СКВАЖИННЫЙ ГАЗОВЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
WELL GAS SEISMIC VIBRATION SOURCE

Суть изобретения.
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), вскрывающий рабочую камеру элемент выполнен в виде массивного поршневого тела, совершающего возвратно-поступательные движения между камерами, в одном из крайних положений, запирая рабочую камеру, в другом - открывая в ней окна. Реализация сжатого газа в среду происходит в этих устройствах через узкий зазор между поршневым телом и камерой накопления или через ряд щелей между герметизирующими элементами, ширина которых равна величине хода, уменьшенная в число раз количества этих элементов, что приводит к существенным потерям запасенной энергии, увеличении 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.
В предлагаемой конструкции источник выполнен из трех полостей: рабочей камеры накопления, пусковой камеры и ресивера с запасом необходимого запаса газа. Камера накопления образована из нескольких связанных между собой гильз с радиальными окнами, суммарная площадь каждого ряда которых не менее площади отверстия поперечного сечения гильз. Камера накопления отделена от пусковой камеры приводным поршнем, к которому крепятся шторки, герметично перекрывающие выхлопные окна в гильзах. Приводной поршень имеет возможность возвратно-поступательного движения от нижней точки, где он упирается в бурты на гильзах до верхней точки, где он упирается в торец корпуса пусковой камеры. Между торцом корпуса пусковой камеры и дном внутренней проточки приводного поршня установлены подпружиненные между собой плунжер в проточке поршня и стакан под торцом корпуса пусковой камеры. Плунжер и стакан сопрягаются между собой с небольшим зазором. В плунжере совместно с приводным поршнем выполнено глухое осевое отверстие, которое заканчивается рядом радиальных отверстий. В стакане выполнены каналы, которые связывают полость под ним с каналом в торце корпуса пусковой камеры, идущим в пусковую камеру. Пусковая камера выполнена из составного корпуса, образующего жесткий остов с направляющими шейками, по которым по уплотнениям сопряжена ступенчатая шторка, диаметры шеек которой обеспечивают достаточное усилие для удержания ее в положении, при котором радиальные окна в корпусе пусковой камеры закрыты. Внутри составного корпуса закреплена труба для подвода газа к нижнему торцу шторки, где выполнено соединение по диаметру, достаточному для создания усилия, превышающего усилие, удерживающее шторку в нижнем положении. Между составным корпусом и верхней проточкой шторки образована полость, связанная с ресивером через осевое отверстие в переходнике и с основной пусковой полостью через радиальное отверстие. Также эта полость имеет в нижней части проточку по корпусу, обеспечивающую свободный разгон шторки в начальный момент движения и сопряжение с небольшим зазором между корпусом и упором шторки в верхней части для обеспечения торможения шторки при открытии и получения обратного импульса от давления газа, идущего из ресивера при закрытии. Осевой канал, идущий по центральной трубе, перекрывается подпружиненным пусковым клапаном, который его открывает при достижении определенного перепада давления между внутренней полостью и окружающим пространством. Ресивер жестко крепится к корпусу пусковой камеры через переходник и выполнен из трех труб различного диаметра. Внутренняя труба жестко крепится к нижней крышке, а к верхней части жестко крепится оголовок, внутреннее отверстие которого перекрывает обратный клапан, обеспечивающий только заполнение ресивера. По наружной поверхности оголовок уплотнен в отверстии верхней крышки. Внутреннее пространство внутренней трубы через радиальные каналы в нижней крышке связано с пространством между наружной и средней трубой. Наружная труба вместе с крышками образует герметичный сосуд, к верхней крышки которого крепятся насосные и компрессорные трубы, на которых спускается и поднимается источника в скважине и по которым подается жидкость от насоса. Средняя труба жестко крепится к нижней крышке и свободна в верхней части, внутренняя полость между средней трубой и внутренней трубой связана каналом с тормозной полостью пусковой камеры. Этот канал перекрывается клапаном защиты, который открывается при достижении источником при спуске установочной глубины. За счет этого конструктивного решения достигается:
увеличение площади выхлопа и объема реализуемого рабочего тела;
уменьшение времени выхлопа, следовательно, при всех равных параметрах - увеличение мощности;
для работы источника не требуется использование на скважине дорогостоящих компрессорных установок иди других агрегатов, подающих и сжимающих газ, следовательно, 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, G01V1/133, 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. Реализация выброса сжатого газа в среду у этих устройств происходит 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 повторения при упрощении его эксплуатации и управления без применения компрессоров высокого давления или других газогенераторов.
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. Ресивер состоит из трех труб, обеспечивающих гравитационное выдавливание газа в камеры источника при закачке в него через обратный клапан жидкости. На этом канале, связывающем полость ресивера с камерами, установлен клапан защиты, который открывает проход газу по каналу только после достижения источника при спуске его на трубах определенной глубины.
Положительный результат достигается также тем, что в источнике открытие окон основной камеры происходит под действием резкого падения давления в пусковой камере при срабатывании пускового клапана от создаваемого насосом на устье скважины требуемого перепада давления. Пусковая камера при открытии ее окон создает резкий перепад давления на всей площади поперечного сечения приводного поршня, жестко связанного с несколькими шторками, которые при своем движении в одном крайнем положении открывают радиальные окна на гильзах, а в другом герметично закрывают их. Суммарная площадь каждого ряда выхлопных окон не менее площади поперечного сечения гильз. Открытие основных окон проходит под действием силы, создаваемой перепадом на всей площади поперечного сечения приводного поршня. Приводной поршень в конце хода открытия воспринимает тормозное усилие, возникающее в подпружиненном соединении плунжер - стакан, установленном между приводным поршнем и пусковой камерой.
На чертеже изображен поперечный разрез скважинного источника, для удобства рассмотрения разделенный по плоскости «а-а» на два куска. Скважинный источник сейсмических импульсов содержит три полости: полость 1 рабочей камеры накопления, полость 2 пусковой камеры и полость 3 ресивера с запасом необходимого запаса газа. Камера накопления образована из нескольких связанных между собой трубами гильз 4 с радиальными окнами 5, суммарная площадь каждого ряда которых не менее площади отверстия поперечного сечения гильз 4. Камера накопления отделена от пусковой камеры приводным поршнем 6, к которому крепятся шторки 7, герметично перекрывающие выхлопные окна 5 в гильзах 4. Приводной поршень 6 имеет возможность возвратно-поступательного движения от нижней точки, где он упирается в бурты на гильзах, до верхней точки, где он упирается в торец составного корпуса 8 пусковой камеры. Между торцом корпуса 8 пусковой камеры и дном внутренней проточки приводного поршня 6 установлены подпружиненные между собой плунжер 9 в проточке поршня и стакан 10 под торцом корпуса пусковой камеры 8. Плунжер 9 и стакан 10 сопрягаются между собой с небольшим зазором. В плунжере 9 совместно с приводным поршнем 6 выполнено глухое осевое отверстие 11, которое заканчивается рядом радиальных отверстий 12.
В стакане 10 выполнены каналы 13, которые связывают полость под ним с каналом 14 в торце корпуса 8 пусковой камеры, идущим в пусковую камеру. Пусковая камера выполнена из составного корпуса 8, образующего жесткий остов с направляющими шейками, по которым герметично сопряжен со ступенчатой шторкой 15, диаметры шеек которой обеспечивают достаточное усилие для удержания ее в положении, при котором радиальные окна 16 в корпусе 8 пусковой камеры закрыты. Внутри составного корпуса 8 закреплена труба 17 для подвода газа к нижнему торцу шторки 15, где выполнено соединение по диаметру, достаточному для создания усилия, превышающего усилие, удерживающее шторку в нижнем положении.
Между составным корпусом 8 и верхней проточкой 18 шторки 15 образована полость 19, связанная с полостью 3 ресивера через осевое отверстие 20 в корпусе 8, в переходнике 21, в нижней крышке 22 ресивера и с пусковой полостью 2 через радиальное отверстие 23.
Полость 19 имеет в нижней части проточку 24 по корпусу 8, обеспечивающую свободный разгон шторки 15 в начальный момент движения, и сопряжение с небольшим зазором между корпусом 8 и упором 25 шторки 15 в верхней части для обеспечения торможения шторки 15 при открытии окон 16, и получение обратного импульса от давления газа, идущего из ресивера при закрытии окон 16. Осевой канал 26, идущий по центральной трубе 17, перекрывается подпружиненным пусковым клапаном 27, который его открывает при достижении определенного перепада давления между внутренней полостью 2 и окружающим пространством. Ресивер жестко крепится к корпусу 8 пусковой камеры через переходник 21 и выполнен из трех труб различного диаметра. Внутренняя труба 28 жестко крепится к нижней крышке 22, а к верхней ее части жестко крепится оголовок 29, внутреннее отверстие которого перекрывает обратный клапан 30, обеспечивающий только заполнение ресивера. По наружной поверхности оголовок 29 уплотнен в отверстии верхней крышки 31. Внутреннее пространство внутренней трубы 28 через радиальные каналы 32 в нижней крышке 22 связано с пространством между наружной трубой 33 и средней трубой 34.
Наружная труба 33 совместно с крышками 22 и 31 образует герметичный сосуд, к верхней крышки 31 которого крепятся насосные трубы, используемые для спуска и подъема источника в скважине и по которым подается жидкость при пусках источника. Средняя труба 34 жестко крепится к нижней крышке 22 и свободна в верхней части, внутренняя полость между средней трубой 34 и внутренней трубой 28 связана каналом 35 и каналом 20 с тормозной полостью 19 пусковой камеры. Этот канал перекрывается клапаном защиты 36, который открывает проход газу при достижении источником при спуске установочной глубины.
Полость 37 над седлом пускового клапана 27 связана осевыми отверстиями 38 с полостью 2. Осевой канал 26 под клапаном 27 связан радиальными каналами 39 с кольцевой полостью 40, поперечная площадь которой в 2 раза больше эффективной площади по уплотняемым подвижным соединениям шторки 15 и корпуса 8.
В исходном состоянии, как изображено на чертеже, внутренние полости 1, 2 камер и полость 3 ресивера свободны от скважинной жидкости и находятся под давлением, обеспеченным количеством заправленного в них газа. Окна 5 и 16 герметично закрыты соответственно шторками 7 под действием усилия пружины и шторкой 15 под действием равнодействующей силы от перепада давления на сопряжениях по корпусу 8. Защитный клапан 36 открыт, пусковой клапан 27 закрыт. Источник весит на трубах, которые подключены к насосному агрегату, который обеспечивает необходимые параметры, давление и расход. Для произведения рабочего выхлопа газа необходимо на самой низкой производительности насоса поднять давление до требуемой величины так, чтобы открылся пусковой клапан 27. При этом сразу остановить насос или расход жидкости от него направить в амбар. При срабатывании пускового клапана 27 газ из полости 2 через отверстия 38, полость 37, отверстия 26 и 39 попадет в кольцевую полость 40. Когда давление в полости 40 сравняется с давлением в полости 2, шторка 15 под действием суммарных сил начнет равноускоренное движение вверх, без сопротивления пролетая своим упором 25 проточку 24 на корпусе 8. Затем, сойдя с проточки 24, упор 25 попадет в тормозную часть, где давление будет равно давлению в ресивере. При движении шторки 15 она откроет окна 16 и газ из небольшой полости 2 мгновенно вылетит в окружающее пространство, давление в полости 2 резко упадет, что приведет к резкому появлению перепада давления на поршне 6, и он с большим ускорением вместе со всеми шторками 7 сдвинется вверх, открывая основные окна 5. При открытии окон 5 одновременно будет проходить закрытие окон 16. После закрытия окон 16 полость 2 начнется заполняться газом из ресивера и перепускать газ через каналы 14 и 13 в полость над поршнем 6. Поршень 6 при движении вверх плунжером 9 войдет в глухое отверстие в стакане 10 и при перекрытии каналов 12 начнет дополнительно тормозиться создаваемым там давлением. Газ из полости 1 будет резко выброшен в окружающее пространство и давление в полости 1 резко упадет. На поршне 6 создастся перепад давления, который начнет толкать поршень вниз со скоростью, определяемой проходным сечением каналов 13 и14. После остановки поршня 6 в крайнем нижнем положении при упоре шторок 7 в бурты гильз 4 давление во всех внутренних полостях, кроме полости 26, начнет выравниваться через связывающие их каналы. Полость 26 закрылась клапаном 28 сразу, как только давление в полости 2 начало снижаться при открытии окон 16. При повышении давления для срабатывания пускового клапана 28 в ресивер в нижнюю часть его полости 3 была закачено определенное количество жидкости. За время выхлопа из камер была выброшена одна порция газа. Теперь для проведения следующего выхлопа необходимо закачать жидкости объемом, равным суммарному объему полостей 1 и 2 с учетом потерь. И так перед каждым выхлопом до окончания принятого на поверхности газа в ресивере. Каждый последующий выхлоп перед подъемом давления в ресивере будет иметь меньшее начальное давление, так как рабочий объем ресивера с каждым выхлопом будет уменьшаться на суммарный объем полостей 1 и 2, что позволит по этому давлению оценивать остаток газа в ресивере.