Електромагнітне свердловинне джерело сейсмічних хвиль бойкового типу

Запропонований винахід відноситься до геофізичної техніки, що використовується в свердловинній геофізиці і призначений для збудження пружних хвиль у свердловинах при сейсмічних дослідженнях. Відомі різні пристрої для створення сейсмічних хвиль у свердловинах, в тому числі з використанням електромагнітних механізмів. Відомий пристрій для збудження поздовжніх та поперечних хвиль в свердловинах (1). В циліндричному корпусі пристрою розташований електромагніт, який має статор з котушками та якір, що встановлений з можливістю зміщення перпендикулярно осі корпуса, плити, які розташовані по обидві сторони якоря, спіральні пружини. В момент подачі імпульсу напруги на обмотки електромагніта якір і статор зміщуються в протилежних напрямках і співударяються з плитами, внаслідок чого збільшується тиск в свердловинному розчині і збуджуються сейсмічні хвилі. До недоліків аналога відноситься низька ефективність роботи в зв'язку з витратами енергії в рідині при передачі імпульсу тиску на стінки свердловини. У відомому свердловинному електромагнітному джерелі (2), яке має циліндричний корпус та гідравлічний притискний пристрій, для збудження коливань в осьовому і радіальному напрямках використані лінійні електромагнітні двигуни, що складаються зі статорів з обмотками та якорів, підвішених на закріплених у корпусі пружинах. До недоліків аналога відноситься низька ефективність сейсморозвідувальних робіт в зв'язку з відносно малою величиною сили, яка може бути досягнута в лінійному електромагнітному двигуні та безударною дією її на стінки свердловини. Відомий пристрій для збудження пружних хвиль у свердловинах (3), який складається з циліндричного корпуса, в якому розміщений електромагнітний ударник, пружини, накладки, притискний елемент з клиновим механізмом притискання і кульковим замком, внутрішній і зовнішній стакани. Притискання джерела до стінки свердловини, а також збудження коливань здійснюється за допомогою електромагнітного ударника, імпульси силової дії передаються на стінку свердловини через клиновий механізм, притискний елемент і накладку, яка розташована з протилежного боку відносно притискного елемента. До недоліків аналога відносяться недостатня експлуатаційна надійність пристрою внаслідок використання вузлів з високою концентрацією механічних напруг, які присутні в кульковому замку і клиновому механізмі, а також невисока ефективність сейсморозвідувальних робіт в зв'язку з втратами енергії в механічних елементах, які перетворюють осьову силу ударника електромагніта в радіальну силу, спрямовану на стінку свердловини. Найбільш близьким технічним рішенням до винаходу за призначенням та технічною сутністю є пристрій (4), який має циліндричний корпус, в корпусі розміщені електромагнітний ударний механізм, що складається зі статора з котушками та довгастого якоря, пристрій має також пружини, накладки, притискний елемент з притискним механізмом, бойок, важельно-шарнірний підвіс. Якір електромагнітного ударного механізму установлений в корпусі з можливістю переміщення перпендикулярно осі корпусу, на якорі закріплений бойок, установлений з можливістю механічного контакту зі стінкою корпусу, при цьому одна накладка установлена на зовнішній циліндричній поверхні корпусу в місці контакту стінки корпусу з бойком, друга на зовнішній циліндричній поверхні корпусу на найбільш віддаленому його кінці від першої накладки, притискний елемент притискного механізму установлений між місцями розташування накладок з протилежної сторони корпус. До недоліків прототипу відносяться недостатньо висока сейсмічна ефективність внаслідок втрат енергії на коливання стінок корпусу джерела при ударі бойка якоря по стінці корпусу. В основу винаходу покладена задача по удосконаленню свердловинного джерела сейсмічних хвиль шляхом установлення бойка у отворі, зробленому в корпусі джерела та передачі удару електромагнітного механізму безпосередньо на стінку свердловини, що забезпечить підвищення сейсмічної ефективності. Поставлена задача вирішується тим, що в електромагнітне свердловинне джерело сейсмічних хвиль бойкового типу, яке має циліндричний корпус і розміщений у ньому електромагнітний ударний механізм, що складається зі статора з котушками та довгастого якоря, шарнірне кріплення, бойок, пружину, притискний елемент з притискним механізмом, накладку, в корпусі зроблений отвір, в якому з можливістю руху відносно корпусу та можливістю контакту з якорем встановлений бойок, герметично ізольований від корпусу ущільненнями; в джерелі отвір зроблений у корпусі наскрізь, а бойок, встановлений у отворі, герметично ізольований від корпусу з обо х боків отвору, на бойку зроблений паз, а на якорі виступ і якір розташований відносно бойка з можливістю механічного контакту виступу якоря з бойком; в джерелі у ви щезгаданий отвір у корпусі встановлений патрубок, який жорстко та герметично закріплений з обох боків отвору до корпусу, патр убок має паз і розташований з можливістю забезпечення механічного контакту якоря з бойком, а бойок установлений у патрубок з можливістю руху уздовж його осі; в джерелі довгастий якір має поздовжній паз і встановлений у корпусі з можливістю руху у цьому пазу відносно патрубка. Порівняно з прототипом запропонований пристрій відрізняється наявністю таких відзнак: в корпусі зроблений отвір, в якому з можливістю руху відносно корпусу та можливістю контакту з якорем встановлений бойок, герметично ізольований від корпуса ущільненнями; отвір зроблений у корпусі наскрізь, а бойок встановлений у отворі, герметично ізольований від корпусу з обох боків отвору, на бойку зроблений паз, а на якорі зроблений виступ і якір розташований відносно бойка з можливістю механічного контакту виступу якоря з бойком; у ви щезгаданий отвір у корпусі встановлений патрубок, який жорстко та герметично закріплений з обох боків отвору до корпусу, патр убок має паз і розташований з можливістю забезпечення механічного контакту якоря з бойком, а бойок установлений у патрубок з можливістю руху уздовж його осі; якір має поздовжній паз і встановлений у корпусі з можливістю руху у цьому пазу відносно патрубка; всі вони є суттєвими і забезпечують досягнення поставленої задачі. Завдяки тому, що в корпусі є отвір, в який з можливістю руху відносно корпусу та можливістю контакту з якорем встановлений бойок, удар якоря по бойку передається безпосередньо на стінку свердловини, а не через корпус, тому відсутні втрати енергії удару на коливання стінок корпусу, що підвищує сейсмічну ефективність. Герметичні ущільнення бойка з корпусом забезпечують запобігають проникненню свердловинного розчину до механізмів джерела. Завдяки тому, що отвір зроблений у корпусі наскрізь, бойок, встановлений у отворі, герметично ізольований від корпусу з обох боків отвору, підвищується ефективність роботи джерела, особливо на великих глибинах з високим рівнем тиску свердловинної рідини в порівнянні з тиском у вн утрішності джерела, який дорівнює атмосферному, оскільки різниця тисків не створює протидію руху бойка в процесі удару. В пристрої зовнішній тиск діє з обох протилежних боків на бойок, тому його дія скомпенсована і не впливає на ефективність роботи джерела. Паз на бойку та виступ на якорі обумовлюють механічний контакт, таким чином забезпечують працездатність джерела такої конструкції. Завдяки тому, що у ви щезгаданий отвір у корпусі встановлений патрубок, який жорстко і герметично скріплений з корпусом, патрубок має паз і розташований з можливістю забезпечення механічного контакту якоря з бойком, а бойок установлений у патрубок і може рухатись уздовж його осі, підвищується надійність герметизації джерела та міцність його корпусу, тому що довжина патрубка може бути значно більшою, ніж товщина стінки корпусу і тим самим довжина зони розташування ущільнення може бути зроблена більшою, ніж товщина стінки корпусу, кількість елементів ущільнення може бути збільшена, що підвищує надійність роботи джерела у глибоких свердловинах. Завдяки тому, що якір має повздовжній паз і встановлений у корпусі з можливістю руху у цьому пазу відносно патрубка, виступ на довгастому якорі, що має контакт з бойком при ударі, може бути розташований не на кінці якоря, а на певному місці по його довжині, яке забезпечує мінімальну реакцію сили при ударі чи відсутність цієї сили у місці його шарнірного кріплення до корпусу, тому що завдяки пазу у якорі є можливість наблизити центр маси якоря до точки удару, тим самим зменшити силу реакції опори якоря при ударі та підвищити ефективність передачі енергії удару на стінку свердловини, збільшити довговічність якоря та пристрою в цілому. На кресленні зображено загальний вигляд електромагнітного свердловинного джерела сейсмічних хвиль бойкового типу, яке має циліндричний корпус 1, електромагнітний ударний механізм, що складається зі статора 2 з котушками 3 і довгастого якоря 4, шарнірне кріплення 5, бойок 6, пружину 7, притискний елемент 8 притискного механізму (не показаний), накладку 9, обмежувач зворотного ходу 10. Корпус 1 має отвір 11, в який встановлений патрубок 12 з пазом 13, бойок 6 має герметичні ущільнення 14, 15 і паз 16, на якорі 4 виконаний поздовжній паз 17 та виступ 18. В кращому варіанті конструкції отвір 11 у корпусі 1 виконаний наскрізь, у цьому отворі патрубок 12 жорстко та герметично закріплений з обох боків отвору до корпусу 1, на якорі 4 виступ 18 розташований з можливістю механічного контакту зі стінкою паза 16 бойка 6, бойок 6 установлений у патрубок 12 з можливістю руху уздовж його осі, а поздовжній паз 17 виконаний на якорі 4 з можливістю його руху відносно патрубка 12. Пристрій працює таким чином. Спочатку притискний елемент 8 знаходиться у притиснутому положенні до корпусу 1. Якір 4 також знаходиться у притиснутому положенні до обмежувача зворотного ходу 10 за допомогою пружини 7. Для проведення сейсморозвідувальних робіт джерело опускають у свердловину і на потрібній глибині корпус 1 притискають до стінок свердловини у трьох точках: притискним елементом 8, накладкою 9 та бойком 6. Після цього подають імпульси напруги на котушки З електромагнітного ударного механізму, в результаті чого якір 4 притягується до статора 2 і своїм виступом 18 здійснює удари по бойку 6, який, в свою чергу, передає силові імпульси на стінку свердловини та збуджує сейсмічні хвилі. Розмір зазора між стінкою паза 16 і виступом 18 установлений меншим від повітряного зазора електромагніта між статором 2 і якорем 4, для запобігання удару якоря по статору. На протязі дії імпульсу напруги і руху якоря 4, на статор 2, а значить і на корпус 1 та притискний елемент 8, діє електромагнітна сила в протилежному напрямку. Ця сила значно менша сили удару, а притискний механізм розрахований так, що сила притиску перевищує електромагнітну силу для того, щоб в процесі дії імпульсу корпус не відривався від стінок свердловини. Якщо стінка свердловини має каверни і бойок не контактує зі стінкою свердловини, то удар якорем буде здійснюватися по статору і через корпус передаватиметься на стінку свердловини у інших точках контакту корпусу зі стінкою свердловини. Пристрій може ефективно і успішно використовуватись для сейсмічних досліджень у глибоких свердловинах для розвідки корисних копалин. Найбільша ефективність пристрою буде мати місце в обсаджених свердловинах та у тверди х породах. Позитивний ефект від застосування запропонованого пристрою заключається у підвищенні ефективності джерела, що забезпечує ефективність сейсмодосліджень в цілому. Бібліографічні дані джерел інформації 1. Пат.США №4383591, кл. G 01 V 1/40. Apparatus for generating P waves and S waves. Kimio Ogura. Опубл. 17.05.83. 2. Пат.США №4715470, кл. G 01 V 1/40. Downhole electromagnetic seismic source. Paulsson B.N.P. Опубл. 29.12.87. 3. Авт.Свид. СССР №1456922 А1, кл. G 01 V 1/40. Скважинный источник упруги х волн. Певзнер А.А., КантемировВ.И., Шадхин В.И. Оп убл. 07.02.89, бюлл. №5. 4. Деклараційний пат. України №40167 А, кл. G 01 V 1/40. Електромагнітне свердловинне джерело сейсмічних хвиль. ПігнастійС.С., Роман B.I., Сиротенко П.Т., Ковальчук Б.М. Опубл. 16.07.2001, бюлл. №6 (прототип).