СКВАЖИННЫЙ СЕЙСМИЧЕСКИЙ ПРИБОР
WELL SEISMIC TOOL

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.
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 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. С целью повышения качества измерений в сложных участках скважины путем распределения прижимного усилия вдоль скважинного прибора в него были введены прижимные рейки, шарнирно связанные с концевыми участками корпуса (Шехтман и Курасов, 1986).
Наиболее близким прототипом к изобретению является 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 прибор к стенке скважины или освобождать его (Авт. свид. СССР №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.
Цель изобретения - повышение точности измерений путем увеличения надежности механического контакта прибора со стенкой скважины.
Поставленная цель достигается тем, что в скважинном сейсмическом приборе, содержащем герметичный корпус и управляемое прижимное устройство, выполненное в виде прижимного рычага, к корпусу со стороны, противоположной рычагу, соосно с корпусом жестко закреплен съемный башмак, выполненный в виде сектора тонкостенной трубы, наружный радиус которой по меньшей мере вдвое превышает радиус корпуса. К наружной поверхности токостенной трубы в одном из воплощений изобретения могут быть жестко прикреплены по меньшей мере две опоры, параллельные оси прибора.
Центральный угол сектора тонкостенной трубы предлагается брать равным 120°, хотя возможны и иные углы, обеспечивающие несколько менее надежный контакт скважинного прибора со стенкой скважины. Ограничением для большего угла является максимальный диаметр скважинного прибора вместе с прикрепленным к нему башмаком (или двумя башмаками - по разные стороны от прижимного рычага), позволяющий беспрепятственно перемещать прибор по стволу скважины после складывания прижимного рычага.
На чертежах схематически показан предлагаемый скважинный сейсмический прибор.
На рис.1 приведена схема скважинного сейсмического прибора; на рис.2 - разрез А-А на рис.1. На рис.3 приведена схема скважинного прибора с раскрытым прижимным рычагом, а на рис.4 - разрез А-А с раскрытым прижимным рычагом в прижатом к стенке скважины состоянии.
Прибор содержит корпус 1, съемные башмаки 2, опоры 3, ходовой винт 4, штифт 5, прижимной рычаг 6, ось вращения прижимного рычага 7. На рис.2 в одном из сечений скважинного прибора показаны две опоры, жестко прикрепленные к съемному башмаку 2. Наличие двух опор, развернутых под углом, позволяет исключить паразитные вращательные колебания более надежно по сравнению с их жестким креплением непосредственно к корпусу, имеющему намного меньший диаметр, чем диаметр исследуемой скважины. Кроме того, наличие опор на наружной поверхности башмаков гарантирует прибор от его залипания в скважинах, стенки которых изнутри могут быть покрыты слоем парафина или другими вязкими веществами. В других условиях, когда залипанию приборов в скважине ничего не способствует, можно обойтись и без опор, поскольку надежный контакт прибора со стенкой скважины будет обеспечен благодаря тому, что наружный диаметр башмака можно взять равным внутреннему диаметру скважины.
Устройство работает следующим образом.
При поступательном перемещении вниз силового штока 4 штифт 5 действует на короткое плечо прижимного рычага 6. При вращении прижимного рычага относительно оси вращения 7 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. При наличии на башмаках жестко установленных на них опор 2 к стенке скважины прижимаются непосредственно опоры, обеспечивая зазор между башмаками и стенкой скважины. Благодаря тому что наружный диаметр башмаков близок к внутреннему диаметру скважины, усилие, обеспечиваемое прижимным рычагом, передается через опоры на стенку скважины таким образом, что горизонтальные составляющие этого усилия, направленные на каждой из опор 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.
Радиус тонкостенной трубы, из которой изготавливают башмаки, в идеальном случае берут равным внутреннему радиусу скважины, в которой намечены работы. Однако полезный эффект вполне может быть достигнут, если радиус токостенной трубы взять по меньшей мере вдвое большим, чем радиус корпуса скважинного прибора. Тем самым площадь контакта прибора со стенкой скважины, столь необходимая для качественной регистрации сейсмических колебаний, будет существенно большей, чем у аналогов и прототипа данного изобретения, в которых со стенкой скважины контактирует непосредственно корпус прибора. Жесткое крепление башмаков к корпусу прибора осуществляется посредством хомутов, не показанных на приведенных чертежах, или любым иным известным способом.
Применение предлагаемого скважинного сейсмического прибора позволяет получать надежные результаты при проведении трехкомпонентных наблюдений в обсаженных и необсаженных глубоких 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.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Воронин Ю.А., Жадин В.В. О частотных искажениях сейсмического сигнала при регистрации трехкомпонентным скважинным сейсмоприемником. - «Геология и 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 №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 №1073725, кл. G01V 1/40, 1984.
5. Шехтман Г.А., Курасов М.И., Корнилин Б.П. Скважинный сейсмический прибор. Авторское свидетельство СССР №1448902, кл. G01V 1/40, 1986.
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 Toksöz, M.N., and Stewart, R.R., Eds., Vertical seismic profiling. Part B: Advanced concepts: Geophysical Press, 177-188.