30 Дек

КОДО-ИМПУЛЬСНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК С ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТОЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Среди различных способов проведения сейсморазведочных работ на нефть и газ наибольший интерес представляет кодо-импульсный способ. Он занимает промежуточное положение между импульсным и вибрационным методами. От импульсного он отличается лучшей помехоустойчивостью и производительностью, а от вибрационного – простотой реализации на практике и существенно меньшей стоимостью оборудования для проведения и обработки результатов сейсморазведочных работ. Например, для реализации вибрационного способа сейсморазведки требуются вибраторы специальной конструкции, стоимость которых за 24 млн. рублей. Для проведения аналогичных работ методом кодо-импульсной сейсморазведки используются сейсмоисточники, цена которых не превышает 8 млн. рублей.  Если учесть , что в каждой сейсмопартии при группировании используются четыре сейсмоисточника, то не трудно определить, что при вибрационном методе сейсморазведки для приобретения четырех вибраторов потребуется 96 млн. рублей, что далеко не по «карману» даже сравнительно крупным сейсмопартиям. При  кодо-импульсной сейсморазведке стоимость четырех сейсмоисточников составит примерно 32 млн. рублей, что в пределах возможностей даже небольших сейсмопартий.

В 70-80-х годах в Тольяттинском государственном университете (в прошлом Тольяттинский политехнический институт) нами был разработан, совместно с СКТБПЭ г. Харьков изготовлен и доведен до серийного выпуска кодо – импульсный сейсмоисточник ИКИ-10/40. По результатам полевых и сравнительных испытаний с американским вибратором на полигоне г. Гаврилов Ям  (Ярославская область) была дана высокая оценка сейсмической эффективности сейсмоисточника ИКИ — 10/40. Онb долгое время эксплуатировались на Украине, в Костромской, Астраханской и других   областях России. На ВДНХ СССР сейсмоисточник ИКИ — 10/40 и его разработчики были удостоены серебряной медалью ВДНХ СССР. Развал СССР, в результате которого изготовители (г. Харьков) оказались в одном, а разработчики  — в другом государстве стал основной причиной прекращения производства и усовершенствования экономически и сейсмически выгодны  сейсмоисточников ИКИ — 10/40.

Основной недостаток сейсмоисточника ИКИ- 10/40 это сравнительно невысокая частота повторения силовых воздействий на поверхность грунта, не выше 23 Гц. Такая частота затрудняет получение качественной картины сейсмических исследований  в сложных геологических условиях. Принцип построения сейсмоисточника ИКИ- 10/40  такой, что не позволял получать более высокую частоту повторения силовых воздействий. Необходим был принципиально новый подход к разработке конструкции кодо – импульсного сейсмоисточника на повышенную частоту. И такой подход  был найден. Это использование принципа плавающей инерционной массы с применением энергии гравитационного поля для возбуждения сейсмических волн.

Принципиальная схема сейсмоисточника с плавающей массой на повышенную частоту возбуждения сейсмических волн приведена на рис.1.

Сейсмоисточник состоит рис.1 из гидроцилиндра 1, внутри которого расположен поршень 2. Под поршнем 2 расположена полость 5, заполненная жидкостью, а над поршнем — полость 3, заполненная газом. На противоположном от поршня 2 конце штока 11установлена плита 4, на которой закреплена инерционная масса 10. Полость 5 через обратный клапан 9 соединена с гидронасосом 6 и через него с гидрорезервуаром7. Параллельно этой ветви полость 5 соединена с резервуаром 7 через быстродействующий управляемый клапан 8. Для возбуждения сейсмических волн насосом 6 через обратный клапан 9 нагнетают жидкость  в полость 5 гидроцилиндра 1. При этом поршень 2, шток 11 с плитой 4 и массой 10 поднимают в верхнее крайнее положение. При открытии быстродействующего клапана 8 элементы 2,4,10 и 11 гидросистемы в режиме близком к свободному падению падают вниз на некоторое расстояние

Была изготовлена и смонтирована на испытательном стенде действующая модель кодо-импульсного сейсмоисточника по схеме  рис.1.

На рис 2. показан испытательный стенд, где 1- инерционная масса ,2- гидроцилиндр со штоком , 3- гидростанция с насосом , 4- управляемый и обратный клапаны. В процессе испытаний измерялись перемещение якоря двигателя управляемого клапана, т.е. осциллографировалась динамика управляемого клапана и ускорение инерционной массы при открытии и закрытии управляемого клапана, а также давление в полости 5 гидроцилиндра 1 рис1. Давление в полости 5 измерялось для контроля правильности определения силы, развиваемой сейсмоисточником.

Экспериментальные исследования лабораторного образца проводились в лабораторных условиях при работе сейсмоисточника на бетонном основании.

Динамика якоря двигателя клапана, а стало быть и самого клапана, осциллографировалась путем снятия сигнала с датчика перемещения серии CLPR 13-50  R = 10кОм  LIN ± 0,5%   производства    фирмы Megatron  Munchen

( Япония). Ускорение инерционной массы регистрировалось с датчика ускорения фирмы Motorolla, выполненного на микросхеме ММА 3201D  G 002. Вес инерционной массы рассчитывался по статическому давлению в полости 5 (рис1) гидроцилиндра , которое измерялось эталонным манометром.

На рис 4,а приведена механическая схема испытуемого  сейсмоисточника .

Осциллограммы динамики якоря управляемого клапана приведены на рис4,б и 4,в. Полученные осциллограммы однозначно свидетельствуют о том, что время на открытия и закрытия клапана равны и составляют ( 2,5÷3) ·10-3 с. Якорь клапана за это время перемещается на расстояние δ = 5 ·10-3 м. Время , в течении которого клапан находился в открытом состоянии, задавалось схемой управления системой питания   двигателя      клапана.     На рис 4,б время    

≈ 2·10-3 с , а на рис 4,в это время  = 30·10-3 с. Естественно , чем больше время , тем большую энергию запасает масса при падении, тем больше будет усилие воздействия на грунт при закрытии клапана , тем выше глубинность зондирования или регистрации  отраженных волн .

Рисунок 4. Некоторые результаты испытаний кодо-импульсного сейсмоисточника. Масштабы

На осциллограммах рис 4,г и 4,д приведены ускорения инерционной массы величиной m = 3500кг при времени открытого состояния управляемого клапана  = 20·10-3 с. и  = 15·10-3 с. соответственно. Анализ и расчет осциллограмм рис4,г и 4,д показывает, что максимальные развиваемые сейсмоисточником усилия равны примерно 25 т.с. и 17,5 т.с. соответственно.

Естественно, что развиваемые сейсмоисточником усилия будут, при прочих равных условиях, зависить от величины инерционной массы. На рис 4,е приведена обобщающая кривая зависимости развиваемого сейсмоисточником усилие F т.c от величины инерционной массы  m·10-3 кг. Результаты получены при времени  от момента начала открытия управляемого клапана до полного его закрытия, равного 25·10-3с. Величина инерционной массы  измерялась дискретно в пределах 1,5·103 кг ; 2,7·103 кг ; 4·103 кг и ; 5,2·103 кг. Анализ рис 4,е показывает , что при массе m = 5·10-3 кг, развиваемое усилие находится в пределах 25т.с. , что несколько ниже расчетных параметров . Обусловлена такая погрешность влиянием гидродинамического сопротивления управляемого клапана.

На рис 5 приведены осциллограммы, иллюстрирующие динамику инерционной массы при частоте повторения силовых воздействий сейсмоисточником на грунт fпр= 24 Гц (а) и fпр= 13,5 Гц (б).

Анализ полученных экспериментальных исследований показывает, что амплитудно-частотные и другие характеристики сейсмоисточника зависят не только и не столько от конструкции сейсмоисточника, сколько от частотных характеристик управляемого клапана, вернее от его быстродействия . Чем лучше быстродействие, т.е. чем меньше время срабатывания клапана , тем лучше спектр возбуждаемых колебаний, основная доля энергии в котором должна приходится в частотном диапазоне от 60 до 100 Гц. При этом важно обеспечить высокое быстродействие (малое время) и при открытии клапана и при его закрытии, т.е. как в процессе формирования переднего фронта сейсмического сигнала, так и в процессе формирования его  заднего фронта. Но, поскольку, в процессе открытия клапана скорость истечения жидкости через выходной канал гидроцилиндра не велика, то наиболее важно обеспечить высокое быстродействие при закрытии клапана, когда формируется импульс возмущающей  силы, деформирующей грунт и обеспечивающей необходимую скорость деформации грунта.

Важно обеспечить малое гидродинамическое сопротивление всех элементов гидросистемы сейсмоисточника. Оно, как и быстродействие клапана, определяет максимальную скорость смещения массы, а потому и ускорение торможения массы при закрытии клапана. В идеальном случае гидродинамическое сопротивление открытых элементов гидросистемы сеймоисточника должно приближаться к нулю. Только в этом случае инерционная масса при ее падении будет ускоряться в режиме свободного падения, обеспечивая тем самым высокие технические характеристики.

Реализация таких условий возможна , если система питания управляемого клапана будет отвечать высоким требованиям получения режима форсировки возбуждения и гашения электромагнитного поля магнитной системы клапана. Выполнение этого условия позволит получить высокое быстродействие клапана.

Учитывая широкие избирательные свойства грунтов, схема питания клапана должна обеспечивать высокие его регулировочные свойства. Это позволит варьировать параметрами сейсмоисточника при его работе  на самых различных по механическим свойствам грунтах, расширяя его технические возможности.

Как следует из приведенных осциллограмм предельная частота работы сейсмоисточника лежит в пределах (40-45) Гц. При этом обеспечивается высокая повторяемость возбуждаемых сейсмоисточником сигналов, т.е. коэффициент повторяемости  Кс ≈ 1.

Таким образом, выше приведенные исследования показывают, что рассматриваемый в настоящей статье кодо-импульсный сейсмоисточник с электрогидравлическим управлением, построенный на принципе падающей массы , удовлетворяет высоким требованиям современной сейсморазведки. Его характеристики, а именно коэффициент повторяемости  возбуждаемых сигналов Кс ≈ 1 ,   предельная    частота      повторения      силовых  воздействий

fпр = 40Гц, амплитуда развиваемого усилия Fm  ≈ 25 т.с. Такие параметры соответствуют техническому заданию на разработку кодо-импульсных сейсмоисточников.

 

Список литературы:

  1. 1. Чуркин И.М., Колчина Н.А., Коржев В.П. Применение дросселя насыщения в генераторах импульсов тока для возбуждения мощных магнитных полей//Вектор наук ТГУ. Тольятти, №2 (24) 2013.
  2. Чуркин И.М. Разработка и исследование индукционно-динамических двигателей и их систем импульсного питания для возбуждения источников сейсмических волн: дис. канд.тех.наук. Тольятти: Изд-во ТПИ, 1980.263 с.
  1. Чуркин И.М. Источник сейсмических волн. Авт. свид. на изобретение №1824608. Опубл. Б.И. 30.06.1993 №24.
  1. Чуркин И.М., Ивашин В.В. Генератор импульсов тока. Авт.свид. на изобретение № 911685. Опубл. Б.И. №9.1982.
    КОДО-ИМПУЛЬСНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК С ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТОЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН
    Written by: Колчина Наталья Анатольевна, Чуркин Иван Михайлович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 06/15/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)
    Available in: Ebook