ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН ДЛЯ МОРСКОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ
SEISMIC WAVE SOURCE FOR MARINE SEISMIC SURVEY

Предлагаемое устройство относится к области сейсмической разведки месторождений полезных ископаемых, а точнее - к возбуждению сейсмических волн при проведении сейсморазведочных работ на акваториях.
Известно устройство для возбуждения сейсмических волн (см. «Морская сейсморазведка». Под ред. Телегина А.Н. - М.: ООО «Геоинформмарк», 2004, рис.5.11), включающее пневматическую камеру высокого давления, цилиндрический корпус с выхлопными окнами и шток-поршень. Возбуждение сейсмических волн реализуется в процессе выпуска через выхлопные окна порции сжатого до давления 10-15 МПа воздуха из пневматической камеры в окружающую среду (воду). Недостатком этого устройства являются повторные пульсации воздушного пузыря в воде, которые значительно снижают разрешенность сейсмической разведки. Практическое применение этого устройства требует специальных сложных мер по подавлению пульсаций. Кроме того, выпуск сжатого воздуха в воду через окна ограниченного (вследствие конструктивных ограничений) размера приводит к снижению скорости нагружения жидкости, а значит - к ограничению частоты генерируемых волн, что также снижает эффективность устройства.
Указанные недостатки частично устранены в устройстве для возбуждения сейсмических волн (см. а.с. SU №1728820 А1, 23.04.1992), которое может быть принято в качестве прототипа. Устройство включает пневматическую камеру с цилиндрическим корпусом, верхней и нижней, выполненной со своей внутренней стороны ступенчатой формы, крышками, плату, размещенную в верхней части пневматической камеры и выполненную с возможностью взаимодействия своим нижнем торцом и образованием пневмозамка со снабженным уплотнительным кольцом верхним торцом цилиндрического ступенчатого волновода, при этом его верхняя большего размера ступень размещена в пневматической камере, а нижняя - пропущена через нижнюю крышку пневматической камеры и оборудована на своем нижнем торце излучающей плитой.
Высокая скорость нагружения среды этим устройством обеспечивается тем, что при разгерметизации пневмозамка сжатый воздух воздействует практически одновременно на всю поверхность верхнего торца волновода, площадь которого соизмерима с площадью излучающей плиты. Вместе с тем в этом устройстве не исключен основной недостаток. При его работе в водной среде также формируются повторные пульсации вследствие возвратно-поступательных движений излучающей плиты. Это происходит из-за того, что демпферная полость, изолированная от пневматической камеры, выполняет роль пневмопружины. При расширении сжатого воздуха в пневматической камере в процессе вытеснения из нее волновода происходит сжатие воздуха в демпферной полости. В конце прямого хода волновода сила воздействия на него со стороны демпферной полости существенно превышает силу воздействия воздуха со стороны пневматической камеры. В результате происходит обратный ход волновода внутрь пневматической камеры, сопровождающийся повышением давления в ней и падением давления в демпферной полости. И этот процесс возвратно-поступательного движения волновода, генерирующий пульсации в водной среде, с некоторым коэффициентом затухания продолжается некоторое время.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности устройства для возбуждения сейсмических волн на акваториях за счет исключения повторных пульсаций в процессе рабочего цикла.
Цель достигается тем, что в источнике сейсмических волн для морской сейсморазведки плата неподвижно закреплена на внутренней поверхности верхней крышки пневматической камеры, а волновод образует на некоторой заключительной части рабочего хода с внутренней поверхностью нижней крышки демпферную полость, соединенную с пневматической камерой кольцевым каналом, образованным внутренней цилиндрической поверхностью ступени большего диаметра нижней крышки и внешней поверхностью ступени большего диаметра волновода.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид устройства перед производством рабочего цикла, а на фиг.2 - вид устройства при динамическом нагружении среды.
Устройство включает пневматическую камеру 1, образованную цилиндрическим корпусом 2, верхней 3 и нижней 4 крышками, при этом внутренняя поверхность нижней крышки 4 выполнена ступенчатой, плату 5, размещенную в верхней части пневматической камеры 1, и цилиндрический волновод 6 ступенчатой формы. Верхняя большего диаметра ступень волновода 6 размещена в пневматической камере 1, а нижняя ступень пропущена через нижнюю крышку 4 и оборудована на своем нижнем торце излучающей плитой 7. Плата 5 установлена с возможностью взаимодействия и образования при этом пневмозамка своим нижнем торцом со снабженным уплотнительным кольцом 8 верхним торцом волновода 6. На верхней крышке 3 размещены управляющий клапан 9 с толкателем 10 и уплотнительным элементом 11, сбросный клапан 12 и впускной клапан 13 с соединительной трубкой 14. Устройство оборудовано каналами 15, 16, 17 и 18, а также эластичным амортизатором 19.
Устройство работает следующим образом. Перед производством работ источник сейсмических волн на тросе (не показан) опускается в воду на оптимальную глубину. С помощью управляющего клапана 9 толкатель 10 опускается вниз и уплотнительный элемент 11 перекрывает канал 16 (см. фиг.1). Через впускной клапан 13, трубку 14 и канал 15 в пневматическую камеру 1 с поверхности подается сжатый воздух. Одновременно через сбросный клапан 12 в атмосферу сбрасывается небольшая порция воздуха, защемленная между платой 5 и верхним торцом волновода 6. При этом образуется пневмозамок, удерживающий волновод в верхнем положении в процессе заполнения пневматической камеры 1 сжатым воздухом. После достижения давления воздуха в пневматической камере 1 рабочей величины (10-15 МПа) впускной клапан 13 перекрывается. На управляющий клапан 9 подается управляющий сигнал, толкатель 10 перемещается вверх и в пневмозамок через каналы 18 и 16 поступает воздух из пневматической камеры 1. Пневмозамок разгерметизируется, воздух под рабочим давлением воздействует на всю площадь торца волновода 6 и перемещает его с ускорением вниз. При этом вверх перемещается пневматическая камера 1. Однако вследствие того что масса пневматической камеры 1 значительно превышает массу волновода 6 с излучающей платой 7, перемещение пневматической камеры 1 незначительно. На заключительной части рабочего хода волновода (см. фиг.2) ступень большего диаметра волновода 6 входит во взаимодействие со ступенью большего диаметра нижней крышки 4. При этом в процессе вытеснения сжатого воздуха из образованной демпферной полости через кольцевой канал между внутренней цилиндрической поверхностью ступени большего диаметра нижней крышки 4 и внешней поверхностью большего диаметра волновода 6 в пневматическую камеру 1 происходит торможение движения волновода 6. Окончательное торможение волновода 6 происходит при посадке его на эластичный амортизатор 19, исключающий жесткое соударение волновода 6 и нижней крышки 4. Подобное демпфирование волновода 6 практически исключает его повторные челночные перемещения относительно пневматической камеры 1.
После завершения рабочего цикла и получения сейсмической записи сигналов воздух из пневматической камеры 1 через впускной клапан 13 и соединительную трубку 14 сбрасывается в атмосферу. Под действием гидростатического давления волновод 6 перемещается внутрь пневматической камеры 1 и устройство занимает исходное положение (см. фиг.1) и готово к повторению рабочего цикла.
Вследствие воздействия рабочего давления воздуха с самого начала рабочего хода волновода 6 с излучающей плитой 7 на всю поверхность торца волновода 6 обеспечивается высокая скорость нагружения среды и реализуется генерирование сигналов высокой частоты. Применение демпфирования волновода 6 на заключительной части его рабочего хода исключает повторные пульсации в процессе рабочего цикла устройства, что существенно повышает его сейсмическую эффективность.