ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ "ПУЛЬС-Б"

Техническое решение относится к сейсмической разведке и может быть использовано в устройствах для генерирования сейсмической энергии, в том числе в скважинах и на мелководье.
В настоящее время известны многочисленные устройства [1-9] для генерирования сейсмической энергии, общие принципы которых подробно изложены в [9]. Пневматические источники (ПИ) сейсмических сигналов для акваторий (например [1-8]) 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 [3] 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 [3] 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.
ПИ [2] 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.
К недостаткам ПИ [2] можно отнести плохую грязезащищенность (попадание мелкодисперсных частиц грунта внутрь управляющей и рабочей камер), особенно при работе ПИ на мелководье.
Наиболее близким по назначению и конструкции к предложенному техническому решению является ПИ [1], принятый за прототип. ПИ [1] содержит корпус, в котором размещен электропневмоклапан, линия ввода сжатого воздуха с подрывным каналом и подвижный цилиндр с жестко закрепленным внутри него штоком и поршнем, при этом подвижный цилиндр и корпус образуют управляющую камеру и рабочую камеру с выхлопным окном, загерметизированную уплотнительным элементом.
Однако ПИ [1], как и другие аналоги, при работе на мелководье не обеспечивает достаточного предотвращения попадания (всасывания) мелких фракций грунта в управляющую камеру, что препятствует эффективной работе ПИ и может, в ряде случаев, привести к отказу (заклиниванию) цилиндра.
Сущность предлагаемого устройства (специальное название «ПУЛЬС-Б») заключается в создании такого ПИ сейсмических сигналов, который путем специального конструктивного выполнения позволил бы, используя достоинства ПИ [1], эффективно исключить попадание мелкодисперсных частиц грунта в пространство между корпусом и цилиндром, в управляющую и рабочую камеры ПИ.
Основной технический результат предложенной конструкции ПИ -повышение надежности за счет исключения засорения мелкими фракциями грунта путем помещения цилиндра ПИ в кожух, образующий защитную камеру с клапаном, выпускающим избыточное давление из камер ПИ в окружающую среду, и посредством выполнения уплотнителя с Т-образным сечением. При этом надежность ПИ дополнительно повышается за счет рациональной конструкции направляющих поршня, подрывного канала и обратной связи.
Технический результат достигается следующим образом.
Пневматический источник сейсмических сигналов содержит корпус, в котором размещены электропневмоклапан, линия ввода сжатого воздуха с подрывным каналом, подвижный цилиндр, шток с поршнем, при этом подвижный цилиндр и корпус образуют управляющую камеру и рабочую камеру с выхлопным окном, загерметизированную уплотнительным элементом.
Отличительной особенностью ПИ «ПУЛЬС-Б» является то, что верх подвижного цилиндра помещен в кожух, образующий с подвижным цилиндром защитную камеру, связанную с внутренней стороны отверстием дроссельного типа с рабочей камерой и снабженную с внешней стороны выпускным клапаном, а уплотнительный элемент выполнен в виде торцевого уплотнителя Т-образного сечения.
Отличием ПИ также является то, что выпускной клапан защитной камеры, установленный на внешней стороне кожуха, выполнен с возможностью снижения давления сжатого воздуха в защитной камере до 4÷6 ат.
Кроме того ПИ отличается тем, что длина l направляющих поршня составляет l=(0,5÷0,75)L, где L - длина подвижного цилиндра.
При этом для повышения синхронности взрыва электропневмоклапан размещен в корпусе с возможностью минимизации длины подрывного канала.
Для точной фиксации момента срабатывания (взрыва) он снабжен каналом механической обратной связи, включающей постоянные магниты, геркон и датчик давления.
Чертеж иллюстрирует конструкцию пневмоисточника в части основных функциональных узлов.
Пневмоисточник содержит корпус 1, электропневмоклапан 2, линию 3 ввода сжатого воздуха, подрывной канал 4, подвижный цилиндр 5, шток 6, поршень 7, управляющую камеру 8, рабочую камеру 9, выхлопное окно 10, кожух 11, защитную камеру 12, отверстие 13 дроссельного типа, выпускной клапан 14, канал 15 механической обратной связи и торцевой уплотнитель 16.
Пневматический источник работает следующим образом.
Сжатый воздух по линии 3 поступает в управляющую камеру 8, в рабочую камеру 9 и камеру 12 через дроссельное отверстие 13. Наполнение сжатым воздухом ПИ заканчивается при достижении заданного давления и прекращения перетока воздуха между камерами 8, 9 и 12. При этом избыточное давление из защитной камеры 12 стравливается в окружающую среду через выпускной клапан 14 в кожухе 11. Клапан 14 снижает давление сжатого воздуха в защитной камере 12 до 4÷6 ат (предпочтительно 5 ат), что достаточно для надежной грязезащиты камер 8, 9, 12 и плотной герметизации камер ПИ уплотнительным элементом 16, выполненным в виде торцевого уплотнителя Т-образного сечения. Значения давления 4÷6 ат (предпочтительно 5 ат) определены экспериментально при испытаниях ПИ «ПУЛЬС-Б» на мелководье (OOO «Пульс», 2007 г.), а торцевой уплотнитель 16 выбран вследствие его высокой надежности и износоустойчивости, установленных ранее (см. [7]). Источник готов к работе. По управляющему сигналу электропневмоклапана 2 через подрывной канал 4 подвижный цилиндр 5 со штоком 6 открывает выхлопное окно 10, через которое происходит рабочий выброс воздуха (излучается сейсмическая энергия) из камер 8 и 9. Для устойчивости движения цилиндра 5 используются более
длинные направляющие поршня 7 с длиной l=(0,5÷0,75)L, где L - длина подвижного цилиндра, что наиболее эффективно при применении ПИ в скважинах. Электропневмоклапан размещен в корпусе 1 с возможностью минимизации длины подрывного канала 4, что сокращает время подачи команды на подрыв и дополнительно повышает надежность работы ПИ. Для точной фиксации момента срабатывания (взрыва) ПИ снабжен каналом 15 обратной связи, включающей постоянные магниты, геркон и датчик давления (работа которых описана, например, в [6]). После рабочего выхлопа (взрыва) цилиндр 5 посредством канала 15 обратной связи возвращается в исходное положение, и процесс повторяется.
Таким образом, конструктивные особенности предложенного ПИ позволяют повысить надежность работы источника на мелководье и в скважинах посредством исключения проникновения частиц грунта внутрь ПИ, которая дополнительно повышается также за счет рациональной конструкции уплотнительного элемента, направляющих поршня, подрывного канала и обратной связи.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 13705 U1, 10.05.2000 (прототип).
2. RU 23339 U1, 10.06.2002 (аналог).
3. RU 2046372 С1, 20.10.1995 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
4. RU 15117 U1, 20.09.2000.
5. RU 2171477 С1, 27.07.2001.
6. RU 15795 U1, 10.11.2000.
7. RU 2034310 С1, 30.04.1995.
8. RU 21444 U1, 27.12.2001.
9. Сейсморазведка. Справочник геофизика / Под ред. И.И.Гурвича, В.П.Номоконова. - М.: Недра, 1981, 464 с. (с.190-198).