Спосіб збудження сейсмічних коливань в свердловині

1. Спосіб збудження сейсмічних коливань в свердловині, що включає переміщення і установлення на заданій глибині у свердловині збудника сейсмічних коливань, який має електромеханічний перетворювач з першою складовою частиною та другою складовою частиною, рухомою відносно першої, проведення притискання збудника сейсмічних коливань до стінки свердловини, забезпечення електричною енергією збудника сейсмічних коливань та проведення збудження сейсмічних коливань шляхом магнітної взаємодії першої та другої складових частин електромеханічного перетворювача, який відрізняється тим, що другу складову частину електромеханічного перетворювача приводять в обертальний рух з накопиченням в ній кінетичної енергії, в момент подавання команди запускання збудника сейсмічних коливань U 2 (19) 1 3 його застосування в необсаджених свердловинах та невисока ефективність внаслідок втрат електроенергії в сталевих обсадних трубах. Відомий спосіб підземних сейсмічних досліджень, який включає встановлення та зацементування на заданій глибині у свердловині сейсмоджерела, яке містить масу, що обертається, та механізм механічного гальмування з електромагнітним приводом для раптового зчеплення обертової маси зі стінкою свердловини, внаслідок чого енергія обертання перетворюється в сейсмічний імпульс SH-хвилі. Недоліки способу [3] - обмеженість використання в зв'язку з цементуванням пристрою на певній глибині, а також низька ефективність внаслідок механічного гальмування в зв'язку з втратами енергії на тертя в елементах механізму гальмування, складність та недовговічність елементів механізму, що реалізує цей спосіб. Найбільш близьким технічним рішенням до корисної моделі за призначенням та технічною сутністю (прототип) є спосіб генерування сейсмічних хвиль в навколосвердловинному середовищі [4], який включає установлення обладнання, що складається із двох складових частин: статора з притискними елементами та якоря, при цьому перша складова частина має постійні магніти, друга має обмотку з провідниками, та електричну ізоляцію, що витримує температуру до 260° С, подавання електроживлення, яке здійснюють для забезпечення коливального руху обмотки з різною частотою як мінімум 1 Гц, електричним струмом з амплітудою, що нагріває як мінімум частину цієї ізоляції до температури вище 150° на протязі 5 хвилин, включаючи живлення цим струмом для періоду, що не перевищує 1 хвилини. Недоліки прототипу - невисока ефективність сейсмічних досліджень внаслідок неможливості генерування хвиль достатньої потужності в зв'язку з обмеженнями передачі потужних електричних синусоїдальних сигналів змінної частоти для створення вібраційного руху, особливо при високих температурах. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу збудження сейсмічних коливань в свердловині [4] шляхом підвищення ефективності сейсмічних досліджень, що досягається завдяки накопиченню кінетичної енергії та введення електромагнітного гальмування при створенні силового імпульсу збудження сейсмічних коливань. Поставлена задача вирішується тим, що згідно корисній моделі, на відміну від прототипу, в способі збудження сейсмічних коливань в свердловині, що включає переміщення і установлення на заданій глибині у свердловині збудника сейсмічних коливань, який має електромеханічний перетворювач з першою та другою складовою частиною, рухомою відносно першої, здійснення притискання збудника сейсмічних коливань до стінки свердловини, забезпечення електричною енергією збудника сейсмічних коливань та проведення збудження сейсмічних коливань шляхом магнітної взаємодії першої та другої складових частин електромеханічного перетворювача, при цьому другу складову 48210 4 частину електромеханічного перетворювача приводять в обертальний рух з накопиченням в ній кінетичної енергії, в момент подавання команди запускання збудника сейсмічних коливань виконують: - електромагнітне гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача з одночасною передачею за допомогою першої складової частини електромеханічного перетворювача сейсмічних коливань через стінку свердловини в геологічне середовище; - гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача виконують на протязі від 1 до 15 мс; - гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача виконують без повної зупинки її обертання; - гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача виконують до повної зупинки її обертання; - збудження сейсмічних коливань виконують під час гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача з часовими інтервалами повторення збуджень, меншими інтервалу відгуку геологічного середовища на одиничне збудження сейсмічних коливань в ньому. Завдяки тому, що другу складову частину електромеханічного перетворювача приводять в обертальний рух з накопиченням в ній кінетичної енергії, в момент подавання команди запускання збудника сейсмічних коливань виконують електромагнітне гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача з одночасною передачею за допомогою першої складової частини електромеханічного перетворювача сейсмічних коливань через стінку свердловини в геологічне середовище, потужність передачі електричної енергії в процесі накопичення кінетичної енергії значно менша потужності електромагнітного гальмування обертального руху з одночасною передачею за допомогою першої складової частини електромеханічного перетворювача сейсмічних коливань в геологічне середовище, тому що тривалість процесу накопичення кінетичної енергії значно перевищує тривалість імпульсу збудження, таким чином при використанні стандартних геофізичних кабелів можливе значне збільшення потужності збудження сейсмічних коливань, що підвищує ефективність сейсмічних досліджень. Завдяки тому, що гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача виконують на протязі від 1 до 15 мс, в геологічному середовищі збуджуються сейсмічні коливання в достатньо широкому частотному діапазоні, що підвищує ефективність сейсмічних досліджень. Завдяки тому, що гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача виконують без повної зупинки її обертання, можливе використання накопиченої кінетичної енергії для проведення декількох послідовних збуджень сейсмічних коливань, що дає можливість збільшення частоти збудження коли 5 вань та підвищення ефективності сейсмічних досліджень. Завдяки тому, що гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача виконують до повної зупинки її обертання, кінетична енергія повністю використовується для створення збуджень сейсмічних коливань, що сприяє підвищенню ефективності сейсмічних досліджень. Завдяки тому, що збудження сейсмічних коливань виконують під час гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача з часовими інтервалами повторення збуджень, меншими інтервалу відгуку геологічного середовища на одиничне збудження сейсмічних коливань в ньому, можливо реалізувати кодоімпульсний (поліімпульсний) метод сейсмічних досліджень, що дозволяє збільшити частоту збуджень сейсмічних коливань, зменшити масогабаритні показники пристрою для реалізації даного способу, збільшити частотний спектр збуджуваних сейсмічних коливань, що сприяє підвищенню ефективності сейсмічних досліджень. Запропонована корисна модель пояснюється кресленнями фіг., де зображено систему для реалізації способу збудження сейсмічних коливань в свердловині. Система має геофізичний кабель 1, зв'язаний з механізмом спускання та піднімання (не показаний), до якого приєднаний збудник сейсмічних коливань 2, який має електромеханічний перетворювач з першою складовою частиною 3 з електричними обмотками 4, та другою складовою частиною 5, рухомою відносно першої 3, з електричними обмотками 6, механізм притискання 7 збудника сейсмічних коливань 2 до стінки свердловини. На одній зі складових частин електромеханічного перетворювача, наприклад на другій складовій частині 5 установлені електричні обмотки 6, які можуть мати електричний зв'язок з обмотками 4, або бути короткозамкненими, або можуть бути відсутні, якщо друга складова частина 5 виконана з металу з високою електропровідністю, або замість електричних обмоток 6 можуть бути встановлені постійні магніти. Здійснення способу відбувається таким чином. Для збудження сейсмічних коливань виконують переміщення збудника сейсмічних коливань 2 і установлення на заданій глибині у свердловині за допомогою механізму притискання 7. При подаванні електричної енергії на одну з обмоток 4 за рахунок електромагнітної взаємодії між першою складовою частиною З електромеханічного перетворювача та другою складовою частиною 5 приводять в обертальний рух другу складову частину 5 електромеханічного перетворювача з накопиченням в ній кінетичної енергії. В момент подавання команди запускання збудника сейсмічних коливань подають електричний імпульс на другу з обмоток 4 першої складової частини 3, внаслідок чого за рахунок електромагнітної взаємодії між складовими електромеханічного перетворювача виконують електромагнітне гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача з одночасною передачею за допомогою першої складової частини 48210 6 електромеханічного перетворювача сейсмічних коливань через стінку свердловини в геологічне середовище. Після закінчення досліджень на даній фізичній точці збудження у свердловині збудник сейсмічних коливань 2 відкріплюють від стінки свердловини і переміщують на іншу задану фізичну точку збудження, після чого процес повторюють. Гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача виконують на протязі від 1 до 15 мс, при цьому в геологічному середовищі збуджуються сейсмічні коливання відповідної тривалості. Задавання сейсмічних імпульсів різної тривалості дозволяє змінювати частотний спектр і амплітуду збуджуваних сейсмічних імпульсів. Меншій тривалості збуджуваного сейсмічного імпульсу відповідає більший частотний спектр збуджуваних сейсмічних коливань. При цьому найбільша енергія збуджених коливань в геологічному середовищі відповідає більшому часу гальмування, проте при меншій тривалості підвищується роздільна здатність сейсмічних досліджень. Така зміна тривалості гальмування виконується в залежності від завдання дослідження, так, наприклад, для інженерногеологічних досліджень необхідний більш високий частотний спектр збуджуваних сейсмічних коливань. Режим збудження сейсмічних коливань, який виконують при гальмуванні обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача без повної зупинки її обертання дозволяє підняти частоту збуджень та забезпечити високий частотний спектр збуджуваних сейсмічних коливань. Режим збудження сейсмічних коливань, який виконують при гальмуванні обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача до повної зупинки її обертання дозволяє зробити повний відбір кінетичної енергії і має більш високу ефективність, при цьому тривалість імпульсу збудження збільшується. Режим збудження сейсмічних коливань, який виконують під час гальмування обертального руху другої складової частини електромеханічного перетворювача з часовими інтервалами повторення збуджень, меншими інтервалу відгуку геологічного середовища на одиничне збудження сейсмічних коливань в ньому, дозволяє реалізувати кодоімпульсний (поліімпульсний) метод сейсмічних досліджень, в результаті якого створюється інтерфераційна картина, виділити з якої сейсмічні коливання одиничних імпульсів можливо при застосуванні кореляції збуджуваної послідовності імпульсів і зареєстрованої вібраційної сейсмограми від збуджувальної послідовності сейсмічних імпульсів. В свердловинних умовах кодоімпульсних (поліімпульсних) сейсмічних досліджень відгук на одиничне збудження сейсмічних коливань складає 1-2 секунди, період повторень імпульсів збуджень може бути забезпечений на рівні приблизно 0,1 с Такий процес збудження сейсмічних коливань дозволяє генерувати значну сейсмічну енергію за виділений проміжок часу на збудження і підвищити частотний спектр сейсмічних коливань, що відповідно дозво 7 48210 ляє підвищити роздільну здатність сейсмічних досліджень, тим самим підвищити ефективність сейсмічних досліджень. Таким чином заявлений спосіб збудження сейсмічних коливань в свердловині дозволяє проводити сейсмічні дослідження в складних умовах глибоких нафто-газових свердловин завдяки ефективному використанню енергії, отриманої в свердловині з денної поверхні, яку можливо передавати в свердловину по стандартному геофізичному кабелю. Досягнення мети винаходу також забезпечує збільшення генерованої енергії сейсмічних коливань на фізичній точці збудження при існуючих обмеженнях в часі за діючими нормативними вимогами (10-15 хвилин у відкритих свердловинах), це надає можливість реалізувати одно свердловинні і між свердловинні модифікації сейсмічних досліджень в свердловинах, які знаходять застосування в нафтогазовій сейсморозвідці. Підвищити ефективність проведення сейсмічних досліджень дозволить також застосування Комп’ютерна верстка І.Скворцова 8 способу збудження сейсмічних коливань кодоімпульсним (полі імпульсним) методом, який дозволить збільшити генеровану сейсмічну енергію на фізичній точці збудження у свердловині і частотний спектр збуджуваних сейсмічних коливань. Спосіб може ефективно і успішно використовуватись для сейсмічних досліджень у глибоких свердловинах. Позитивний ефект від застосування запропонованого способу - підвищення ефективності сейсмічних досліджень, тому поставлена задача винаходу досягається. Джерела інформації: 1. U.S. Patent №4715470, 1987, Е21В23/01, G01V1/155. 2. U.S. Patent №6595285, 2003, G01V1/02, G01V1/04, G01V1/52. 3. U.S. Patent №3061037, 1987, GOIV1/40, GOIV1/46. 4. U.S. Patent №5131488, 1992, G01V1/40, G01V1/143, G01V1/155 (прототип). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601