СИСТЕМА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ДЛЯ МЕЛКОВОДЬЯ И ВЕРТИКАЛЬНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ

Техническое решение относится к сейсмической разведке и может быть использовано в устройствах для генерирования сейсмической энергии, в том числе в скважинах, на мелководье и для вертикального сейсмического профилирования (ВСП).
В настоящее время известны многочисленные устройства [1-10] для генерирования сейсмической энергии, общие принципы которых подробно изложены в [10]. Пневматические источники (ПИ) сейсмических сигналов для акваторий (например [2-9]) имеют определенные специфические особенности. Общими признаками ПИ является наличие корпуса с размещенными в нем подвижным цилиндром, электропневмоклапаном, штоком с поршнями, управляющих и рабочих пневмокамер, истечение сжатого воздуха из которых создает импульсы упругой энергии.
Так, ПИ [4] содержит корпус, в котором размещены электропневмоклапан, линия ввода сжатого воздуха с подрывным каналом и подвижный цилиндр с жестко закрепленным внутри него штоком, при этом подвижный цилиндр и корпус образуют управляющую камеру, а также рабочую камеру с выхлопным окном, выполненным в виде отдельных отверстий, размещенных на кольцевой насадке.
Однако ПИ [4] не обеспечивает потенциальной амплитуды сигнала при запасенных объемах сжатого воздуха в рабочей и управляющей камерах, которая принципиально может быть достигнута лишь при достаточно больших (по суммарной площади) выхлопных окнах. Кроме того в ПИ [4] длина подрывного канала не является минимальной, что увеличивает время срабатывания (взрыва) ПИ.
ПИ [3] содержит корпус с верхней гайкой (крышкой), в котором размещены электропневмоклапан, линия ввода сжатого воздуха с подрывным каналом, подвижный цилиндр с жестко закрепленным внутри него штоком, при этом подвижный цилиндр и корпус образуют управляющую камеру и рабочую камеру с выхлопным окном, выполненным в виде кольцевого отверстия.
Недостатком ПИ [3], как и других аналогов, является усложненность конструкции ввиду наличия подвижного цилиндра и фигурного штока, что, в ряде случаев, может повлечь снижение надежности его работы.
Кроме того, к недостаткам ПИ [3] можно отнести плохую грязезащищенность (попадание мелкодисперсных абразивных частиц грунта вовнутрь камеры), особенно при работе на мелководье.
ПИ [2] содержит цилиндрический корпус, снабженный запускающим электропневмоклапаном, каналом подачи сжатого воздуха и размещенными на боковой поверхности выхлопными окнами, а также размещенной в корпусе рабочей пневмокамерой. При этом между корпусом и пневмокамерой размещен сопряженный с корпусом фигурный цилиндрический шток, выполненный с возможностью перемещения относительно выхлопных окон корпуса.
Однако, конструкция фигурного цилиндрического штока в ПИ [2] достаточна сложна, что, в ряде случаев, может привести к снижению надежности ПИ. Кроме того, в конструкции [2] затруднительно получить большую мощность выхлопа (взрыва) при минимизации размеров корпуса ПИ.
Основной технический результат пневматического источника сейсмических сигналов («МАЛЫШ») [1], принятого за прототип, - повышение надежности работы ПИ за счет рационального конструктивного решения его узлов, а также обеспечение максимальной мощности выхлопа (взрыва) при небольших габаритах ПИ. Дополнительное повышение надежности работы ПИ достигается за счет исключения попадания абразивных частиц грунта вовнутрь пневмокамеры ПИ и уравновешенности конструкции (с четырьмя крестообразными выхлопными каналами). Кроме того, достоинством ПИ «МАЛЫШ» может служить возможность использования обратной связи для точной фиксации момента взрыва.
Пневматический источник сейсмических сигналов [1], принятый за прототип, содержит цилиндрический корпус, снабженный запускающим электропневмоклапаном, каналом подачи сжатого воздуха, выхлопными окнами, а также размещенной в корпусе рабочей пневмокамерой с подведенным к ней каналом подрыва, причем электропневмоклапан снабжен челноком и таблеткой со сквозным отверстием по размеру канала подрыва, в рабочей пневмокамере установлен затвор с подрывающими бровками, взаимодействующий с таблеткой пневмокамеры. При этом сквозное отверстие таблетки пневмокамеры сообщается с выхлопными окнами посредством выполненных крестообразно по отношению друг к другу четырех выхлопных каналов, а рабочая пневмокамера выполнена в виде двух сообщающихся посредством четырех отверстий отделений, размещенных сверху и снизу выхлопных каналов. Для точной фиксации момента срабатывания (взрыва) ПИ дополнительно снабжен обратной связью, включающей постоянные магниты, геркон и датчик давления. Челнок электропневмоклапана, таблетка электропневмоклапана, а также затвор и таблетка рабочей пневмокамеры снабжены кольцевыми уплотнителями, выполненными в виде кольцевых манжет.
Являясь уникальным по синергии характиреистик: малогабаритность (длина - не более 50 см, диаметр - не более 13,5 см при рабочем объеме от
3
4 0,5 до 1,0 дм) при обеспечении значительной мощности выхлопа (взрыва) и надежная грязезащищенность (исключение попадания частиц грунта вовнутрь ПИ), ПИ серии «Малыш» [1], тем не менее в ряде случаев не обеспечивает требуемой мощности взрыва для заданной глубинности и высокого разрешения сейсморазведки.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в конструктивном группировании нескольких ПИ серии «Малыш» с управлением посредством одного клапана.
Основной технический результат предлагаемой системы ПИ - синергия повышения амплитуды излучаемого сейсмического сигнала с достоинствами используемых малогабаритных ПИ серии «Малыш», конструкция которых исключает попадание частиц грунта вовнутрь ПИ.
Технический результат достигается следующим образом.
Система пневматических источников сейсмических сигналов (СС) для мелководья и вертикального сейсмического профилирования содержит малогабаритный пневмоисточник (ПИ) СС, конструкция которого исключает попадание абразивных частиц грунта вовнутрь ПИ.
Отличительной особенностью системы является то, что она дополнительно включает от одного до трех идентичных ПИ и образует группу из 2÷4 последовательно соединенных малогабаритных ПИ СС, причем все ПИ группы выполнены с возможностью управления посредством одного клапана управления по общему каналу подрыва, снабженному жиклерами по числу ПИ в группе, а обратная связь с клапаном управления осуществляется при спаде давления в рабочих камерах входящих в группу ПИ.
В качестве включенных в группу ПИ СС использованы идентичные малогабаритные ПИ «Малыш», каждый из которых содержит цилиндрический корпус, снабженный запускающим электропневмоклапаном, каналом подачи сжатого воздуха, выхлопными окнами, а также размещенной в корпусе рабочей пневмокамерой с подведенным к ней каналом подрыва.
Причем электропневмоклапан снабжен челноком и таблеткой со сквозным отверстием по размеру канала подрыва, в рабочей пневмокамере установлен затвор с подрывающими бровками, взаимодействующий с таблеткой пневмокамеры, сквозное отверстие таблетки пневмокамеры сообщается с выхлопными окнами посредством выполненных крестообразно по отношению друг к другу четырех выхлопных каналов, а рабочая пневмокамера выполнена в виде двух сообщающихся посредством четырех отверстий отделений, размещенных сверху и снизу выхлопных каналов. При этом ПИ дополнительно снабжен обратной связью, включающей постоянные магниты, геркон и датчик давления, а челнок электропневмоклапана, таблетка электропневмоклапана, затвор и таблетка рабочей пневмокамеры снабжены кольцевыми уплотнителями, выполненными в виде кольцевых манжет.
Чертеж иллюстрирует конструкцию системы (а) и конструкцию пневмоисточника «МАЛЫШ» (б) в части основных функциональных узлов.
Система (а) включает группу ПИ 1 и клапан 2 управления. Пневмоисточник 1 (б) содержит цилиндрический корпус 3, запускающий электропневмоклапан 4, канал 5 подачи сжатого воздуха, выхлопные окна 6 и размещенную в корпусе рабочую пневмокамеру 7 с подведенным к ней каналом 8 подрыва. Электропневмоклапан 4 снабжен челноком 9 и таблеткой 10 со сквозным отверстием по размеру канала 8 подрыва. В рабочей пневмокамере 7 установлен затвор 11 с подрывающими бровками 12, взаимодействующий с таблеткой 13 пневмокамеры. Пневмокамера 7 выполнена в виде двух отделений, размещенных сверху и снизу выхлопных каналов с выхлопными окнами 6. Челнок 9, таблетка 10 электропневмоклапана 4, а также затвор 11 и таблетка 13 пневмокамеры 7 снабжены кольцевыми уплотнителями 14. Верхнее и нижнее отделения пневмокамеры 5 сообщаются посредством отверстий 15.
Работа системы определяется работой ПИ 1 (типа «Малыш»), входящих в группу, и управляется клапаном 2 управления. Управляющие
сигналы от клапана 2 запускают каждый из ПИ 1 по каналам подрыва, причем управление осуществляется через отверстия, в каналах которых установлены жиклеры. Обратная связь ПИ 1 с клапаном 2 управления осуществляется при спаде давления в рабочих камерах входящих в группу ПИ. Пневмоисточники «МАЛЫШ» 3 в группе работают следующим образом. Сжатый воздух высокого давления поступает по линии подачи и прижимает челнок 9 электропневмоклапана 4 к таблетке 10, тем самым закрывая подрыв на пневмокамеру 7. Сжатый воздух, поступающий по каналу 5, двигает затвор 11 вниз, прижимая его к таблетке 13 пневмокамеры 7. В точках взаимодействия создается контактное давление. Пневмокамера готова к работе.
При подаче импульса тока на катушку электропневмоклапана 4 челнок 9 движется вверх, освобождая сквозное отверстие таблетки 10. Сжатый воздух по каналу 8 подрыва попадает на подрывающие бровки 12, двигает затвор 11 пневмокамеры 7 вверх вследствие контактного давления в точках его взаимодействия с таблеткой 13. Затвор 11 открывает сквозное отверстие таблетки 13 рабочей пневмокамеры 7, и воздух с большой мощностью выбрасывается через выхлопные каналы с выхлопными окнами 6. Сообщение верхнего и нижнего отделений рабочей пневмокамеры 7 осуществляется посредством четырех отверстий 15. Происходит рабочий выхлоп (взрыв).
Поскольку четыре выхлопных канала с выхлопными окнами 6 выполнены в корпусе 3 крестообразно по отношению друг к другу, то при срабатывании (взрыве) корпус 3 остается уравновешенным. Вследствие того, что все кольцевые уплотнительные элементы 14 (челнока 9 и таблетки 10 электропневмоклапана 4, а также затвора 11 и таблетки 13 пневмокамеры 7) находятся в среде сжатого воздуха, подсос микрочастиц грунта в пневмокамеру 7 исключен. Для точной фиксации момента срабатывания (взрыва) ПИ может быть снабжен обратной связью, включающей постоянные магниты, геркон и датчик давления. После выхлопа челнок 9 и затвор 11 возвращаются в исходное положение, и процесс повторяется.
Конструктивные особенности ПИ серии «Малыш» вносят в известные технические решения усовершенствования, которые повышают надежность ПИ и обеспечивают максимальную мощность выхлопа (взрыва) при небольших габаритах ПИ, что позволяет эффективно использовать его на предельном мелководье и на заболоченной местности при глубинах от 0,4 м.
Комплексирование ПИ СС «Малыш» в последовательную группу (например, из 3-х источников) увеличивает амплитуду излучаемого СС (соответственно числу ПИ в группе), что в совокупности с достоинствами ПИ «Малыш» обеспечивает синергетический технический результат по реализации высокоразрешающей сейсморазведки на мелководье и вертикального сейсмического профилирования (как линейного, так и площадного).
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 51237 U1, 27.01.2006 (прототип).
2. RU 13433 U1, 10.04.2000 (аналог).
3. RU 21244 U1, 27.12.2001 (аналог).
4. RU 2046372 С1, 20.10.1995 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
5. RU 15117 U1, 20.09.2000.
6. RU 2171477 С1, 27.07.2001.
7. RU 15795 U1, 10.11.2000.
8. RU 2034310 С1, 30.04.1995.
9. RU 13705 U1, 10.05.2000.
10. Сейсморазведка. Справочник геофизика / Под ред. И.И.Гурвича, В.П.Номоконова. - М.: Недра, 1981, 464 с. (с.190-198).