СКВАЖИННЫЙ СЕЙСМИЧЕСКИЙ ЗОНД "СПАН-7"
SPAN-7 BOREHOLE SEISMIC PROBE

Изобретение относится к области знаний о колебательном движении и может быть использовано для регистрации в скважинах сейсмических колебаний, распространяющихся в горных породах при проведении работ методами вертикального сейсмического профилирования (ВСП) или непродольного вертикального сейсмического профилирования (НВСП). При ВСП возбуждение колебаний производится в близких от устья скважины пунктах, а при НВСП - в удаленных.
Для регистрации колебаний в скважинах известен скважинный сейсмический прибор (а.с. 1073725, кл. G01V 1/52, 30.01.86), состоящий из корпуса, в котором размещены электропривод, включающий электродвигатель и редуктор, винтопара и два прижимных рычага, посредством которых прибор жестко закрепляется в скважине, прижимаясь к ее стенке. Наличие двух прижимных рычагов, жестко прижимающих прибор к стенке скважины с двух направлений, существенно повышает устойчивость его при приеме колебаний. Однако смещение прибора от оси скважины к стенке приводит к асимметричному положению его относительно оси скважины, что порождает анизотропию чувствительности, т.е. зависимость чувствительности от направления подхода волны. Анизотропия чувствительности приводит к искажению динамических параметров регистрируемых волн (амплитуды, частоты и др.) Т.е. контакт прибора со средой, выполняемый таким прижимом, имеет круговую диаграмму чувствительности, не совпадающую с окружностью. Кроме этого, из-за неровности стенок скважины цилиндрический корпус прибора прижимается к стенке скважины не всей образующей цилиндра. Вследствие чего часто возникает ситуация, когда один из концов прибора или оба конца остаются свободными, т.е. не прижатыми к стенке скважины. В этом случае они будут являться источниками резонансных помех, которые возникнут при регистрации возбуждаемых колебаний.
Известен патент RU №2305299 МПК G01V 1/52 на изобретение «Скважинный сейсмический зонд «СПАН-6», принятый за прототип, который содержит не менее двух модулей, один из которых силовой, а другие - приемные. Силовой и приемные модули размещаются в отдельных корпусах. Корпуса должны соединяться между собой прочным гибким тросом, линией электрической связи и шлангом высокого давления. В корпусе силового модуля должны размещаться электропривод, винтопара и нагнетательный поршень, а также электронный блок.
В корпусе приемного модуля должны размещаться датчики, регистрирующие колебания зонда вместе с окружающей породой, и механизм прижима зонда к стенке скважины, обеспечивающий жесткий контакт корпуса приемного модуля с окружающими породами.
Недостатком данного зонда является необходимость использования шланга высокого давления, соединяющего силовой модуль с приемным модулем, вместо стандартного каротажного кабеля, что усложняет конструкцию зонда, снижает уровень безопасности ведения работ ввиду возможных разрушений шланга при транспортировке зонда в скважине.
Целью предлагаемого изобретения является:
- упрощение конструкции зонда за счет исключения применения шлангов высокого давления:
- повышение уровня безопасного ведения работ на скважине.
Для достижения этой цели необходимо размещать в одном корпусе электропривод, винтопару, шток который соединен с нагнетательным поршнем, датчики, нагнетательный и исполнительный поршни, к которым закрепляются прижимные рычаги, а также приемники сейсмических колебаний.
Заявителю не известны технические решения, отличающие заявляемое решение от прототипа, поэтому можно сделать вывод о соответствии его критерию "Новизна" и "Изобретательский уровень.
Схематичное изображение скважинного сейсмического зонда, предлагаемого Антипиным С.Ю. и Антипиным Г.С. (и поэтому названного как «Скважинный прибор Антипиных - СПАН-7») для случая, когда силовой модуль расположен между прижимными рычагами, приведено на фиг.1.
Зонд содержит корпус 1, в котором размещаются нагнетательный поршень 2, верхний 4 и нижний 10 исполнительные поршни, которые подвижно соединяются с прижимными рычагами верхней группы 5 и нижней группы 11 соответственно, в каждой группе по три прижимных рычага, шарнирно связанных с корпусом зонда, электропривод 8 с винтопарой 6 и блок электроники 9, пространство 3 между нагнетательным поршнем 2 и верхнем исполнительным поршнем 4. а также пространство 7 между исполнительными поршнями 4 и 10 заполнено несжимаемой жидкостью, в торце нижнего корпуса размещается вспомогательный поршень 12, торец которого сообщается с внешней средой, а в верхнем исполнительном поршне размещаются один или несколько компенсирующих поршней 13.
Устройство работает следующим образом. Перед спуском прибора в скважину нагнетательный поршень 2 должен занимать крайнее верхнее положение. При этом в пространствах 3 и 7 будет создаваться разрежение и давление жидкости под нижней плоскостью нагнетательного поршня 2 в пространстве 3 и соответственно в пространстве 7 будет понижено. При этом прижимные рычаги 5 и 11 в каждой группе расположатся вдоль корпуса прибора.
Затем прибор опускается на заданную глубину исследуемой скважины. На этой глубине подается электропитание на электропривод 8 и через винтопару 6 нагнетательный поршень будет перемещаться к центру зонда. Под действием возникающего давления в пространстве 3 поршень 4 будет перемещаться к нижнему концу зонда, раскрывая при этом прижимные рычаги 5 и создавая давление в пространстве 7, которое вызовет перемещение поршня 10, в результате которого будут раскрываться прижимные рычаги 11. Равенство усилий прижима рычагов в верхней и нижней группах достигается с помощью компенсирующего поршня 13, который работает следующим образом. Возможны два варианта процесса прижатия рычагов к стенке скважины. В одном случае верхняя группа рычагов уже достигла стенки скважины, а нижняя еще не достигла. Тогда прекратится перемещение исполнительного поршня 4 и он не будет создавать давление в полости 7 и создаваемое давление нагнетательным поршнем приведет в движение компенсирующий поршень, который будет выравнивать давление в полостях 3 и 7. Равенство давлений в полостях 3 и 7 будет обеспечивать и равенство усилий прижима на верхнем и нижнем уровне.
В другом случае стенок скважины вначале достигает нижняя группа рычагов. Тогда исполнительный поршень 10 не будет перемещаться и нагнетательный поршень, создавая давление в полости 3, будет перемещать только исполнительный поршень 4 до тех пор, пока рычаги верхней группы не достигнут стенок скважины.
После прижатия рычагов в верхней 7 и нижней 11 группах к стенке скважины с задаваемым усилием, которое определяется по величине потребляемого тока, электропривод отключается, и производятся возбуждение и регистрация колебаний датчиками, расположенными в контейнере 9.
По окончании измерений включается электропривод для перемещения нагнетательного поршня вверх. В результате создается разрежение в полости 3, исполнительный поршень будет перемещаться вверх, ослабляя прижим рычагов верхней группы к стенке скважины и создавая разрежение в полости 7. При этом исполнительный поршень 10 будет также перемещаться вверх, ослабляя прижим к стенке скважины рычагов нижней группы. Дополнительное усилие для перемещения верхнего и нижнего исполнительных поршней создает вспомогательный поршень 12, воспринимающий давление скважинной жидкости.
Перемещение исполнительных поршней 4 и 10 приводит к складыванию прижимных рычагов 5 и 11 вдоль корпуса прибора и они не будут препятствовать перемещению прибора в скважине. После этого зонд на кабеле поднимается вверх на новую точку приема колебаний и цикл работ повторяется.