СКВАЖИННЫЙ ГАЗОВЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
DOWNHOLE GAS SEISMIC SOURCE

Использование: для возбуждения сейсмических волн из скважин.
Общими конструктивными элементами лучших прототипов газовых источников сейсмических колебаний являются: камеры накопления (основные рабочие) и камеры пусковые (для подрыва-открытия окон основной камеры и возврата-закрытия их и торможения в крайних точках движения), элемент, вскрывающий рабочую камеру, выполненный в виде массивного поршневого тела, совершающий возвратно-поступательные движения между камерами, в одном из крайних положений запирающий рабочую камеру, в другом - открывающий в ней окна. В этих устройствах выхлоп сжатого газа в окружающую среду происходит через узкий зазор между поршневым телом и корпусом камеры накопления или через ряд щелей между герметизирующими элементами, ширина которых будет равна части величины хода приводящего поршня. Щель будет обратно пропорциональна количеству герметизирующих элементов, что приводит к существенным потерям запасенной энергии, увеличению времени выхлопа и низкой сейсмической эффективности генерации звука. Также все эти источники могут использоваться только на небольших глубинах при наличии компрессорных установок или других газогенераторов, грузонесущих шлангов или трубопроводов для подачи газа к источнику.
В предлагаемой конструкции источник представляет собой резервуар, выполненный из труб, соединенных вверху с гильзой, имеющей два ряда радиальных выхлопных окон: больших основных окон и маленьких пусковых окон. Снизу полость рабочей камеры закрыта соединительной муфтой, а сверху - корпусом. Управляющий поршень с уплотнениями установлен внутри гильзы и в проточке корпуса. В верхней части источника выполнена гидравлическая подвеска, состоящая из ползуна, сопряженного по уплотняемым поверхностям на корпусе и хвостовике, жестко закрепленном в верхней части корпуса. Полость, образованная между ползуном, корпусом и хвостовиком, соединена с полостью в корпусе через радиальные отверстия в хвостовике и заполнена маслом. Шторка, закрывающая основные окна свободно с уплотнениями установлена в гильзу и совместно с поршнем на соответствующие шейки полого сердечника. Конфигурация поршня, гильзы и корпуса выполнена так, что их соединение является поршневым приводом, работающим от разности давлений в масляной полости, в полости основной камеры и в окружающей среде при пуске излучателя. Пружина прижимает шторку к упорному бурту на сердечнике при закрытых основных окнах. Это обеспечивает надежное закрытие основных окон перед заправкой всего устройства газом и во время заполнения полости основной камеры из полости ресивера и дополнительное усилие при закрытии основных окон. Нижняя труба, закрытая сверху соединительной муфтой и снизу крышкой, образует полость ресивера с запасом рабочего газа, конкретное количество которого заправляется одним из известных способов на поверхности. Полость ресивера соединяется с полостью основной камеры через осевой канал в сердечнике, через радиальные каналы в сердечнике, в плунжере и через каналы клапана питания, который открыт до момента достижения рабочего перепада давления между полостью основной камеры и окружающим ее пространством. Поршень свободно установлен на верхней проточке сердечника, которая входит в глухое отверстие в плунжере. Поршень ограничен в движении вниз по проточке на сердечнике буртом, а вверх нижним торцом корпуса. В крайних положениях поршня радиальные каналы сердечника и плунжера соединены и открыты, а в переходных закрыты, это позволяет уменьшить непроизводительные потери газа. Поршень и шторка имеют осевые отверстия, большие в поршне и дроссельные в шторке. Источник при производстве пуска постановкой его на забой спускается на канате; при пуске от электрического привода на грузонесущем кабеле. При этом грузовая заделка кабеля или корпус пускового устройства жестко крепятся к ползуну гидравлической подвески.
За счет этого конструктивного решения достигается:
увеличение площади выхлопа и объема реализуемого рабочего тела;
уменьшения времени выхлопа, следовательно, при всех равных параметрах -увеличение мощности;
для работы источник не требует применения компрессорных установок или других агрегатов, подающих и сжимающих газ, для спуска и наполнения основной камеры не требуются специальные грузонесущие шланги или колоны труб, следовательно, достигается большое уменьшение затрат.
Описание изобретения
Предлагаемое изобретение относится к устройствам для возбуждения сейсмических волн из глубоких скважин.
Известны скважинные источники:
пат. США 3805914, G01v 1/04;
пат. США 4038630, 181/111;
а.с. СССР 1387696, G01v 1/137;
а.с. 1708069, G01v 1/137;
пат. РФ №1025245, G01v 1/133;
пат. РФ №2161810, G01v 1/133, 1/137.
Все они пополняются газом во время работы через шланги или трубы от компрессора или любого другого газогенератора, или от баллонов высокого давления. Существующие мобильные компрессорные установки и баллоны высокого давления могут подать в камеру давление не более 20 МПа. Выброс сжатого газа в окружающую среду у этих устройств идет через узкий зазор между поршневым телом и камерой накопления или через ряд щелей между герметизирующими элементами. Ширина щелей между элементами будет обратно пропорциональна числу этих элементов, что приводит к существенным потерям запасенной энергии, к увеличению времени выхлопа и низкой сейсмической эффективности генерации звука. Открытие окон в этих источниках происходит под действием перепада давления, создающего на кольцевых поверхностях ограниченное двигающее усилие, что увеличивает время открытия и закрытия окон и одновременно увеличивает непроизводительные потери газа на переходных процессах.
Задачей изобретения является достижение максимальной мощности сейсмического импульса, его многократного одинакового по мощности повторения при упрощении его эксплуатации и управления без применения компрессоров высокого давления или других газогенераторов и без применения грузонесущих шлангов и насосных труб.
Положительный результат достигается тем, что источник имеет ресивер с запасом газа для проведения конкретного числа выхлопов. Ресивер вместе с камерами заполняется газом на поверхности одним из известных способов. На канале, связывающем полость ресивера с камерами, установлен клапан питания, который закрывает проход газу по каналу после достижения рабочего перепада давления между внутренней рабочей полостью и окружающим пространством, что обеспечивает конкретное число одинаковых по мощности выхлопов.
Положительный результат достигается также тем, что в источнике открытие окон основной камеры происходит под действием резкого падения давления в пусковой камере при исчезновении натяжного усилия в подъемном канате или грузонесущем кабеле. Пусковая камера при открытии своих окон создает резкий перепад давления на всей площади поперечного сечения приводной шторки, которая при своем движении в одном крайнем положении открывает радиальные окна на гильзе, а в другом герметично закрывают их. Суммарная площадь выхлопных окон не менее площади поперечного сечения гильзы. Открытие основных окон проходит под действием силы, создаваемой перепадом на всей площади поперечного сечения шторки. Шторка в конце хода открытия воспринимает тормозное усилие, возникающее от перепада давления в соединении шторка-поршень.
На чертеже изображен поперечный разрез скважинного источника. Источник представляет собой резервуар, выполненный из труб 1 и 2, соединенных с гильзой 3, имеющей два ряда радиальных выхлопных окон: больших основных окон 4 и маленьких пусковых окон 5. Снизу полость рабочей камеры 6 закрыта соединительной муфтой 7, а сверху корпусом 8. Управляющий поршень 9 с уплотнениями установлен внутри гильзы 3 и в проточке корпуса 8. В верхней части источника выполнена гидравлическая подвеска, состоящая из ползуна 10, сопряженного по уплотняемым поверхностям на корпусе 8 и хвостовике 11, жестко закрепленном в верхней части корпуса 8. Полость, образованная между ползуном 10, корпусом 8 и хвостовиком 11, соединена с полостью 12 в корпусе 8 через радиальные отверстия 13 в хвостовике 11 и заполнена маслом. Шторка 14, закрывающая основные окна 4, свободно с уплотнениями установлена в гильзу 3 и совместно с поршнем 9 на соответствующие шейки полого сердечника 15. Конфигурация поршня 9, гильзы 3 и корпуса 8 выполнена так, что их соединение является поршневым приводом, работающим от разности давлений в полостях 6, 12 и в окружающей среде при пуске излучателя. Пружина 16 прижимает шторку 14 к упорному бурту 17 сердечника 15 при закрытых основных окнах 4. Это обеспечивает надежное закрытие окон 4 перед заправкой всего устройства газом и во время заполнения полости 6 из полости 18 и дополнительное усилие при закрытии основных окон 4. Труба 2, закрытая сверху муфтой 7 и снизу крышкой 19, образует полость 18 с запасом рабочего газа, конкретное количество которого заправляется одним из известных способов на поверхности. Полость 18 соединяется с полостью 6 основной камеры через осевой канал 21 в сердечнике 15, через радиальные каналы 22 в сердечнике 15 и в плунжере 23 и через каналы клапана питания 20, который открыт до момента достижения рабочего перепада давления между полостью 6 и окружающим ее пространством. Поршень 9 свободно установлен на верхней проточке 24 сердечника 15, которая входит в глухое отверстие 25 в плунжере 23. Поршень 9 ограничен в движении вниз по проточке на сердечнике 15 буртом, а вверх торцом корпуса 8. В крайних положениях поршня 9 каналы 22 открыты, а в переходных закрыты, это позволяет уменьшить непроизводительные потери газа. Поршень 9 и шторка 14 имеют осевые отверстия: большие 27 и дроссельные 28. Источник опускается в скважину на канате или на грузонесущем кабеле: при производстве пуска постановкой на его забой источник спускается на канате 29; при пуске от электрического привода на грузонесущем кабеле. При этом грузовая заделка 26 кабеля или корпус пускового устройства жестко крепятся к ползуну 10.
В исходном состоянии, как изображено на чертеже, внутренняя полость 6 основной камеры находится под рабочим перепадом давления относительно окружающего пространства, обеспеченным клапаном питания 20, который закрыт, и полость 18 ресивера находится под давлением, определяемым количеством газа, принятого при его заправке. Окна 4 и 5 герметично закрыты соответственно шторкой 14 под действием усилия пружины 16 и поршнем 9 под действием равнодействующей силы от перепада давления на сопряжениях по корпусу 8 и гильзы 3. Источник висит на канате 29. Вес источника создает дополнительное давление в масляной полости 12, которое и удерживает плунжер 23 в крайнем нижнем положении. Для проведения рабочего выхлопа газа необходимо лебедкой быстро опустить источник на забой и сразу же начать его подъем. При этом дополнительное давление в масляной полости исчезнет, и поршень 9 с плунжером 23 под действием давления газа в полости 6 начнет равноускоренное движение вверх, открывая окна 5. При движении поршня вверх отверстия 22 в сердечнике 15 и поршне 9 сдвинутся относительно друг друга, и газ из канала 21 перестанет попадать в полость над шторкой 14. Давление в полости над шторкой 14 при открытии окон 5 резко упадет, что даст сильный силовой импульс шторке 14 вверх. Этот импульс в несколько раз больше, чем импульс, который получил поршень 9. При одновременном движении шторки 14 и поршня 9 шторка догонит поршень 9 уже на середине его пути. Тогда она войдет своей верхней юбкой в сопряженную с ней нижнюю проточку в поршне 9. Полость над поршнем 9 после этого станет изолированной от окружающего пространства, и она будет пополняться газом через питательный клапан 20 до достижения в ней рабочего перепада давления. Этот перепад затормозит движение шторки 14 и затем придаст ей обратное ускорение. Когда при обратном ходе шторки 14 ее сопряжение с поршнем 9 разойдется, давление над поршнем начнет резко падать, так как газ из этой полости через окна 5 будет выбрасываться в окружающее пространство. Шторка 14 остановится на упоре 17. Источник в это время уже должен висеть на канате 29 и давление в полости 12 при уменьшенном за время выхлопа давлении в полости 6 быстро закроет окна 5 и соединит канал 21 через отверстия 22, 27 и 28 с полостью 6. Через эти каналы и через открывшийся питательный клапан 20 полость 6 заполнится газом из полости 18 до достижения рабочего перепада давления в ней, когда питательный клапан закроется. Источник готов к следующему выхлопу. Источник сможет выполнить конкретное количество одинаковых выхлопов, которое зависит только от количества принятого газа во время его заправки в полость 18.