УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ С ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ

Полезная модель относится к технике возбуждения упругих колебаний с земной поверхности при проведении сейсморазведочных работ.
Известен пневматический источник сейсмических сигналов для их возбуждения с земной поверхности [патент US №3310128]. В состав источника входит резервуар с водой с дном в виде диафрагмы, которую при работе источника располагают на грунте. В резервуаре с водой расположен источник сжатого газа в виде пневмокамеры, снабженной клапаном. Для воздействия на грунт осуществляют резкий выброс сжатого газа под высоким давлением из пневмокамеры. При этом в резервуаре с водой образуется интенсивная звуковая волна, которая частично передается через воду и диафрагму в грунт.
Недостатком этого устройства является пониженная производительность из-за недоиспользования энергии, накопленной сжатым воздухом в пневмокамере, так как часть энергии расходуется на деформацию боковых стенок резервуара с водой. Вторым недостатком является образование вторичных звуковых волн при отражениях первой звуковой волны от стенок резервуара, которые через диафрагму передаются в грунт и создают помехи.
Известен также пневматический источник сейсмических сигналов поверхностного типа, содержащий контейнер в виде перевернутого раструба с дном-диафрагмой, заполненной жидкостью. Внутри контейнера размещены один или несколько источников сжатого газа, выполненные в виде пневмопушек. Между диафрагмой и поверхностью грунта расположена металлическая плита. При выпуске сжатого газа в жидкость диафрагма резко прогибается вниз и, ударяя по плите, возбуждает в грунте сейсмические волны. Для рассеивания энергии отката в устройстве используют гидравлическое демпферное устройство.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции и, как в выше описанном решении, пониженную производительность из-за недоиспользования энергии, накопленной сжатым воздухом в пневмокамере.
Известно устройство для возбуждения сейсмических сигналов с поверхности земли, в котором массивное тело - корпус источника отталкивается от поверхности грунта, создавая кратковременный импульс сил, действующих на грунт и вызывающих его смещение. Отталкивание массивного тела от земли происходит в результате расширения сжатого газа в специальной, способной к расширению, камере, расположенной между грунтом и массивным телом.
Недостатком данного устройства также является его низкая эффективность.
Известен также пневматический поверхностный источник сейсмического сигнала [авторское свидетельство SU №868670], содержащий массивный корпус, способную к расширению полость с эластичной мембраной снизу и пневматический излучатель с выхлопным отверстием на нижнем торце корпуса.
При работе данного устройства также возможны вторичные удары по грунту. Кроме того, для рассеивания энергии отката используется усложняющий конструкцию устройства гидропривод.
Наиболее близким к заявляемому устройству является пневматический источник сейсмических сигналов [авторское свидетельство SU №1000965], содержащий подвижно сопряженные гильзу и поршень, образующих рабочий объем, заполненный жидкостью, и демпферную камеру. Гильза при работе источника опирается на геологическую среду. В рабочий объем помещена пневмокамера со сжатым газом, выбрасываемым при срабатывании быстродействующего клапана в рабочий объем через выхлопные окна. Передача усилия на грунт осуществляется посредством гибкой диафрагмы.
Устройство демпферной камеры данного устройства не позволяет в достаточной степени рассеять энергию отката после срабатывания устройства, в результате чего возможны вторичные удары по грунту. Кроме того, при выбросе сжатого газа в рабочий объем, заполненный жидкостью, происходит потеря части энергии газа, идущей на сжатие жидкости и на генерацию в ней звуковых колебаний, рассеивающихся в радиальных направлениях от выхлопных отверстий. Потери энергии сжатого газа тем больше, чем больше объем рабочей камеры и чем эластичнее ее стенки. Наличие в конструкции таких недолговечных элементов как эластичная диафрагма снижает надежность устройства в целом.
Задачей заявляемого технического решения является создание поверхностного пневматического источника сейсмических сигналов, эффективно использующего энергию сжатого газа при надежности и долговечности его работы, не допускающего излучения вторичных сейсмических волн, являющихся помехами.
Сущность устройства для возбуждения сейсмических сигналов с поверхности земли характеризуется тем, что оно имеет корпус с расположенными в нем пневмокамерами - демпферной и накопительной, и заканчивающийся снизу массивной толстостенной металлической частью в виде поршня, входящего нижней его частью в толстостенную металлическую гильзу, заканчивающуюся в месте контакта с грунтом толстостенной металлической ударной плитой, над которой в месте контакта нижней части поршня корпуса внутри гильзы расположена рабочая пневмокамера с выхлопным отверстием сверху, перекрываемым клапаном, закрепленным снизу штока, имеющего канал внутри выполненного с возможностью перемещения вдоль корпуса, и который имеет два поршня, ограничивающих демпферную камеру сверху и снизу; при этом рабочая площадь поршня снизу больше рабочей площади клапана, перекрывающего отверстие; между поршнями расположена поперечная перегородка с магнитным элементом, притягивающим поршень, находящийся в верхней части штока корпуса, и имеющая сквозной канал для прохождения данного штока, газов и жидкости; на корпусе сверху размещен жестко соединенный с опорной металлической рамой подъемный пневмоцилиндр, содержащий подвижный шток с каналом внутри него и с закрепленным на нем поршнем, делящим внутренний объем подъемного пневмоцилиндра на две пневмокамеры - верхнюю и нижнюю; на корпусе сбоку выполнены входные и выходные отверстия для сообщения с пневмомагистралью.
Технический результат заключается в решении поставленной задачи теми техническими средствами и приемами, которые описаны ниже в описании. Композиция всех узлов и деталей, входящих в заявляемое устройство, нова и благодаря ей достигается эффект нормальной работы и устраняются вышеописанные недостатки существующих аналогов, в том числе наиболее близкого.
Устройство для возбуждения сейсмических сигналов с поверхности земли представлено на Фиг.1, где позициями 1-25 обозначены: 1 - корпус, 2 - шток корпуса, 3 - поршень сверху демпферной камеры, 4 - поршень снизу демпферной камеры, 5 - перекрывающий клапан, 6 - демпферная пневмокамера, 7 - накопительная пневмокамера, 8 - рабочая пневмокамера, 9 - рабочий поршень, 10 -гильза, 11 - ударная плита, 12 - груз, 13 - канал в штоке корпуса, 14 - подъемный пневмоцилиндр, 15 - нижняя камера подъемного пневмоцилиндра, 16 - верхняя камера подъемного пневмоцилиндра, 17 - канал выброса газа, 18 - клапан выброса газа, 19 - шток подъемного пневмоцилиндра, 20 - опорная рама, 21, 22 - отверстия входные-выходные на пневмомагистраль, 23 - поперечная перегородка, 24 - магнитный элемент, 25 - упругий элемент.
Заявляемое устройство для возбуждения сейсмических сигналов с поверхности земли содержит цилиндрический корпус 1, выполненный из толстостенной трубы. Внутри корпуса 1 размещен шток 2 со сквозным каналом 13 для прохождения сжатого газа и с закрепленными на теле штока поршнями: поршень сверху демпферной камеры 3, поршень снизу демпферной камеры 4 и перекрывающий клапан 5. Внутри корпуса 1 расположена демпферная камера 6 с поперечной перегородкой 23 в ее средней части. Демпферная камера 6 заполнена газом и частично жидкостью. В нижней части корпуса расположена накопительная пневмокамера 7 с выхлопным горлообразным отверстием газа в ее нижней части, которое перекрывает клапан 5, причем рабочая площадь клапана 5 меньше рабочей площади нижнего поршня 4. Нижняя часть корпуса 1 выполнена в виде массивной толстостенной металлической части, служащей рабочим поршнем 9, который входит в толстостенную металлическую гильзу 10, выполняющую функцию пневмоцилиндра. Нижняя часть гильзы 10 выполнена в виде толстостенной металлической ударной плиты 11. На верхней части корпуса 1 закреплен груз 12 и подвижный шток 19 подъемного пневмопилиндра 14, который имеет внутри нижнюю 15 и верхнюю 16 камеры, разделенные поршнем, установленным на подвижном штоке 19. Шток 19 подъемного пневмопилиндра 14 имеет сквозной канал 17 выброса сжатого газа, который в верхней части заканчивается клапаном выброса газа 18. Подъемный пневмоцилиндр 14 смонтирован на опорной раме 20, которая удерживает его над поверхностью грунта при работе заявляемого устройства. Корпус 1 имеет также отверстия входные-выходные 21, 22 для сообщения с пневмомагистралью: отверстие 21, соединенное с нижней частью демпферной камеры 6, и отверстие 22, соединенное с накопительной пневмокамерой 7. В поперечной перегородке 23 демпферной камеры 6 размещен магнитный элемент 24, притягивающий поршень 3 сверху демпферной камеры 6, выполненный из магнитного материала. Поперечная перегородка 23 имеет сквозной канал для прохождения штока 2 корпуса 1 и перетекания газа и жидкости между нижней и верхней частями демпферной камеры. Магнитный элемент 24 может быть выполнен в виде постоянного кольцевого магнита. Над рабочим поршнем 9 размещен упругий элемент 25, изготовленный из резины или полиуретана в форме кольца.
Работа устройства для возбуждения сейсмических сигналов с поверхности земли осуществляется следующим образом.
В исходном положении заявляемое устройство устанавливают на грунт. Опорная рама 20 при этом опирается на грунт своими опорными частями, а рабочая толстостенная металлическая гильза 10 опирается на грунт толстостенной металлической ударной плитой 11. Шток 2 в корпусе 1 находится в крайнем нижнем положении и поршень 3 штока 2 сверху демпферной камеры прижат ее поперечной перегородкой 23 так, что сила притяжения между данным поршнем 3 и магнитным элементом 24 максимальна. Затем в накопительную пневмокамеру 7 через отверстие входное-выходное на пневмомагистраль 22 подают сжатый газ, например воздух. Из-за разницы рабочих площадей перекрывающего клапана 5, перекрывающего горлообразное отверстие, и поршня 4, расположенного снизу демпферной камеры, на шток 2 действует сила, направленная вверх. Когда эта сила, по мере увеличения давления сжатого газа в накопительной пневмокамере 7, превысит силу притяжения между магнитным элементом 24 и поршнем 3 сверху демпферной камеры 6, шток 2 корпуса 1 начинает движение вверх, и перекрывающий клапан 5 открывает выхлопное отверстие в нижней части корпуса 1. Сжатый газ под давлением выбрасывается в рабочую пневмокамеру 8. Рабочая толстостенная металлическая гильза 10 под действием сжатого газа в рабочей пневмокамере 8 перемещается вниз и ее ударная толстостенная металлическая плита 11 резко давит на лежащий под ней грунт, генерируя при этом сейсмические колебания.
При движении штока 2 корпуса 1 вверх происходит перетекание газа и жидкости из нижней части демпферной камеры 6 в верхнюю через канал в поперечной перегородке 23, при этом шток 2 корпуса 1 плавно тормозится.
Далее сжатый газ из рабочей пневмокамеры 8 проходит по каналу 13 в штоке 2 корпуса 1, каналу выброса газа 17 в штоке 19 подъемного пневмоцилиндра 14 и частично выбрасывается через клапан сброса 18 в атмосферу, а частично проходит в нижнюю камеру 15 подъемного пневмоцилиндра 14. Увеличение давления газа в нижней камере 15 подъемного пневмоцилиндра 14 вызывает подъем штока 19 и всего корпуса 1 заявляемого устройства, при котором ударная толстостенная плита 11 приподнимается над грунтом. Затем сжатый газ из нижней камеры 15 сбрасывается в атмосферу через канал 17 и клапан сброса 18. При этом корпус 1 вместе с толстостенной металлической гильзой 10 медленно и плавно вновь опускаются на поверхность грунта. Благодаря этому не происходит второго удара по грунту, который является помехой при проведении сейсмических работ.
Для возвращения штока 2 корпуса 1 в исходное положение в нижнюю часть демпферной камеры 6 по входному-выходному отверстию 21 подают сжатый газ, который оказывает давление на поршень 4 снизу демпферной камеры 6.
Пример. Заявляемое устройство для возбуждения сейсмических сигналов с поверхности земли изготовлено на предприятии г.Саратова, и опытный образец успешно прошел апробацию.