открытое сопло гидравлической камеры, Когда движение поршня прекращается, в результате инерции быстродвижущихся потоков жидкости образуются пустоты возле сопла. Схлопывание этих пустот вьзывает появление сильного и короткого акустического импульса.Основными недостатками известного устройства являются сложность системы управления и отсутствие узлов гашения реактивной силы вытекающей струи жидкости, а также демпфированного торможения поршней в крайних положениях,Цель изобретения - повышение надежности работы источника, снижение его веса, упрощение конструкции и повышение выходной акустической мощности.Поставленная цель достигается тем, что в известном групповом источнике сейсмических сигналов, содержащем блок избыточного давления газа, пневмопроводы, гидропушки со ступенчатым корпусом, пневматической и открытой гидравлической камерами, в которых помещены поршни и системы управления, по меньшей мере две идентичные гидро пушки соединены с общей камерой подрыва и расположены диаметрально противоположно или под углом одна к другой так, цто суммарная реактивная сила вытекающей струи жидкости равна нулю, при этом каждая гидропушка выполнена так, цто поршень, расположенный в пневмокамере, торцом выходит в камере подрыва, а наружной боковой поверхностью совместно с корпусом об разует камеру управления, соединенную с одной стороны с источником избыточного давления и через обводные каналы с силовой пневмокамерой, а с другой через пневмоклапан - с камерой 20 подрыва, причем камера подрыва и полость, образованная между вторым дифференциальным поршнем и ступенью корпуса, соединены с дренажной системой,В каждой гидропушке установлен двухступенчатый гидравлический демпфер, выполненный в виде кольца, цилиндра и кольцевого выступа, причем кольцо соединено с корпусом, цилиндр снабжен буртиком, равным ширине коль ца, выполнен подвижным относительно корпуса и упирается в упорную рейку, соединенную со штоком, при этом внеш яя поверхность цилиндра, стенка кор пуса, кольцо и буртик на цилиндре 35 образуют замкнутую полость второй ступени гидродемпфера, сообщающуюся через отверстия с окружающей жидкостью, а кольцевой выступ закреплен на дифференциальном поршне так, что 10 при соприкосновении с цилиндром совместно со стенкой корпуса, частью дифференциального поршня и буртиком цилиндра образует полость первой ступени гидродемпфера, сообщенную 45 с полостью гидравлической камеры. На фиг, 1 приведена принципиальч ная схема группового источника сеисмических сигналов, состоящего из50 двух гидропушек, объединенных общеи камерой подрыва; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг, 3 - варианты группирования из трех и цетырех гидропушек с общей камерой подрыва.55Каждая гидропушка состоит из ступенчатого цилиндрического корпуса внутренний объем которого разделен по функциональным признакам на от 01 бдельные полости, Полость 2 ступенис меньшим диаметром применяется каксиловая пневматическая камера, аполость 3 ступени с большим диаметром является гидравлической камеройоткрытого вида. В полости 2 помещенстаканообразный поршень ч, которыйторцовой частью ( дном) выходит в камеру 5 подрыва. Посредством расточкив корпусе и наружной ступенью поршня 1 образуется управляющая камера 6,которая соединена пневмопроводом 7с источником избыточного давленияне показан), Кроме того, она черезотводные каналы 8 соединена с полостью 2 пневмокамеры, а через электропневмоклапан 9 - с камеройподрыва. Второй поршень 1 О является дифференциальным, он герметично отделяет гидравлическую камеру 3 от пневматической камеры 2. С помощью торцовой кольцевой поверхности поршня и соединительной перемычки цилиндра образована расширительная камера 11 для газа. Последняя вместе с камерой 5 подрыва соединена пневмопроводом 12 с дренажной системой не показана В простейшем случае соединение камер с дренажной системой осуществляется через регулируемый жиклер 13, Однако в систему дренажа может быть подклюцен электропневмоклапан 1, цто обеспечивает улучшение рабочих характеристик гидропушки,На поршне 10 выполнен кольцевойвыступ 15, который совместно с цилиндрическим выбросным соплом 16 вконце хода образует первую ступеньгидравлического демпфера,Сопло 16 является подвижным и висходном положении поршней 1 положение,приведенное на чертеже) опирается наупорную рейку 17, закрепленную на об-.щем штоке 18, На этом же штоке жестко установлены поршни ч и 10. Цилиндрическое сопло 16 имеет кольцевой выступ 19, который может перемещатьсявместе с соплом вдоль цилиндрическойвнутренней поверхности корпусаКрайние положения сопла ограничиваются кольцом 20 и гайкой 21. Выступ 19,кольцо 20, а также соответствующиестенки сопла 16 и корпуса 1 образуютполость 22 второй ступени гидродемпфера. Эта полость сообщается с окружающей средой через отверстия 23, которые имеются в стенках корпуса 1. Ци 9401 линдр 16, кольцо 20 и кольцевой выступ 15 могут выполняться смежными.Герметизация газовых камер обеспечивается уплотнительными элементами 24-27, 3Основными условиями при группировании являются обеспечение автоматической синхронизации работы гидро" пушек и сведение к нулю суммарной реактивной силы группы. Первое условиО выполняется за счет подключения гидропушек к единой камере подрыва, а второе - за счет их размещения. В случае неудовлетворения приведенных выше условий мощность группового источника снижается и ухудшаются характеристики акустического сигнала.Рассмотрим работу группового источника сейсмических сигналов для случая, когда группа состоит из двух гидропушек фиг. 1).При подготовке группового источника к работе он соответствующими коммуникациями соединяется с компрессором, а также с системами управления и дренажа, Затем источник опускается в воду на заданную глубину буксировки.Для зарядки источника сжатый газ Э по пневмопроводу 7 подается в управляющие камеры 6 каждой из гидропушек. Под действием давления на стенки поршней 4 они перемещаются в сторону общей камеры 5 подрыва, При этом вместе с ними перемещаются в указанЭ 5 ном направлении штоки 18 и связанные с ними поршни 10, а также упорные рейки 17, Последние обеспечивают соответствующее перемещение цилиндра 1640и заполнение полостей 22 гидродемпфера жидкостью через отверстие 23. В конце хода поршни 10 герметизируютпневмокамеры 2, и они через обводныеканалы 8 соединяются с камерами 6.4 После этого начинается заполнение силовых камер 2 сжатым газом. В это же время окружающая жидкость свободно самотеком ) через сопла 16 заполняетгидравлические камеры 3. Воздух из камер 11 и 5 удаляется в дренажнуюЭВистему. При достижении заданногодавления газа в камерах 6 и 2Собычно в пределах 100-200 бар) источник готов к производству выстрела,55Для осуществления выстрела с пульта управления подается сигнал напневмоклапаны 9 и 14. С помощью пнев 01 8моклапана 14 закрывается выход всистему дренажа, а клапан 9 соединяет управляющие камеры 6 с камерой 5 подрыва, Возникающее избыточное давление в камере 5 подрыва оказывает давление на торец дно ) поршня 4, последний перемещается.,Одновременно перемещаются поршень 10 иупорная рейка 17, освобождая цилиндр 16, Незначительное перемещениепоршня 1 О выводит его ступень изпневмокамеры 2, при этом сообщаютсямежду собой камеры 2 и 11,После этого избыточное давление из пневмокамеры 2 воздействует на всю площадь поршня 1 О, чем обеспечивает его быстрое перемещение. Жидкость, находящаяся в камере 3, вытесняется через цилиндр 16, который в данный момент выполняет роль сопла, При перемещении поршня 10 наступает момент, когда цилиндрический выступ 15 входит в цилиндр 16. Тогда частью поршня 10, корпусом 1, выступом 15 и буртиком 19 цилиндра 16 отсекается объем жидкости, образуя первую ступень гидродемпфера. Происходит торможение поршня 10, а следовательно, и всей системы, связанной с ним. Жидкость из объема первой ступени демпфера вытесняется через цилиндр 16.При работе первой ступени демпфера начинает работать и вторая ступень. Она полностью вступает в работу, когда поршень 1 О касается буртика 19, иначе, когда прекращает работу первая ступень торможения. Из замкнутого объема жидкость вытесняется через отверстия 23. Объем замкнутой полости и общую площадь отверстий 23 выбирают такими, чтобы осуществлялось полное гашение скорости подвижной системы. Жидкость, выброшенная через сопло 16 в окружающую среду, благодаря инерции потока вызывает образование пустот, Образовавшиеся пустоты возле каждой пушки под воздействием гидростати ческого давления схлопываются, вызывая появление сильного и короткого акустического импульса без заметных пульсаций.После снятия напряжения с электро- пневматических клапанов они возвращаются в исходное положение, т.е, клапан 14 соединяет камеру 5 и полос" ти 11 с дренажной системой, а клааан 9 разъединяет управляющие камеры 6 и камеры 5 подрыва, Посколькудавление в камере 2 и полостях 11падает, а в управляющей камере 6 повышается, то поршни 4 и 10 возвращаются в исходное состояние. Цикл работы закончился, групповой источниквновь готов к работе,Работа группового источника в случае большего количества гидропушекпринципиально ничем не отличается,Изменяется только форма камеры подрыва 1 см. Фиг. 2),Как видно из описанного выше, длясинхронизации работы гидропушек нетребуются дополнительные устройства,ибо синхронизация обеспечивается здесьединой камерой подрыва. 8 каждой отдельной группе реактивная сила вытекающей струи жидкости равна нулю, 2 ав частности, при двух гидропушкахвектора реактивных сил пушек направлены встречно, а величина их равна.Следовательно, суммарная реактивнаясила равна нулю.25Групповой источник легко комплектуется из нескольких блоков гидропушек.Выполнение группового источникапо предлагаемой схеме может позволить ЗОформировать исходный зондирующий сигнал без повторных пульсаций, цто существенно повысит качество сейсмических записей.35Формула и зобретения1. Групповой источник сейсмических сигналов, содержащий блок избы точного давления газа, пнеамопроводы, гидропушки со ступенчатым корпусом, пневматической и открытой гидравлической камерами, а которых помещены поршни, системы управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, цто, с целью снижения веса, упрощения конструкции и повышения мощности, по меньшей мере две идентичные гидропушки соединены с общей камерой подрыва и рас О положены диаметрально противоположно или под углом одна к другой так, что суммарная реактивная сила вытекающей струи жидкости равна нулю, при этомкаждая гидропушка выполнена так, чтопоршень расположенный в пневмокамере,торцом выходит в камеру подрыва, анаружной боковой поверхностью совместно с корпусом образует камеру управления, соединенную с одной стороныс источником избыточного давления ичерез обводные каналы с силовой пневмокамерой, а с другой через пневмоклапан - с камерой подрыва, причемкамера подрыва и полость, образованная между вторым дифференциальнымпоршнем, расположенным в открытой гидравлической камере, и ступенью корпуса, соединены с дренажной системой.2. Источник по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что .в каждой гидропушке установлен двухступенчатыйгидравлический демпфер, выполненныйв виде кольца, цилиндра и кольцевоговыступа, причем кольцо соединено скорпусом, цилиндр снабжен буртиком,равным ширине кольца, выполнен подвижным относительно корпуса и упираетсяв упорную рейку, соединенную со штоком, при этом внешняя поверхностьцилиндра, стенка корпуса, кольцои буртик на цилиндре образуют замкнутую полость второй ступени гидродемпфера, сообщающуюся через отверстия с окружающей жидкостью, а кольцевой выступ закреплен на дифференциальном поршне так, что при соприкосновении с цилиндром совместно состенкой корпуса, частью дифференциального поршня и буртиком цилиндраобразует полость первой ступени гидродемпфера, сообщенную с полостьюгидравлической камеры,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США У 3322232,кл. 181-5, 19652, Патент США М 3525416,кл. 181-5 19673, Патент Франции М 1560552,кл. С 01 Ч 1/133, 1970,4, "ТЬе о апд Саз .ожгла"1978, ч. 16, й 31, рр. 138 140,143, 144, 146 апд 150 (прототип).940101 итель Е. К,Иыцьо Соста Техре ородниче Макаренко открыт ая наб д. 4/ 11035 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная Редактор Н. ЧубеЗаказ 4662/68ВНИИ Ти раГосударделам изМосква. венногоретений35, Раув Корректор Ю Подписноемитета СССР