СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ВОДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF EXCITING SEISMIC SIGNALS IN WATER AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к морской сейсморазведке.
Используется при обнаружении углеводородных месторождений. Возможно его использование в эхолокации, например, для изучения рельефа дна акватории. Известны способы возбуждения сейсмических сигналов в воде. Наиболее распространенным способом возбуждения сейсмических сигналов в воде является выхлоп сжатого воздуха из рабочей камеры пневмоизлучателя. Образовавшийся после выхлопа сжатого воздуха в воде воздушный пузырь, всплывая вверх, сжимается и разжимается, излучая при каждом сжатии сейсмический импульс. При этом полный сигнал представляет собой затухающую синусоиду. Самым информативным является первый импульс, образованный выхлопом сжатого воздуха, остальные являются помехой и усложняют интерпретацию отраженных от слагающих осадочных пластов волн.
Для улучшения соотношения сигнал/помеха, с целью получения разрешенной сейсмической записи, используют различные способы борьбы с пульсациями воздушного пузыря.
Известны способы возбуждения сейсмических сигналов в воде при помощи пневмовыхлопа с гашением пульсации воздушного пузыря. Способ (см. кн. «Источники возбуждения упругих волн при сейсморазведке на акваториях». Автор: М.И.Балашканд и др. М.: Недра, 1977, стр.31), заключающийся в расположении пневмоизлучается внутри перфорированной сферы. Устройство называется «Флексотир». Недостатком способа является резкое снижение амплитуды первого импульса по сравнению с импульсом, излученным пневмоизлучателем без сферы «Флексотира». Это сложный и неэффективный способ. Возможно разрушение сферы «Флексотира».
Способ (см. А.С. СССР №224100 «Способ возбуждения упругих колебаний в воде». Автор: М.И.Балашканд и др. «Изобретение, промышленные образцы, товарные знаки», 1968 г., №25) - прототип, предусматривает прекращение пульсации воздушной полости за счет искусственного повышения давления в полости после ее перерасширения, что достигается путем повторного выхлопа сжатого воздуха в полость. При этом необходимо как минимум равенство основного и дополнительного выхлопа.
При использовании этого способа (см. кн. М.И.Балашканд и др. «Источники возбуждения упругих волн при сейсморазведке на акваториях», М.: Недра, 1977, стр.33) важно, чтобы второй выхлоп производился внутри самой полости, или же основной выхлоп следует разделить на два и расположить на расстоянии, равном максимальному диаметру воздушного пузыря (полости). При этом происходит слипание двух пузырей. Геометрия такого пузыря отличается от сферической. Такой пузырь распадается на фрагменты, пульсации которых слабее, чем у сферы.
Первый способ требует большой энергии, как минимум равной первому выхлопу сжатого воздуха, то есть нужен равный или больший по запасенной энергии второй пневмоизлучатель. Это снижает надежность способа и усложняет его использование. Это же относится и к разделению основного выхлопа на два независимых.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение способа гашения пульсации и повышение его надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что гашение пульсации воздушного пузыря осуществляют путем уменьшения его объема и изменения геометрии одновременно. При этом в момент перерасширения воздушного пузыря, когда давление внутри пузыря становится меньше, чем снаружи, меньшим давлением в пузырь всасывают воду, находящуюся снаружи пузыря.
Отличительными признаками этого способа является:
1. Уменьшение объема воздушного пузыря и изменение его сферической формы происходит одновременно, что усиливает эффект гашения пульсации.
2. Способ не требует дополнительных энергозатрат.
3. Способ прост и надежен в реализации.
Более подробно сущность способа будет описана ниже на примере устройства, содержащего пнемоизлучатель и глушитель пульсации воздушного пузыря.
Устройство показано на фиг.1.
На фиг.2 показан излученный пневмоизлучателем сейсмический сигнал:
«а» - без гашения пульсации,
«б» - с гашением пульсации.
Устройство (см. фиг.1) состоит из пневматического излучателя сейсмических сигналов 1, закрепленного при помощи цепей или тросов 2 и 3 на раме 4.
На раме 4 закреплены также водоводы 5 и 6, выполненные, например, в виде цилиндров, для чего можно использовать обыкновенные трубы. Водоводы 5 и 6 могут располагаться радиальными лучами к центру пневмоизлучателя 1, куполом над излучателем, или как показано на фиг.1.
Нижние части водовода 5 и 6 закрыты обратными клапанами, выполненными, например, в виде крышек 7 и 8, которые закрывают нижние торцы труб-водоводов 5 и 6, при помощи пружин 9 и 10.
Рама 4, при помощи троса 11, прикреплена к поплавку 12. К пневмоизлучателю 1 подведен электрический кабель 13, при помощи которого от пульта управления, размещенного на геофизическом судне (на фиг.1 не показаны), осуществляется срабатывание пневмоизлучателя.
От компрессора, размещенного на геофизическом судне (на фиг.1 не показаны), по рукаву высокого давления 14 в пневмоизлучатель 1 подается сжатый воздух.
На фиг.1 показан также воздушный пузырь 15, в котором давление равно окружающему, и пузырь 16, в режиме перерасширения, в котором давление меньше, чем снаружи.
Способ возбуждения сейсмических сигналов осуществляют при помощи представленного устройства следующим образом.
Устройство опускают в воду на глубину, задаваемую оператором-геофизиком, и при помощи поплавка 12 и троса 11 фиксируют на этой глубине. По рукаву высокого давления 14 в пневмоизлучатель 1 от компрессора, находящегося на судне, подают сжатый воздух, например, 10 МПа (100 кг/кв. см.) Водоводы-цилиндры 5 и 6 закрыты снизу обратными клапанами в виде крышек 7 и 8, пружинами 9 и 10. В связи с быстротечностью процесса пневмовыхлопа сжатого воздуха из пневмоизлучателя 1 абсолютной герметизации обратных клапанов не требуется. Посредствам электрического кабеля 13 производят срабатывание пневмоизлучателя 1, и сжатый воздух выбрасывается из него наружи. При этом рождается 1-ый импульс давления сейсмического сигнала (см. фиг.2-а).
Воздух расширяется, образуя полость-пузырь. Водоводы-цилиндры 5 и 6 снизу закрыты обратными клапанами, и воздушный пузырь не вытесняет из них воду, которая посредствам водоводов-цилиндров 5 и 6 оказывается практически в центре пузыря.
Если взять наиболее распространенный пневмоизлучатель объемом 3 л с рабочим давлением в нем 10 МПа, то на глубине погружения пневмоизлучателя 8 м максимальный диаметр воздушного пузыря в режиме перерасширения составит 1 м (см. кн. «Источники возбуждения упругих волн при сейсмической разведке на акваториях». Авт. М.И.Балашканд, С.А.Ловля, М.: Недра, 1977 г., стр.80, табл.1).
г
г
Достигнув положения 15, пузырь по инерции продолжает расширяться до положения 16. В момент, когда давление в пузыре становится меньше окружающего, крышки 7 и 8 открывают торцы водоводов-цилиндров 5 и 6, и вода, находящаяся в них, из зоны с давлением больше внутреннего в пузыре резко всасывается пузырем и одновременно вталкивается большим давлением внутрь пузыря (на фиг.1 показано стрелками). Перерасширение пузыря на фиг.2 показано заштрихованной областью, находящейся ниже абсциссы Р, где Р - гидростатическое давление.
На фиг.2-б показан сигнал того же пневмоизлучателя после гашения пульсации.
При таком способе гашения пульсации объем пузыря уменьшается, а геометрия его становится отличной от сферической, что дополнительно снижает повторные пульсации.
Форма пузыря отличается от сферической, приводит к разрыву пузыря на фрагменты, которые не способны излучать значительные сигналы-помехи. Пульсации быстро затухают (см. фиг.2-б). Если также учесть и то, что время всего сейсмического сигнала, возникающего при пневмовыхлопе из излучателя до полного затухания, составляет примерно 100-200 мс, что по времени много меньше, чем время всплытия пузыря от его центра до его края, что составляет 0,5 м, то становится очевидным то, что вода из цилиндров 5 и 6 поступает внутрь пузыря и при повторном расширении пузыря, что окончательно гасит пульсации.
Кроме того, воздушный пузырь всплывает неравномерно. Он зависает при его расширении и выталкивается вверх при его сжатии, при средней скорости всплытия 0,5 м/с.
Таким образом, практически во всем времени излучении сейсмического сигнала пузырь находится в районе крышек обратных клапанов 7 и 8. Чем больше диаметр цилиндров 5 и 6 и их количество, тем эффективнее будут гаситься пульсации. Цилиндры 5 и 6 можно расположить в виде купола по сфере над излучателем 1, что не будет мешать излучению сейсмического сигнала. Это выгодно отличает предлагаемый способ от известных ранее, он не требует сферы «Флексотир» или повторного выхлопа внутрь пузыря.
Предложенный способ и устройство для его реализации просты и надежны в применении не требуют дополнительных затрат энергии. Все это обеспечивает достижение технического результата.