Свердловинне електромагнітне джерело сейсмічних хвиль

Свердловинне елеісгромагнітне джерело сейсмічних хвиль, яке має циліндричний корпус, електромагніт, що складається зі статора з котушками, закріпленого в корпусі, і якоря, направляючі стрижні, прикріплені до корпуса і установлені уздовж його осі, шток, установлений з можливістю переміщення уздовж осі корпуса, вузол випромінювання, що складається з важільно-шарнірної ромбічної ланки, одна з діагоналей якої установлена уздовж осі корпуса, і упорних башмаків, яке відрізняється тим, що електромагніт виконаний прямоходовим, якір електромагніта закріплений на одному КІНЦІ штока, другий кінець штока під'єднаний до одного з шарнірів важільно-шарнірної ромбічної ланки, який розташований на осьовій діагоналі ромба, а направляючі стрижні під'єднані до протилежного шарніра важільно-шарнірної ланки, упорні башмаки виконані в формі клинів і установлені з можливістю ковзання по їх поверхні шарнірних з'єднань важільно-шарнірної ланки, які розташовані уздовж поперечної осі корпуса діагоналі ромба, у верхній частині упорні башмаки мають гачкоподібні захвати, які виконані з можливістю зачеплення за шарніри важільно-шарнірної ланки, а до нижньої частини упорних башмаків шарнірно під'єднаний за допомогою стрижнів пасивний важільно-пружинний механізм притиску, крім того, в корпусі установлений обмежувач зворотного ходу якоря 2 Джерело за п 1, яке відрізняється тим, що електромагніт виконаний з п статорів, розподілених уздовж корпуса і закріплених у ньому, та п якорів, які закріплені на штоку, при цьому всі елементи електромагніта розташовані по один бік від вузла випромінювання Запропонований винахід відноситься до геофізичної техніки, що використовується в свердловинній геофізиці, і призначений для збудження пружних хвиль у свердловинах при сейсмічних дослідженнях Відомий пристрій для збудження пружних хвиль у свердловинах [1], який має корпус з розміщеним у ньому приводом з падаючим тягарем, штоки, пружини і клиновий пристрій для фіксації корпуса у потрібній точці свердловини, що складається з распорного та контактного елементів, виконаних з можливістю ковзання одного відносно другого Недоліками аналога є експлуатаційна ненадійність в зв'язку з можливістю заклинювання в процесі під'єму джерела на поверхню, а також низька ефективність сейсморозвідувальних робіт в зв'язку з шерційністю роботи пристрою з падаючим тягарем і неможливістю його використання в частотному і полммпульсному режимах роботи ВІДОМІ різні пристрої для створення сейсмічних хвиль в свердловинах, в тому числі з використанням електромагнітних механізмів [2-4] У відомому свердловинному електромагнітному сейсмічному джерелі [2] для створення коливань застосовані ЛІНІЙНІ електромагнітні двигуни, рухомі якорі яких підвішені на пружинах, що закріплені в корпусі, а для фіксації джерела в свердловині використаний гідравлічний притискний механізм До недоліків цього аналога відноситься складність пристрою та його ненадійність внаслідок використання гідравлічної системи притискного механізму В свердловинному джерелі пружних хвиль [3] для створення коливань застосований електромагнітний ударник, розміщений у корпусі Ударна дія на стінку свердловини передається через шток та вузол випромінювання, який виконаний у вигляді клина зі сходинчатою робочою поверхнею, та притискного елемента, що здійснює притискання корпуса до стінки свердловини в процесі роботи електромагнітного ударника за допомогою кулькового замка До недоліків цього джерела відноситься експлуатаційна ненадійність і недовговічність пристрою внаслідок використання вузлів з високою о 42209 концентрацією механічних напруг, які мають місце в кульковому замку і сходинчатому клиновому механізмі Загальним недоліком аналогів [2, 3] є недостатньо висока ефективність сейсморозвідувальних робіт внаслідок використання механізмів ударної дії, які створюють занадто короткі імпульси сили на стінку свердловини Найбільш близьким технічним рішенням до винаходу за результатом та технічною сутністю є пристрій [4] Свердловинне джерело пружних хвиль з регульованим спрямуванням, яке прийняте за прототип, має циліндричний корпус, принаймні два електромагніта з втяжними якорями, штоки, направляючі стрижні, закріплені в корпусі, важельно-шарнірну ромбічну ланку, упорні башмаки, повзуни, фіксатори В процесі роботи пристрою електромагніти працюють зустрічно і передають зусилля до стінки свердловини за допомогою важельно-шарнірної ромбічної ланки і упорних башмаків Притискання башмаків до стінок свердловини відбувається також за допомогою важельношарнірної ланки та електромагнітів До недоліків прототипу відносяться також невисока ефективність його роботи внаслідок використання електромагнітів з втяжним якорем, які мають невисоку електромагнітну силу, та підвищені втрати енергії від вихрових струмів, тому що якорі вироблені з нешихтованого феромагнітного матеріалу, а також внаслідок неможливості забезпечення достатньо великої сили дії на стінку свердловини в зв'язку з залежністю коефіцієнта підсилення важельно-шарнірної ланки від діаметра свердловини В основу винаходу покладена задача по удосконаленню свердловинного джерела сейсмічних хвиль шляхом введення електромагніта прямоходового типу та модернізації притискного механізму, що забезпечить підвищення ефективності сейсморозвідувальних робіт Поставлена задача вирішується тим, що в свердловинному електромагнітному джерелі сейсмічних хвиль, яке має циліндричний корпус, електромагніт, що складається зі статора з котушками, закріпленого в корпусі, і якоря, направляючі стрижні, прикріплені до корпуса і установлені уздовж його осі, шток, установлений з можливістю переміщення уздовж осі корпуса, вузол випромінювання, що складається з важельно-шарнірної ромбічної ланки, одна з діагоналей якої установлена уздовж осі корпуса, і упорних башмаків, згідно винаходу, електромагніт виконаний прямоходовим, якір електромагніта закріплений на одному КІНЦІ штока, другий кінець штока під'єднаний до одного з шарнірів важельно-шарнірної ромбічної ланки, який розташований на осьовій діагоналі ромба, а направляючі стрижні під'єднані до протилежного шарніра важельно-шарнірної ланки, упорні башмаки виконані в формі клинів і установлені з можливістю ковзання по їх поверхні шарнірних з'єднань важельно-шарнірної ланки, які розташовані уздовж поперечної осі корпуса діагоналі ромба, у верхній частині упорні башмаки мають гачкоподібні захвати, які виконані з можливістю зачеплення за шарніри важельно-шарнірної ланки, а до нижньої частини упорних башмаків шарнірно під'єднаний за допомогою стрижнів пасивний важельно-пружин нии механізм притиску, крім того, в корпусі установлений обмежувач зворотного ходу якоря, в джерелі електромагніт виконаний з п статорів, розподілених уздовж корпуса і закріплених у ньому, та п якорів, які закріплені на штоку, при цьому всі елементи електромагніта розташовані по одну сторону від вузла випромінювання Порівняно з прототипом запропонований пристрій відрізняється наявністю таких відзнак - електромагніт виконаний прямоходовим, - якір електромагніта закріплений на одному КІНЦІ штока, другий кінець штока під'єднаний до одного з шарнірів важельно-шарнірної ланки, який розташований на осьовій діагоналі ромба, а направляючі стрижні під'єднані до протилежного шарніру важельно-шарнірної ланки, - упорні башмаки виконані в формі клинів і установлені з можливістю ковзання по їх поверхні шарнірних з'єднань важельно-шарнірної ланки, які розташовані уздовж поперечної осі корпуса діагоналі ромба, - у верхній частині упорні башмаки мають гачкоподібні захвати, які виконані з можливістю зачеплення за шарніри важельно-шарнірної ланки, - до нижньої частини упорних башмаків за допомогою стрижнів шарнірно під'єднаний пасивний важельно-пружинний механізм притиску, - в корпусі установлений обмежувач зворотного ходу якоря, - електромагніт виконаний з п статорів, розподілених уздовж корпуса і закріплених у ньому, і п якорів, які закріплені на штоку, при цьому всі елементи п електромагнітів розташовані по одну сторону від вузла випромінювання Всі названі ознаки є суттєвими, тому що їх наявність забезпечує досягнення поставленої задачі Запропонований винахід пояснюється кресленнями, де на фіг 1 зображений загальний вигляд свердловинного електромагнітного джерела сейсмічних хвиль, і на фіг 2 зображене джерело в процесі спуску у свердловину Свердловинне електромагнітне джерело сейсмічних хвиль включає циліндричний корпус 1, електромагніт, що складається з п (в даному варіанті з двох) статорів 2 з котушками 3 і якорів 4, направляючі стрижні 5, прикріплені до корпуса 1 і установлені уздовж його осі, шток 6, установлений з можливістю переміщення уздовж осі корпуса 1, вузол випромінювання, що складається з важельно-шарнірної ромбічної ланки 7 і упорних башмаків 8, які мають форму клинів, у верхній частині башмаків 8 є гачкоподібні захвати 9, а до нижньої частини башмаків 8 шарнірно під'єднаний за допомогою стрижнів 10 пасивний важельно-пружинний механізм притиску 11, який має притискний важель 12 та пружину 13, обмежувач зворотного ходу якоря 14 В механізмі притиску для фіксації важеля 12 в процесі спуску у свердловину може бути використана, наприклад, змінна стопорна капсула 15, яка вироблена з кераміки чи скла і заповнена повітрям під атмосферним тиском МІЦНІСТЬ капсули 15 розрахована такою, що під тиском свердловинної рідини на певній глибині, яка є максимальною у досліджуваному діапазоні, вона буде зруйнована Джерело працює таким чином Спочатку перед спуском у свердловину притискний важель 12, зафіксований у механізмі притиску 11 за допомогою 42209 капсули 15, і пружина 13 знаходиться у стиснутому стані (фіг 2) Механізм притиску 11 підвішений за допомогою гачкоподібних захватів 9 упорних башмаків 8 до важельно-шарнірної ромбічної ланки 7 Під вагою механізму притиску 11 і башмаків 8, що діє на шарніри ланки 7, якорі 4 електромагніту притиснуті до статорів 2 Джерело опускають у свердловину і на певній глибині, максимальній у досліджуваному діапазоні, капсула 15 руйнується під тиском свердловинної рідини і звільняє притискний важель 12, який під дією пружини 13 притискається до стінки свердловини Подальший рух механізму притиску 11 припиняється, а корпус 1 продовжує свій рух вниз, при цьому шарніри важельно-шарнірної ланки ковзають по клиновій поверхні башмаків 8 доти, поки башмаки 8 не будуть притиснуті до стінок свердловини Подальший рух корпуса вниз припиняється і під дією ваги корпуса 1 клинові поверхні башмаків 8 стискають шарніри ланки 7 і за допомогою штока 6 якорі 4 електромагніта віджимаються від статорів 2 доти, поки верхні якорі 4 не будуть притиснуті до обмежувача зворотного ходу якоря 14 Момент притискання приладу до стінок свердловини за потребою добре контролювати за рахунок різкого зменшення індуктивності електромагніту, яке відбувається в момент появи повітряного зазору між якорем 4 і статором 2 електромагніту Після притискання кабель послабляють і пристрій опиняється у робочому стані (фіг 1) Для проведення сейсморозвідувальних робіт на котушки 3 електромагніту подають імпульси напруги, в результаті чого якорі 4 імпульсно притягуються до статорів 2, і силові імпульси через шток 6 і направляючі стрижні 5 передаються на важельно-шарнірну ланку 7 і через башмаки 8 передаються до стінок свердловини Для переведення пристрою на іншу точку спостережень його піднімають, при цьому гачкоподібні захвати 9 упорних башмаків 8 зачіплюються за шарнірні з'єднання важельно-шарнірної ланки 7, механізм притиску 11 піднімається і важель 12 ковзає по СТІНЦІ свердловини На потрібній глибині під'єм припиняють, кабель послабляють, при цьому механізм притиску 11 залишається на МІСЦІ, башмаки 8 під силою ваги пристрою притискаються до стінок свердловини, після чого проводять сейсмічні дослідження знову У винаході використаний електромагніт прямоходового типу, який створює значно більше зусилля в порівнянні з електромагнітом з втяжним якорем, що застосований у прототипі Завдяки тому підвищена ефективність сейсморозвідувальних робіт Але прямоходовий магніт має значно менший робочий хід якоря в порівнянні з електромагнітом з втяжним якорем (5) при однакових габаритах Тому він не може бути використаний безпосередньо у конструкції прототипу в зв'язку з небезпекою заклинювання у свердловині Завдяки тому, що у запропонованому пристрої застосовані упорні башмаки, що виконані у формі клинів і установлені з можливістю ковзання по їх поверхні шарнірних з'єднань важельно-шарнірної ланки, забезпечується можливість використання короткоходового прямоходового електромагніту, тому що прижим до стінок свердловини забезпечується за рахунок клинів навіть при відсутності зміщення якоря відносно статора в процесі прижиму Співвідношення діагоналей ромба важельно-шарнірної ромбічної ланки 7, яке визначає коефіцієнт підсилення сили дії на стінку свердловини, може бути вибране оптимальним, максимально можливим і не залежить від розміру діаметра свердловини у достатньо широкому його діапазоні, який визначається геометричними параметрами клинових башмаків 8 їх довжиною і кутом нахилу клина Таким чином, запропонована конструкція забезпечує максимальну силу дії на стінки свердловини, що підвищує ефективність сейсморозвідувальних робіт Завдяки тому, що електромагніт виконаний з п статорів, розподілених уздовж корпуса і закріплених у ньому, і п якорів, які закріплені на штоку, збільшено використання об'єму корпуса електромагніту та підвищено силу дії на стінки свердловини Позитивний ефект від застосування запропонованого пристрою заключається у підвищенні ефективності сейсмічних досліджень Джерела інформації 1 А с СРСР № 1226382, кл G01V1/147 Опубл в 1986 г 2 Пат США № 4715470, кл G01V1/40 Downhole electromagnetic seismic source Paulsson В N P Опубл 29 12 1987 3 A c СРСР № 1456922, кл G01V1/40 Опубл 07 02 1989 4 А с СРСР № 1160343, кл G01V1/40 Опубл 07 06 1985 (прототип) 5 Теория электрических аппаратов Учеб для втузов / Под ред ГН Александрова - М Высш шк, 1985, 312 с 42209 9 Фіг. 1 Фіг. 2 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044)295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку Обсяг обл -вид арк 2002 р Формат 60x84 1/8 Тираж 50 прим Зам УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вул Горького, 180 (044) 268-25-22