Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН В ВОДНОЙ СРЕДЕ

Изобретение относится к устройствам для проведения геофизической разведки полезных ископаемых в водной среде и может применяться при проведении работ в морской сейсморазведке на нефть и газ.

При проведении геофизических работ на акваториях наиболее широко используются импульсные источники сейсмических сигналов (Сейсморазведка. Справочник геофизика. / Под ред. И.И. Гурвича, В.П. Номоконова. - М.: Недра, 1981, 464 с.). При их срабатывании в воде возбуждается несколько волн давления. Эффективность этих источников определяется возможностями управления процессом возбуждения, а также полнотой отдачи энергии излучения, спектр которой находится в сейсмическом диапазоне частот.

В настоящее время известен источник сейсмических сигналов для акваторий (патент РФ №2194291 С1, приоритет 25.06.2001, МКИ G01V 1/02), который содержит излучающий сейсмическую энергию корпус выполненный в виде несущей многогранной плиты, на каждой из боковых граней которой закреплены трубчатые пружины («трубки Бурдона»), внутренние полости которых соединены между собой и подключены к питающей магистрали гидравлической системы, а также блок управления, подающий рабочую жидкость пульсирующим потоком по каналам питающей магистрали во внутренние полости трубчатых пружин. Под действием давления рабочей жидкости трубчатые пружины разгибаются и воздействуют на воду, при снятии давления трубчатые пружины под действием собственных упругих сил принимают первоначальную форму, одновременно воздействуя на воду в противоположном направлении. Частота и амплитуда этих воздействий формируется блоком управления. Недостатком этого источника является наличие паразитных колебаний при снятии давления, которые искажают сейсмограмму и затрудняют расшифровку сейсмических материалов.

Известен морской сейсморазведочный комплекс (МСРК) (патент РФ №2364893 С1, приоритет 26.03.2008, МКИ G01V 1/02). Он включает: плавающее средство (ПС); герметичную цилиндрическую капсулу, опускаемую на дно водоема, трос для подвески капсулы к плавающему средству. В нижней части капсулы размещен источник сейсмических колебаний с цилиндрическим поддоном и ударной плитой. Причем конструкция содержит электродвигатель с коробкой передач и вертикально опущенным валом с червячной парой для вращения крана механизма герметизации зарядного окна источника. Корпус капсулы в узле соединения с тросом подвески и в узле соединения с поддоном источника колебаний снабжен амортизаторами. МСРК работает следующим образом. Капсула опускается на дно водоема и поджимается к нему своим весом. При выстреле плунжер приобретает требуемую скорость и «подскакивает» вверх на высоту до 1,5-2 м, а миномет плитой воздействует на грунт. При мягком грунте возможна его деформация, которая воспринимается амортизаторами. Плунжер при обратном падении через плиту вторично воздействует на грунт, создавая повторный ударный импульс, по мощности равный первому. МСРК данного типа позволяет вести сейсморазведку и без опускания капсулы на дно водоема. В этом случае необходимо использовать плиту значительно большего диаметра. Недостатком этого источника является сложность конструкции и необходимость использования тяжелого плунжера что ограничивает возможность его использования в морской сейсморазведке.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ возбуждения сейсмических колебаний (патент РФ №2381528 С1, приоритет 28.08.2007, МПК G01V 1/02), основанный на использовании сил отталкивания, возникающих в преобразователе энергии. Устройство, реализующее заявленный способ, содержит преобразователь энергии, основание, являющееся опорной плитой и передающее в исследуемую среду импульсы сил отталкивания, возникающие в преобразователе энергии при подаче основного импульса тока, герметичный цилиндрический корпус, закрепленный на основании излучателя (опорной плите), направляющие стойки, электродинамический пригруз и электродинамический амортизатор. Рабочим органом данного устройства является установленный в корпусе излучателя электродинамический преобразователь энергии, состоящий из двух электродинамических элементов в виде соленоида и диска, причем один из элементов жестко закреплен на основании излучателя, а другой имеет возможность свободного перемещения в вертикальном направлении относительно первого. Энергия в виде мощного импульса тока подается на соленоид, и в электродинамическом преобразователе происходит ее преобразование в импульс силы отталкивания. Импульс силы передается в грунт через основание излучателя, жестко связанное с одним из электродинамических элементов, возбуждая в нем упругие колебания. В результате сил отталкивания верхний электродинамический элемент с пригрузом перемещается вверх по направляющим стойкам, а реакция нижнего электродинамического элемента преобразуется в импульс силы, который через основание излучателя передается в грунт, возбуждая в нем упругие колебания.

При прекращении действия электрического импульса магнитные и электрические поля исчезают и подвижный электродинамический элемент под действием сил гравитации возвращается в исходное положение.

Для частичного гашения паразитной кинетической энергии подвижного элемента электродинамического преобразователя и предотвращения паразитного удара, искажающего сейсмограмму, в конструкции излучателя предусматриваются электродинамический пригруз и электродинамический амортизатор, работающие на тех же принципах, что и электродинамический преобразователь энергии.

Недостатком этого источника является сложность конструкции и необходимость использования тяжелого пригруза, что ограничивает возможность его использования в морской сейсморазведке.

Ставится задача создания простого устройства для возбуждения сейсмических волн, позволяющего значительно упростить конструкцию и повысить качество получаемой информации за счет уменьшения помех от вторичных волн.

Устройство для создания сейсмических волн в водной среде содержит плавающее средство, погружаемый в водную среду, придонное пространство или опускаемый на дно герметичный корпус, в котором размещен источник возмущающих импульсов (ИВИ), лебедку, служащую для опускания излучателя на необходимую глубину и ориентации в пространстве. При этом герметичный корпус выполнен из двух частей, имеющих возможность взаимного перемещения вдоль вертикальной оси в противоположные относительно друг друга стороны, а верхняя поверхность излучателя значительно превосходит по площади его нижнюю поверхность. Рабочим органом заявляемого устройства является размещенный в герметичном корпусе преобразователь энергии (ИВИ), состоящий из двух элементов: соленоида и диска, выполненного из материала с низким электрическим сопротивлением, при этом один из элементов - соленоид - жестко закреплен на нижнем основании корпуса (излучателя), а другой имеет возможность свободного перемещения в вертикальном направлении относительно первого. В качестве ИВИ может использоваться любой источник, например электроиндукционный, электрогидравлический или электромагнитный.

Сущность предлагаемого устройства для возбуждения сейсмических колебаний заключается в использовании для возбуждения колебаний в водной среде сил отталкивания, возникающих в источнике возбуждения импульса силы, размещенном в герметичном корпусе, передающем возмущения в виде импульсов давления на исследуемую среду, возбуждая в ней упругие колебания. При этом решение поставленной задачи обеспечивается выполнением формы герметичного корпуса, позволяющей использовать поверхность среды в качестве опоры, препятствующей перемещению корпуса вертикально вверх и тем самым возникновению вторичной волны импульса.

При прохождении импульса тока через соленоид в его сердечнике создается переменное магнитное поле, которое пронизывает второй электродинамический элемент, конструктивно выполненный в виде закрепленного на непроводящей плите проводящего диска. Под действием переменного магнитного потока, пронизывающего этот элемент, в нем возникает электрический ток, создающий магнитное поле противоположной направленности, в результате чего между электродинамическими элементами возникают силы отталкивания. В результате сил отталкивания верхний электродинамический элемент упирается в верхнее основание корпуса. При этом кинетическая энергия, полученная им в результате импульса силы, уравновешивается потенциальной энергией столба жидкости, действующего на верхнее основание герметичного корпуса, а реакция нижнего электродинамического элемента преобразуется в импульс силы, который через основание излучателя передается водной среде, возбуждая в ней упругие колебания.

При прекращении действия электрического импульса магнитные и электрические поля исчезают и подвижный электродинамический элемент под действием возвратных пружин возвращается в исходное положение. При этом демпфирующие пружины служат для гашения кинетической энергии подвижного элемента и препятствуют силовому взаимодействию электродинамических элементов, искажающему сейсмограмму.

На фиг. 1 показана схема устройства, взаимодействующего с набортной частью научно-исследовательского судна; на фиг. 2 приведена конструкция излучающего устройства.

Устройство содержит плавающее средство 1, погружаемый в водную среду, придонное пространство или опускаемый на дно излучатель, выполненный в виде герметичного корпуса 2, состоящего из двух подвижных относительно друг друга частей, в котором размещен источник возмущающих импульсов (ИВИ) 3, лебедку 4, служащую для опускания герметичного корпуса на необходимую глубину и ориентации в пространстве.

При этом верхняя и нижняя части герметичного корпуса 2 соединены между собой замковым устройством, например, байонетного типа и имеют возможность взаимного перемещения вдоль вертикальной оси в противоположные относительно друг друга стороны. Верхняя поверхность герметичного корпуса значительно превосходит по площади его нижнюю поверхность. Герметичность корпуса обеспечивается сильфонами 5.

В качестве ИВИ может использоваться любой источник, например электроиндукционный, электрогидравлический или электромагнитный, который состоит из двух расположенных друг над другом элементов, один из которых представляет собой плоский соленоид 6, закрепленный в пазу стальной пластины 7, жестко связанной с основанием 8 герметичного корпуса, а другой представляет собой диск 9 из материала с низким значением электрического сопротивления, закрепленный на плите 10, выполненной из прочного непроводящего материала, например капролона, которая жестко соединена с верхним основанием излучателя 2.

Для гашения паразитной кинетической энергии перемещающихся элементов 7 и 8 используются демпфирующие 11 и возвратные 12 пружины, усилие которых рассчитывается таких образом, чтобы обеспечить мягкий контакт элементов 7 и 9 ИВИ при их касании после снятия возбуждающего импульса.

Возбуждение сейсмических колебаний происходит следующим образом: энергия, в виде мощного импульса тока, подается на соленоиды электродинамического преобразователя энергии, в которых происходит ее преобразование в действующий по оси ИВИ импульс силы, вызывающий отталкивание электродинамических элементов друг от друга. При этом реакция нижнего элемента электродинамического преобразователя энергии передается через основание герметичного корпуса в виде импульса давления на исследуемую среду, возбуждая в ней упругие колебания. Этот процесс протекает в течение короткого времени действия электрического импульса, что позволяет получить большое усилие импульсного давления (толчок).

Верхний элемент электродинамического преобразователя энергии под действием силы электродинамического отталкивания, направленной вверх, упирается в верхнее основание корпуса. При этом кинетическая энергия, полученная им в результате импульса силы, уравновешивается потенциальной энергией столба жидкости, действующего на верхнее основание герметичного корпуса.

После прекращения действия импульса силы нижний элемент электродинамического преобразователя энергии под действием возвратных пружин плавно возвращается в исходное состояние, преодолевая сопротивление демпферных пружин.

Технический результат выражается в устранении вторичных волн, существенном увеличении импульсного давления на исследуемую среду по сравнению с известными устройствами аналогичного типа, эффективном гашении паразитных колебаний, упрощении конструкции и повышении точности измерений.

Предлагаемое изобретение позволяет создать достаточно легкое и эффективное устройство для создания сейсмических волн и использовать его для проведения сейсморазведочных работ в условиях водной среды.