Скважинный сейсмический прибор
BOREHOLE SEISMIC DEVICE

Изобретение относится к области скважинной сейсморазведки и может быть использовано при проведении работ методом вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и другими методами, требующими надежного контакта скважинного прибора со стенкой скважины. Кроме того, его можно использовать во всех других методах геофизических исследований в скважинах, в которых измерения проводят при условии надежного контакта скважинного прибора со стенкой скважины.
При проведении в буровых скважинах работ методом ВСП одним из основных условий получения качественных результатов является надежный механический контакт скважинного прибора со стенкой скважины, при котором исключается искажающее влияние на сейсмическую запись таких помех, как кабельные волны и резонансные механические колебания. При нежестком контакте скважинного прибора со стенкой скважины могут иметь место проскальзывания прибора относительно стенки скважины в процессе приема упругих колебаний, а также вращательные колебания относительно линии касания корпуса прибора со стенкой скважины. Когда недостаточно велика жесткость прижимного устройства, могут наблюдаться одновременно как проскальзывание, так и паразитные резонансные продольные, а также вращательные, колебания, причем последние наиболее ощутимы на записях горизонтальных сейсмоприемников при трехкомпонентных наблюдениях.
Известен скважинный сейсмический прибор, содержащий прижимной элемент нежесткого типа, а также две жестко прикрепленные к прибору опоры, через которые он прижат к стенке скважины. Наличие в приборе двух опор, разнесенных по окружности зонда, устраняет резонансный характер искажений сейсмической записи, вызванных вращательными колебаниями скважинного прибора в горизонтальной плоскости (Воронин и Жадин, 1964). Основным недостатком данного прибора является неэффективность жестко прикрепленных к корпусу прибора опор в тех случаях, когда диаметр скважины существенно превышает диаметр скважинного прибора. База контакта скважинного прибора со стенкой скважины может при этом быть недостаточной для предотвращения паразитных вращательных колебаний. Более того, при малом диаметре скважинного прибора площадь его контакта со стенкой скважины невелика, что приводит к тому, что резонансная частота паразитных колебаний на контакте прибор-стенка скважины, величина которой пропорциональна квадратному корню площади этого контакта, может попасть в рабочий диапазон сейсмических частот (Beydoun, 1984). Ситуация при этом является противоречивой, т.к. диаметр прибора и его массу стремятся сделать минимальными именно для того, чтобы собственная частота колебаний прибора находилась вне рабочей полосы частот (Шехтман и Каплунов, 1974).
Известен скважинный сейсмический прибор, содержащий герметичный корпус и управляемое прижимное устройство, выполненное в виде рычага, связанного с силовым штоком. В этом устройстве крутящий момент от электродвигателя передается через редуктор ходовому винту, который, вращаясь, ввинчивается в силовой шток или вывинчивается из него. Силовой шток зафиксирован от вращательного движения коротким плечом прижимного рычага. Вращение винта преобразуется в поступательное движение силового штока, а движение штока - в отклоняющее перемещение длинного плеча рычага. Путем реверсирования электродвигателя можно в процессе отработки скважины прижимать пробор к стенке скважины или освобождать его (Авт. свид. СССР SU №254803, 1967).
Недостатком данного скважинного прибора является его незащищенность от паразитных вращательных колебаний, вызванных недостаточно большой величиной трения качения на контакте прибора со стенкой скважины. Недостаточно высокая надежность механического контакта прибора со стенкой скважины приводит к искажению сейсмической записи, особенно ощутимому при трехкомпонентных наблюдениях.
Известен скважинный сейсмический прибор с управляемым прижимным устройством в виде прижимного рычага, в котором установлен дополнительный прижимной рычаг, причем оси вращения обоих рычагов расположены на корпусе скважинного прибора под углом в одной плоскости, перпендикулярной оси скважинного прибора (Шехтман и др., 1984). Наличие в этом приборе двух прижимных рычагов, развернутых под углом, позволяет эффективно подавлять паразитные вращательные колебания. Однако недостатком прибора является существенное усложнение его конструкции, а также невозможность обеспечить ее надежность и осуществимость в скважинных приборах малого диаметра. Кроме того, на сложных участках скважин прижимное усилие, обеспечиваемое контактом концов прижимных рычагов, может быть ненадежным из-за наличия каверн и неровностей скважины.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому техническому решению является скважинный сейсмический прибор, в котором содержится герметичный корпус, прижимной рычаг и, по меньшей мере, один съемный башмак, жестко прикрепленный к корпусу со стороны, противоположной прижимному рычагу (Патент РФ №2503978). В нем башмак выполнен в виде тонкой пластины с возможностью ее изгибания под действием усилия от прижимного рычага, при этом ширина пластины превышает диаметр прибора, а ее длина соизмерима с длиной прибора. По разные стороны от прижимного рычага в приборе могут быть прикреплены два съемных башмака.
Основной недостаток известного устройства состоит в том, что верхняя и нижняя кромки пластин, существенно выступающих в обе стороны от корпуса прибора, могут задевать за неровности ствола скважины, препятствуя проведению спуско-подъемных операций. В результате этого скважинный прибор невозможно бывает опустить на нужную глубину, а при подъеме прибора при зацеплении башмака за неровность стенки скважины может даже произойти авария с потерей дорогостоящей аппаратуры.
Цель изобретения - повышение надежности проведения спуско-подъемных операций в скважине при работах со скважинным сейсмическим прибором, к которому прикреплены башмаки, улучшающие контакт прибора со стенкой скважины.
Поставленная цель достигается тем, что в скважинном сейсмическом приборе, содержащем герметичный корпус, управляемое прижимное устройство, выполненное в виде прижимного рычага, и, по крайней мере, один съемный башмак в виде тонкой пластины, жестко прикрепленный к корпусу со стороны, противоположной рычагу, пластина имеет вид шестиугольника, вытянутого вдоль оси прибора. Башмаков в приборе может быть два, причем крепят их по разные стороны от прижимного рычага.
Изобретение поясняется чертежом, где на рис. 1 приведена схема скважинного сейсмического прибора; на рис. 2 - разрез А-А на рис. 1, на рис. 3 приведен башмак в форме шестиугольника, вытянутого вдоль оси скважинного прибора.
Прибор содержит корпус 1, съемные башмаки 2, ходовой винт 3, штифт 4, прижимной рычаг 5, ось вращения прижимного рычага 6. На рис. 2 в одном из сечений скважинного прибора показаны корпус прибора 1 и съемный башмак 2.
Устройство работает следующим образом.
При поступательном перемещении вниз силового штока 3 штифт 4 действует на короткое плечо прижимного рычага 5. При вращении прижимного рычага относительно оси вращения 6 под действием направленной вниз силы, действующей на короткое плечо рычага, конец длинного плеча рычага отклоняется в сторону до тех пор, пока расположенные на противоположной стороне корпуса прибора башмаки 2 не прижмутся надежно к стенке скважины. Усилие, обеспечиваемое прижимным рычагом, передается через опоры на стенку скважины таким образом, что горизонтальные составляющие этого усилия, направленные в противоположную сторону, препятствуют появлению паразитных вращательных колебаний прибора относительно линий касания со стенкой скважины. Тем самым увеличивается вероятность достаточно надежного контакта со средой, и, следовательно, повышается качество сейсморазведочного материала. Форма башмака, взятая в виде шестиугольника, вытянутого вдоль оси скважинного прибора (рис. 3), исключает любые ступенчатые выступы за пределами диаметра скважинного прибора, и тем самым исключается опасность зацепления прибора за неровности внутренней поверхности скважины.
Жесткое крепление башмаков к корпусу прибора осуществляется посредством хомутов, не показанных на приведенных чертежах, или любым иным известным способом.
Существенные преимущества предлагаемого устройства от известных аналогов и прототипа состоят в следующем:
1. Обеспечивая в точках приема такой же надежный контакт со стенкой скважины, как и известные устройства, предлагаемый скважинный сейсмический прибор позволяет беспрепятственно осуществлять спуско-подъемные операции в скважине без риска совершить аварию из-за зацепления прикрепленных к нему башмаков за неровности ствола скважины.
2. Устройство обладает практически такой же обтекаемой формой, как и гладкие скважинные приборы без прикрепленных к ним хомутов, однако площадь контакта со стенкой скважины такая же, как и у приборов с большим диаметром, а вес -гораздо меньше.
Применение предлагаемого скважинного сейсмического прибора позволяет получать надежные результаты при проведении трехкомпонентных наблюдений в обсаженных и необсаженных буровых скважинах, диаметр которых существенно превышает диаметры современных скважинных приборов. Использование в качестве башмаков современных органических материалов, прочность которых не уступает прочности стали, а плотность которых во много раз ниже, чем у стали, позволит обеспечивать надежный контакт скважинных приборов со стенкой скважины без существенного увеличения их веса, что весьма существенно при работах с многоточечными зондами ВСП.
Работоспособность предлагаемого устройства подтверждена исследованиями ВСП, выполненными в России в одной из глубоких скважин. Существенно, что при этом спуск приборов беспрепятственно осуществляли до забоя, в то время как спуск приборов с башмаками в виде прямоугольных пластин, как это предлагается в прототипе, был невозможен на глубину более 500 м из-за выступов внутри обсаженной скважины.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Воронин Ю.А., Жадин В.В. О частотных искажениях сейсмического сигнала при регистрации трехкомпонентным скважинным сейсмоприемником. - «Геологияи геофизика», 1964, №3, с. 154-156.
2. Куповых П.Н., Гогоненков Г.Н., Рябков В.В., Благов В.В. Скважинный сейсмический прибор. Авторское свидетельство СССР SU №254803, кл. G01V 1/16, 1967 (прототип).
3. Шехтман Г.А., Каплунов А.И. О влиянии силы прижима скважинных приборов на характер регистрируемых сигналов при вертикальном сейсмическом профилировании (ВСП). – Сб. «Прикладная геофизика», вып. 73, 1974.
4. Шехтман Г.А., Коробов В.И., Курасов М.И. Скважинный сейсмический прибор. Авторское свидетельство СССР SU №1073725, кл. G01V 1/40, 1984.
5. Шехтман Г.А., Касимов А.Н.-О. Скважинный сейсмический прибор. Патент RU №2503978, кл. G01V 1/40, опубл. 10.01.2014, Бюл. №1.
6. Gaiser J.E., Fulp T.J., Petermann S.G., and Karner G.M., 1988, Vertical seismic profile sonde coupling. - Geophysics, vol. 53, NO. 2, P. 206-214.
7. Beydoun W.B., 1984, Seismic tool-formation coupling in boreholes, in  M.N., and Stewart, R.R., Eds., Vertical seismic profiling, Part B: Advanced concepts: Geophysical Press, 177-188.