ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ "МАЛЫШ-2"

Техническое решение относится к сейсмической разведке и может быть использовано в устройствах для генерирования сейсмической энергии, в том числе в скважинах, на мелководье и для вертикального сейсмического профилирования (ВСП).
В настоящее время известны многочисленные устройства [1-13] для генерирования сейсмической энергии, общие принципы которых подробно изложены в [10]. Пневматические источники (ПИ) сейсмических сигналов для акваторий (например [2-9]) 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 [4] 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 [4] 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. Кроме того в ПИ [4] длина подрывного канала не является минимальной, что увеличивает время срабатывания (взрыва) ПИ.
ПИ [3] 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.
Недостатком ПИ [3], как и других аналогов, является усложненность конструкции ввиду наличия подвижного цилиндра и фигурного штока, что, в ряде случаев, может повлечь снижение надежности его работы.
Кроме того, к недостаткам ПИ [3] можно отнести плохую грязезащищенность (попадание мелкодисперсных абразивных частиц грунта вовнутрь камеры), особенно при работе на мелководье.
ПИ [2] содержит цилиндрический корпус, снабженный запускающим электропневмоклапаном, каналом подачи сжатого воздуха и размещенными на боковой поверхности выхлопными окнами, а также размещенной в корпусе рабочей пневмокамерой. При этом между корпусом и пневмокамерой размещен сопряженный с корпусом фигурный цилиндрический шток, выполненный с возможностью перемещения относительно выхлопных окон корпуса.
Однако, конструкция фигурного цилиндрического штока в ПИ [2] достаточно сложна, что, в ряде случаев, может привести к снижению надежности ПИ. Кроме того, в конструкции [2] затруднительно получить большую мощность выхлопа (взрыва) при минимизации размеров корпуса ПИ.
Основной технический результат пневматического источника сейсмических сигналов («МАЛЫШ») [1], принятого за прототип, - повышение надежности работы ПИ за счет рационального конструктивного
решения его узлов, а также обеспечение максимальной мощности выхлопа (взрыва) при небольших габаритах ПИ. Дополнительное повышение надежности работы ПИ достигается за счет исключения попадания абразивных частиц грунта вовнутрь пневмокамеры ПИ и уравновешенности конструкции (с четырьмя крестообразными выхлопными каналами). Кроме того, достоинством ПИ «МАЛЫШ» может служить возможность использования обратной связи для точной фиксации момента взрыва.
Пневматический источник сейсмических сигналов [1], принятый за прототип, содержит цилиндрический корпус, снабженный запускающим электропневмоклапаном, каналом подачи сжатого воздуха, выхлопными окнами, а также размещенной в корпусе рабочей пневмокамерой с подведенным к ней каналом подрыва, причем размещенный в верхнем диске корпуса объем электроневмоклапана соединен через затвор с каналом подрыва, а цилиндр затвора нижней частью размещен в стакане со стопором и снабжен выхлопными отверстиями.
3
Являясь уникальным по синергии характеристик: малогабаритность (длина - не более 50 см, диаметр - не более 13,5 см при рабочем объеме от 0,5 до 1,0 дм) при обеспечении значительной мощности выхлопа (взрыва) и надежная грязезащищенность (исключение попадания частиц грунта вовнутрь ПИ), ПИ серии «Малыш» [1], тем не менее, в ряде случаев не обеспечивает требуемой мощности взрыва для заданной глубинности и высокого разрешения сейсморазведки, т.к. при срабатывании пневмокамеры цилиндр затвора, двигаясь вверх с большой скоростью, не имеет достаточного торможения, поскольку при этом сжатый воздух частично выходит в объем электропневмоклапана (в зону меньшего давления) через отверстие ввода сжатого воздуха.
Для ликвидации этого недостатка необходимо в ПИ реализовать стабильную тормозную систему и надежное перекрытие отверстия ввода сжатого воздуха при срабатывании пневмокамеры.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в конструктивном выполнении эффективной тормозной системы (камеры) для плавного торможения цилиндра затвора при срабатывании ПИ.
Основной технический результат предлагаемого пневматического источника сейсмических сигналов (специальное название: «МАЛЫШ-2») - повышение мощности взрыва посредством надежного перекрытия отверстия ввода сжатого воздуха (из объема электропневмоклапана) и предотвращения нежелательной (обратной) утечки сжатого воздуха в объем электропневмоклапана в момент срабатывания пневмокамеры.
Технический результат достигается следующим образом.
Пневматический источник сейсмических сигналов содержит корпус, в котором размещены электропневмоклапан, линия ввода сжатого воздуха с каналом подрыва и рабочая пневмокамера, при этом размещенный в верхнем диске корпуса объем электропневмоклапана соединен через затвор с каналом подрыва, а цилиндр затвора нижней частью размещен в стакане со стопором и снабжен выхлопными отверстиями.
Отличительной особенностью пневматического источника «МАЛЫШ-2» является то, что он дополнительно снабжен тормозной камерой, взаимодействующей с верхним торцом цилиндра затвора и связанной с линией ввода сжатого воздуха посредством отверстия, размещенного в диске корпуса в нижней части тормозной камеры, а затвор снабжен взаимодействующим с проточкой в диске корпуса кольцевым замком, обеспечивающим заполнение рабочей пневмокамеры сжатым воздухом.
Отличием пневматического источника также является то, что канал подрыва установлен под подрывающей бровкой цилиндра затвора, при этом отверстие канала подрыва выполнено с возможностью размещения в нем жиклеров диаметром от 0,7 до 2,0 мм для обеспечения группирования пневматических источников в комбинированную систему столбчатой конструкции.
Кроме того, пневматический источник отличается тем, что выхлопные отверстия, выполненные на цилиндре затвора в виде, например, кольцевого замка, снабжены тарельчатыми клапанами, препятствующими попаданию взвеси (мелкодисперсионной фракции) ила внутрь рабочей камеры.
Чертеж иллюстрирует конструкцию пневмоисточника «МАЛЫШ-2» в части основных функциональных узлов.
Пневмоисточник включает корпус 1 с диском 2, объем 3 электропневмоклапана, затвор (цилиндр затвора) 4, тормозную камеру 5, рабочую камеру 6, линию 7 ввода сжатого воздуха, проточку 8 в диске корпуса, отверстие 9, связывающее тормозную камеру с линией ввода сжатого воздуха, канал 10 подрыва, выхлопные отверстия 11, кольцевой замок 12, стакан 13 со стопором 14.
Работа ПИ «МАЛЫШ-2», в основном, аналогична работе известных источников [1, 11, 12] с отличием, обусловленным введением тормозной камеры.
Сжатый воздух из объема 3 диска 2 по линии 7 поступает в тормозную камеру 5 через отверстие 9, кольцевой замок 12 и проточку 8 в диске 2 корпуса 1 и заполняет рабочую камеру 6, двигая затвор 4 вниз. При достижении в камере 6 заданного давления на электропневмоклапан подается импульс тока, и затвор 4 начинает двигаться вверх, открывая канал 10 подрыва. Воздух с большой мощностью выбрасывается через выхлопные отверстия 11. Происходит рабочий выхлоп (взрыв). Затвор 4 возвращается в исходное положение, двигаясь вверх и перекрывая отверстие 9 ввода сжатого воздуха. При движении затвора 4 вверх объем тормозной камеры 5 уменьшается, давление в ней возрастает и, действуя на торец цилиндра затвора 4, плавно его тормозит.
Таким образом, в ПИ «МАЛЫШ-2» конструктивно реализуется эффективная тормозная система и надежное перекрытие отверстия ввода действия сжатого воздуха при срабатывании пневмокамеры, что обеспечивает достижение основного технического результата.
Поскольку канал 10 подрыва установлен под подрывающей бровкой цилиндра затвора 4 и отверстие канала 10 подрыва выполнено с возможностью размещения в нем жиклеров диаметром от 0,7 до 2,0 мм, это обеспечивает возможность группирования ПИ в последовательную группу (например, в столбчатую конструкцию) и увеличение амплитуды излучаемого сейсмического сигнала (аналогично [13]).
Кроме того, дополнительный технический результат за счет препятствия попаданию взвеси (мелкодисперсной фракции) ила внутрь рабочей камеры 6 достигается тем, что выхлопные отверстия 11, выполненные в цилиндре затвора 4 в виде, например, кольцевого замка, снабжены тарельчатыми (Т-образными) клапанами (аналогичными описанным, например в [12]).
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 51237 U1, 27.01.2006 (прототип).
2. RU 13433 U1, 10.04.2000 (аналог).
3. RU 21244 U1, 27.12.2001 (аналог).
4. RU 2046372 С1, 20.10.1995 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
5. RU 15117 U1, 20.09.2000.
6. RU 2171477 C1, 27.07.2001.
7. RU 15795 U1, 10.11.2000.
8. RU 2034310 С1, 30.04.1995.
9. RU 13705 U1, 10.05.2000.
10. Сейсморазведка. Справочник геофизика / Под ред. И.И.Гурвича, В.П.Номоконова. - М.: Недра, 1981, 464 с. (с. 190-198).
11. RU 64393 U1, 27.06.2007.
12. RU 71782 U1, 20.03.2008.
13. RU 69649 U1, 27.12.2007.