009204

009204
Настоящее изобретение относится к сейсмическому источнику, в частности, к сейсмическому источнику наклонной скважины, содержащему исполнительный механизм. Настоящее изобретение, кроме
того, относится к способу генерации сейсмической волны в формации.
Сейсмический источник наклонной скважины описан в патенте США 4702343. Этот сейсмический
источник содержит корпус вибратора в форме прижимной плиты, которая входит в контакт с внутренней
стенкой подземной буровой скважины посредством радиально направленных поршней. Поршни приводят в действие посредством рабочей жидкости. Для возбуждения сейсмической волны действующая сила, оказываемая поршнями, может быть изменена в режиме пульсации посредством работы клапана с
сервоуправлением, который активирует работу поршней. Управление клапаном с сервоуправлением
осуществляют посредством сигнала, при этом энергия с поверхности проходит по электрической линии,
а для создания этого сигнала требуется генератор электрических колебаний.
Цель заключается в устранении необходимости использования генератора электрических колебаний.
Согласно изобретению предусмотрен сейсмический источник, содержащий исполнительный механизм, имеющий вращательную часть и возвратно-поступательную часть, преобразующее средство для
преобразования вращения вращательной части в возвратно-поступательное движение возвратнопоступательной части, и корпус вибратора, подсоединенный к возвратно-поступательной части исполнительного механизма посредством пружины.
Источник колебаний основан на механическом вращении, для осуществления которого средство
вращения может быть расположено в подземной буровой скважине. Поскольку колебания генерируют
посредством вращения, нет необходимости в генераторе электрических колебаний.
При использовании корпус вибратора может быть приведен в контакт с формацией. Пружина служит в качестве упругого средства для восприятия амплитуды возвратно-поступательной части, чтобы
избежать повреждения сейсмического источника и/или земной формации.
Управление частотой возвратно-поступательного движения достигается посредством управления
скоростью вращения вращательной части, которой можно управлять посредством относительно медленного изменения сигнала по сравнению с частотой колебаний.
Возвратно-поступательное движение может представлять собой линейное возвратнопоступательное движение. Преобразование вращения в возвратно-поступательное движение предпочтительно включает в себя частотную связь между возвратно-поступательной частью и вращательной частью.
Предпочтительно, чтобы преобразующее средство содержало средство механического взаимодействия, выполненное с возможностью механического преобразования вращения вращательной части в
возвратно-поступательное движение возвратно-поступательной части. Вследствие механического преобразования возвратно-поступательная часть может быть приведена в действие посредством значительной
силы и, следовательно, значительная энергия может быть преобразована в возвратно-поступательное
движение возвратно-поступательной части. Достигаемая мощность, по меньшей мере, выше, чем в случае создания пульсации давления поршней посредством клапана, как в известном уровне техники, описанном в патенте США 4702343.
В контексте этого описания пружина может представлять собой любой вид упругого тела, но в
предпочтительном варианте осуществления конструкции пружина представляет собой гидравлическую
пружину. Такая гидравлическая пружина может содержать камеру давления, заполненную жидкостью,
при этом движение возвратно-поступательной части по отношению к корпусу вибратора вызывает сжатие или декомпрессию жидкости. В таком случае будет обеспечена пружина с приемлемой жесткостью.
Кроме того, гидравлическая пружина обладает преимуществом, которое заключается в том, что давление
может быть изменено для регулирования силы смещения.
Для инициирования вращения вращательной части сейсмического источника может быть установлено приводное средство, в частности, гидравлический двигатель.
Согласно изобретению также предусмотрен способ генерации сейсмической волны в формации, в
котором приводят в действие исполнительный механизм, при этом приведение в действие исполнительного механизма содержит приведение в действие вращательной части во вращательное движение и преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное движение возвратно-поступательной
части, а также передачу энергии возвратно-поступательного движения к формации через пружину.
Далее изобретение будет описано более подробно посредством примера, при этом ниже будут описаны варианты осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг. 1 - представлено схематическое поперечное сечение сейсмического источника наклонной
скважины, выполненного согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
фиг. 2 - схематический вид опорного элемента для использования в сейсмическом источнике согласно фиг. 1;
фиг. 3 - схематический вид исполнительного механизма для сейсмического источника, показанного
на фиг. 1;
фиг. 4 - схематическое поперечное сечение сейсмического источника наклонной скважины, выпол-1-
009204
ненного согласно другому варианту осуществления изобретения и установленного в воротнике бура;
фиг. 5 - схематическое поперечное сечение сейсмического источника наклонной скважины согласно еще одному варианту осуществления изобретения, установленного в воротнике бура;
фиг. 6 - схематический вид компоновки гидравлического двигателя для приведения в действие
сейсмического источника;
фиг. 7 - схема компоновки гидравлического двигателя, выполненной внутри воротника бура;
фиг. 8 - схематический вид компоновки гидравлического двигателя, выполненной согласно еще одному варианту осуществления изобретения;
фиг. 9 - схематический вид воротника бура с установкой гидравлического двигателя;
фиг. 10 - схематическое поперечное сечение вытеснительного резервуара для варианта осуществления согласно фиг. 9.
На фигурах подобные позиции относятся к подобным частям.
На фиг. 1 в схематическом поперечном сечении представлен вариант осуществления сейсмического
источника, находящегося в контакте с подземной формацией 103. Предусмотрен исполнительный механизм, имеющий вращательную часть 104 и возвратно-поступательную часть 105, а также корпус 106
вибратора. Корпус 106 вибратора подсоединен к возвратно-поступательной части 105 посредством пружины 107. Пружина 107 в данном случае выполнена в виде гидравлической пружины 107. Вращательная
часть 104 может быть соединена с вращательным приводным двигателем любого типа (не показан),
предпочтительно с гидравлическим двигателем, приводимым в действие рабочей жидкостью, причем,
как вариант, через приводной механизм. Предпочтительная компоновка гидравлического двигателя для
приведения в действие сейсмического источника ниже будет описана подробно.
В варианте осуществления изобретения согласно фиг. 1 вращательную часть 104 приводят в движение через коническое колесо 108 зацепления для обеспечения ортогональной приводной оси двигателя
относительно оси вращения вращательной части 104. Другие компоновки привода, например, предполагающие наличие линейных зацепных колес или цепных, либо ременных передач, могут быть выбраны в
зависимости от конкретных ограничительных условий, налагаемых на конструкцию в отдельном случае.
Вращательную часть 104 удерживают подшипники 112, предпочтительно алмазные упорные подшипники, которые заделаны в опорную деталь 136. Подшипники 112 и опорная деталь 136 далее будут
охарактеризованы в этом описании более подробно. Во вращательной части 104 предусмотрен центральный канал 102, который проходит фактически соосно с осью вращения вращательной части 104. Этот
канал может быть выполнен в виде центральной расточки. Назначение этого канала будет описано ниже.
Сила, оказываемая на корпус 110 в направлении формации 103, приводит к тому, что корпус 106
вибратора будет оказывать на формацию 103 толкающее действие, что вызывает прижатие возвратнопоступательной части 105 к вращательной части 104 через гидравлическую пружину 107. Вращательную
часть удерживают в осевом направлении в корпусе 110 посредством подшипников 112.
Коническое колесо 108 зацепления соединено с вращательной частью 104 посредством шлицевого
соединения 113, обеспечивающего некоторый осевой люфт между вращательной частью и коническим
колесом 108 зацепления. При этом будет достигнуто то, что смещение вращательной части 104 в осевом
направлении, происходящее, например, вследствие износа подшипников 112, может быть компенсировано, не вызывая заедания приводного механизма.
Возвратно-поступательная часть 105 связана с корпусом 110 исполнительного механизма посредством шлицевого участка 111, что обеспечивает возможность осевого движения скольжения возвратнопоступательной части 105 относительно корпуса 110.
Вращательная часть 104 и возвратно-поступательная часть 105 обеспечены преобразующими средствами в форме волнистых соединительных поверхностей 109, имеющих профили, которые по существу
лежат в плоскости, перпендикулярной оси вращения вращательной части 104. Волнистые соединительные поверхности 109 расположены с возможностью скольжения по отношению друг к другу.
Волнистые соединительные поверхности 109 могут быть обеспечены на отдельных корончатых деталях, которые крепят к вращательной части 104 и к возвратно-поступательной части 105, либо они могут быть выполнены посредством механической обработке непосредственно на этих вращательной и
возвратно-поступательной частях. Для формирования предпочтительной по форме сейсмической волны
по меньшей мере одну из соединительных поверхностей 109 выполняют волнистой с синусоидальным
профилем. Понятно, что любая из соединительных поверхностей, либо обе из них могут иметь синусоидальный профиль.
Исполнительный механизм погружен в рабочую жидкость, представляющую собой подходящее
масло, служащее для смазки и/или охлаждения подвижных частей, главным образом включающих в себя
одну или более поверхностей подшипников 112 и волнистые соединительные поверхности 109. Рабочую
жидкость удерживают в полости 117, образованной посредством корпуса 110 и торцевой детали 118. Могут быть обеспечены средства балансировки давления, предназначенные для выравнивания давления
рабочей жидкости (Рмасла) относительно окружающего давления (Рбурового раствора). Например, создают канал 119 для подвода давления, который соединяет полость 117 с окружающей средой, например с подземной буровой скважиной для обеспечения возможности выравнивания давлений Рмасла и Рбурового раствора
-2-
009204
до одной и той же величины. Внутри канала 119 может быть установлен корпус 116 сепаратора, чтобы
избежать перемешивания масла и окружающей среды. Корпус 116 сепаратора может представлять собой
гибкую стенку в форме поршневого элемента, установленного с возможностью скольжения в цилиндрической расточке 119, или мембранную стенку (не показана).
На фиг. 2 представлен подробный вид опорной детали 136, удерживающей первый опорный элемент 112А из пары алмазных упорных подшипников, которые могут содержать поликристаллический
синтетический алмаз. Опорную деталь 136, которую устанавливают совместно с уплотнителем 135 в расточку, выполненную в корпусе 110, формируют из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из латуни, для содействования охлаждению опорного элемента 112А. Второй опорный
элемент 112В предназначен для соединения с вращательной частью 104, причем предпочтительно также
посредством теплопроводной опорной детали 137 (показана на фиг. 1).
Как показано на фиг. 2 и 1, во втором опорном элементе 112В образовано центральное отверстие
134, которое должно быть сцентрировано с центральной расточкой 102 во вращательной части 104. На
поверхности второго опорного элемента 112В, которая обращена к первому опорному элементу 112А и
входит с ним в зацепление, образованы одна или более канавки 133.
Когда два опорных элемента находятся в зацеплении, каждая из одной или более канавок 133 формирует канал для возможности прохождения флюида между центральным отверстием 134 и окружающей средой опорных элементов 112 вблизи от их периферии. Ниже будут даны пояснения, что одна или
более канавки обеспечены для всасывания рабочей жидкости из полости 117 корпуса. Альтернативно,
одна или более канавки могут быть предусмотрены в первом опорном элементе 112А вместо канавок
133, обеспеченных во втором опорном элементе 112В, или в дополнение к этим канавкам.
Если обратиться к фиг. 1, то можно видеть, что центральная расточка 102 разветвляется на один или
более каналы 99, каждый из которых имеет радиальный компонент по отношению к оси вращения вращательной части 104. Эти каналы 99 проходят в зазор между вращательной частью 104 и возвратнопоступательной частью 105, причем этот зазор ведет к волнистым соединительным поверхностям 109.
Ниже будет разъяснено дополнительно, что один или более каналы 99 выполнены в качестве инжекционных средств для впрыскивания рабочей жидкости 117 между волнистыми соединительными поверхностями 109.
Центральный канал 102 во вращательной части 104 для прохождения рабочей жидкости также соединен с центральным каналом 98, выполненным в возвратно-поступательной части 105. Центральный
канал 98 ответвляется к одному или более каналам 97, которые выходят между шлицами на шлицевом
участке 111.
На фиг. 3 представлены отдельные виды вращательной части 104 и возвратно-поступательной части
105 сейсмического источника согласно фиг. 1. Виден открытый конец центрального канала 102 во вращательной части 104, а также открытые концы одного или более каналов 97, выходящих между шлицами
111 возвратно-поступательной части 105. Соединительная поверхность 109А вращательной части 104
имеет синусоидальный профиль в окружном направлении вокруг оси вращения. Амплитуда этого профиля больше, чем амплитуда окружного синусоидального профиля соединительной поверхности 109В
возвратно-поступательной части 105. Другими словами, профили соединительных поверхностей 109 не
полностью согласованы друг с другом. При этом всегда остаются зоны с зазором между частями соединительных поверхностей 109, которые могут удерживать некоторое количество рабочей жидкости в целях смазки и/или охлаждения.
Шлицевой участок 111 препятствует вращению возвратно-поступательной части 105 внутри корпуса 110. Вследствие механического взаимодействия волнистых соединительных поверхностей 109 вращение вращательной части 104 будет преобразовано в возвратно-поступательное движение возвратнопоступательной части 105.
Еще раз обратимся к фиг. 3, согласно которой вращательная часть 104 обеспечена концом 140 в виде вала, который предназначен для введения со скольжением в приемную расточку 141, которая выполнена в возвратно-поступательной части 105. При этом будет гарантировано надлежащее осевое центрирование вращательной части 104 на возвратно-поступательной части 105, вследствие чего вращательная
часть 104 имеет возможность вращения относительно возвратно-поступательной части 105, когда последняя осуществляет осевое возвратно-поступательное движение относительно вращательной части
104.
Получаемые амплитуда и форма волны колебаний, сообщаемые возвратно-поступательной части
105, будут заданы профилями волнистых поверхностей 109. Установлено, что амплитуда, находящаяся в
диапазоне между 0,01 и 1,0 мм, приемлема для возбуждения сейсмических волн. Предпочтительно, чтобы амплитуда была больше 0,05 мм для передачи высокой сейсмической энергии, составляющей приблизительно более 1 кВт. Предпочтительно, чтобы амплитуда была ниже 0,6 мм для гарантии, чтобы сила,
требуемая для приведения в движение возвратно-поступательной части 105, была обеспечена пружиной
без повреждения сейсмического источника.
Пружина 107 между возвратно-поступательной частью 105 и корпусом 106 вибратора действует в
качестве амортизатора. Она воспринимает разность амплитуды возвратно-поступательного движения
-3-
009204
между возвратно-поступательной частью 105 и формацией 3. Кроме того, пружина 107 создает силу
смещения, действующую на возвратно-поступательную часть 105, чтобы удерживать ее у вращательной
части 104.
В варианте осуществления конструкции согласно фиг. 1 пружина 107 представляет собой жидкостную пружину, содержащую камеру давления. Возвратно-поступательная часть 105 и корпус 106 вибратора со скольжением достигают камеры давления. Расточка 114 через торцевую деталь 118 или какойлибо другой канал с обеспечением прохождения жидкости соединяется с камерой давления для возможности контролируемой подачи к камере давления жидкости, служащей в качестве пружины, и выпуска
этой жидкости из камеры давления.
Относительное перемещение возвратно-поступательной части 105 по отношению к корпусу 106
вибратора вызывает сжатие или декомпрессию жидкости, служащей в качестве пружины, что приводит к
получению жесткости пружины в зависимости от объема камеры давления и от модуля сжимаемости
этой жидкой пружины. Жесткость представляет собой отношение единиц силы к единицам длины и определена как сила, требуемая для достижения требуемой величины укорачивания пружины посредством
ее сжатия.
Насос высокого давления (не показан), как вариант, отделенный от камеры 107 давления посредством обратного клапана (не показан), подсоединен к расточке 114 для сжатия внутри камеры 107 жидкости, служащей в качестве пружины. При этом базовое давление жидкостной пружины внутри камеры
давления 107 может быть установлено для предварительного нагружения корпуса 106 вибратора по отношению к формации 103, а также для приведения волнистых поверхностей 109 в механическое зацепление друг с другом и удерживания их в механическом зацеплении на всем протяжении осуществления
операции. Таким образом, расточка 114 и насос высокого давления функционируют в качестве средств
регулирования для изменения жесткости пружины 107.
Предпочтительно, чтобы приведение в действие насоса высокого давления выполнял тот же самый
двигатель, который приводит в действие вращательную часть 104. При этом давление жидкостной пружины 107 будет увеличиваться согласованно с частотой вращения вращательной части 104.
Жидкость для жидкостной пружины может представлять собой любую жидкость, в частности, она
может содержать один компонент из группы, включающей в себя воду, масло, силиконовый гель и преобразующий гель для ультразвуковой эхоскопии. По сравнению с водой масло и силиконовый гель имеют тенденцию к сжимаемости, приблизительно составляющей 0,5, в то время как преобразующий гель
для ультразвуковой эхоскопии со сжимаемостью, приблизительно составляющей 4, представляет собой
пример жидкостной пружины, имеющей сжимаемость, которая выше чем у воды.
При работе посредством вращения вращательной части 104 возвратно-поступательная часть 105
начинает вибрировать в осевом направлении по отношению к пружине 107 вследствие волнового профиля волнистых соединительных поверхностей 109. Пружина 107 преобразует возвратно-поступательное
движение возвратно-поступательной части 105 в вызывающую колебания силу, воздействующую на
формацию 103. Таким образом, внутренние силы сейсмического источника и внешние силы, оказываемые на формацию 103, можно удерживать в определенных пределах для предотвращения повреждения
сейсмического источника и формации 103. Благодаря механическому приведению в движение возвратнопоступательной части 105 может быть передана высокая сейсмическая энергия.
Сейсмический источник формирует хорошо задаваемую форму сейсмической волны с контролируемой частотой, поскольку волновые соединительные поверхности 109 поддерживаются в контакте
друг с другом. Частота возвратно-поступательного движения будет задана посредством скорости вращения вращательной части 104, умноженной на наибольшее количество волн на соединительных поверхностях 109. Форму волны задают профили соединительных поверхностей 109. Амплитуда не зависит от
частоты вследствие сохранения полного зацепления соединительных поверхностей 109. Этого достигают
посредством обеспечения достаточной жесткости пружины 107.
Вначале сила, оказываемая на соединительные поверхности 109 посредством пружины 107, предпочтительно может быть относительно низкой, чтобы содействовать инициированию вращательного
движения вращательной части 104 при противодействующем трении, оказываемом соединительными
поверхностями 109. Однако когда частота увеличивается, также требуются силы ускорения колебаний,
действующие на возвратно-поступательную часть 105, для сохранения механического контакта между
волнообразными соединительными поверхностями 109. Поэтому предпочтительно увеличение давления
гидравлической пружины 107 в ответ на увеличение частоты возвратно-поступательной части 105. С
этой целью насос высокого давления, который обеспечивает давление в пружинной камере 107, предпочтительно соединяют с вращательной частью 104 или с системой, которая приводит в действие вращательную часть 104 таким образом, что давление может увеличиваться согласованно с увеличением частоты вращения вращательной части 104.
Функция центральных расточек 102 и 98 заключается в следующем. Вращение вращательной части
104 относительно корпуса 110 также вовлекает во вращение некоторую часть рабочей жидкости, которая
имеет место между волнистыми соединительными поверхностями 109. В результате эта часть рабочей
жидкости будет подвергнута воздействию центробежной силы, что приводит к выбросу рабочей жидко-4-
009204
сти из зоны между волнистыми соединительными поверхностями 109. Это, в свою очередь, приводит к
созданию пониженного давления в зоне между вращательной частью 104 и возвратно-поступательной
частью 105, что вызывает циркуляцию рабочей жидкости из полости 117 корпуса, соответственно через
одну или более канавки 133, выполненные в подшипниках 112, центральный канал 102 и один или более
каналы 99 назад к полости 117 корпуса. Описанная циркуляция содействует охлаждению, а возможно,
также и смазке подшипников 112 и волнистых взаимодействующих поверхностей. Второй путь циркуляции образован через центральный канал 98 и один или более каналы 97 в возвратно-поступательной части 105.
Циркуляция рабочей жидкости будет обеспечена при условии, что центробежная сила, действующая на рабочую жидкость между волнистыми взаимодействующими поверхностями 109, отличается от
центробежной силы, действующей на рабочую жидкость в канавках 133. По этой причине в сейсмическом источнике согласно фиг. 1 волнистые соединительные поверхности 109 имеют больший окружной
радиус, чем входные отверстия центральной расточки 102.
Описанный выше сейсмический источник может быть перемещен в буровую скважину на талевом
канате, либо он может быть объединен с буровым узлом.
На фиг. 4 схематически представлен вариант осуществления конструкции сейсмического источника, объединенного с воротником 10 бура. Чтобы содействовать контактированию сейсмического источника с формацией 103, в непосредственной близости от сейсмического источника может быть обеспечен
стабилизационный буртик 121 или другой вид прокладки. В варианте согласно фиг. 4 обеспечено устройство 123 с отдельными прижимными поршнями, к которому может быть подведено давление посредством использования системы с флюидом, находящимся под давлением Ps, что приводит к радиальному
смещению прижимных поршней 123 для их вхождения в контакт с формацией 103. Как вариант, могут
быть обеспечены входящие в зацепление прокладки 124 для распределения силы прижатия, оказываемой
посредством прижимных поршней 123 на увеличенную площадь.
Имеется канал 122 для бурового раствора, который окружает сейсмический источник. Буровой раствор может быть подан в канал через подвод «М».
Вращательную часть 104 исполнительного механизма приводят в действие посредством двигателя,
заключенного в корпус 126, причем согласно указанному варианту двигатель входит в зацепление через
сцепление 127 и приводной вал 128 с приводной шестерней 125, установленной для зацепления с зубчатыми колесами. Сцепление, как вариант, предусмотрено для возможности соединения со скольжением в
случае заедания. Двигатель обеспечивают энергией посредством текучей среды под давлением «PF».
Подвод давления к гидравлической пружине 107 обеспечивают посредством использования системы создания давления и системы 131 гидравлического поршня. Клапан 129 устанавливают для заполнения гидравлической пружины 107 соответствующей жидкостью, а обратный клапан 130 устанавливают,
чтобы ограждать камеру давления гидравлической пружины 107 от циклического избыточного давления,
создаваемого при возвратно-поступательном движении возвратно-поступательной части 105. При этом
уплотнители 115 со скольжением входят в зацепление с корпусом 106 вибратора.
В варианте осуществления изобретения согласно фиг. 4 ось вращения вращательной части 104 и ось
132 возвратно-поступательного движения проходят в направлении, ортогональном к осевому направлению буровой колонны.
Предпочтительный вариант системы, альтернативной системе согласно фиг. 4, схематически представлен на фиг. 5. Ось 137 скольжения корпуса 106 вибратора расположена ортогонально по отношению
к буровой колонне, подобно варианту согласно фиг. 4, чтобы обеспечивать вхождения в контакт с формацией 103 на стенке буровой скважины и передавать сейсмические продольные волны к формации в
поперечном направлении к буровой скважине. Основное различие с вариантом осуществления согласно
фиг. 4 заключается в том, что на фиг. 5 ось вращения вращательной части 104 и ось 132 возвратнопоступательного движения проходят параллельно осевому направлению бурового узла, который обычно
расположен в буровой скважине по оси. Гидравлическая пружина 107 служит для отклонения направления силы, оказываемой возвратно-поступательной частью 105 на корпус 106 вибратора.
Этот принцип может быть применен и к другим вариантам осуществления сейсмического источника согласно изобретению.
Можно полагать, что этот вариант легче устанавливать в буровую колонну, поскольку исполнительный механизм во многих вариантах его практического выполнения больше в его направлении, параллельном оси вращения и оси возвратно-поступательного движения, чем в его ортогональном направлении.
Сейсмический источник согласно изобретению может формировать сейсмическую мощность от 1
до 5 кВт.
Предпочтительно, чтобы мощность сейсмического источника была ограничена величиной между 1
и 2 кВт. Частота находится в диапазоне от 0 до 5 кГц, однако согласно исследованиям в области сейсмики частоту предпочтительно выбирают в диапазоне между 9 Гц и 2 кГц. Сейсмический источник особенно пригоден для частот выше 90 Гц, а более предпочтительно выше 0,9 кГц.
При выполнении конкретных лабораторных испытаний с использованием сейсмического источника
-5-
009204
согласно фиг. 1 возвратно-поступательная часть 105 была предварительно нагружена по отношению к
вращательной части 104 приблизительно на 15 кН, используя давление жидкости гидравлической пружины 107, приблизительно составлявшее 80 бар, в течение периода с начала вращения и до достижения
частоты, приблизительно составлявшей 50 Гц. При дальнейшем увеличении частоты до 1,5 кГц нагрузка
на возвратно-поступательную часть 104 была увеличена приблизительно до 40 кН посредством динамического увеличения давления гидравлической пружины приблизительно до 200 бар. Волнистые соединительные поверхности 109 были выполнены с профилем, включающим 22 синусоидальных волны. При
этом для получения частоты порядка 1,5 кГц вращательная часть 104 осуществляла вращение со скоростью 4000 об./мин.
Может быть использовано любое приемлемое приводное средство для приведения во вращение
вращательной части 104. Тем не менее, на фиг. 6-10 для приведения в действие описанного выше сейсмического источника в качестве предпочтительного приводного устройства показан гидравлический
двигатель.
На фиг. 6 представлена схема, содержащая гидравлический двигатель 1, который в этом случае
представляет собой вращательный двигатель, который может быть подсоединен к вращательной части
104 для приведения ее во вращение. Также могут быть использованы и другие типы гидравлических двигателей. Гидравлический двигатель 1 может быть приведен в действие посредством прохождения жидкости под давлением из впускного канала 2 через гидравлический двигатель 1 к выпускному каналу 3. Гидравлический двигатель 1 встроен в вытеснительную систему, которая в варианте согласно фиг. 1 включает в себя переходную распределительную коробку 100 для направления потока приводной жидкости через гидравлический двигатель 1. Другие детали переходной распределительной коробки будут разъяснены далее в этом описании.
Схема с гидравлическим двигателем, кроме того, обеспечена первым вытеснительным резервуаром
10 и вторым вытеснительным резервуаром 20. Первый вытеснительный резервуар 10 предназначен для
удерживания приводной жидкости, которая должна пройти через гидравлический двигатель 1. Вытеснительный резервуар 10 с этой целью соединен с переходным распределительным коллектором 100 через
канал 11. Вытеснительный резервуар 10, кроме того, соединен с каналом 12, который ответвляется к линии 13 выпуска рабочей жидкости и к линии 14 подачи рабочей жидкости. В линии 13 выпуска рабочей
жидкости установлен клапан 331, а в линии 14 подачи рабочей жидкости установлен клапан 341.
Второй вытеснительный резервуар 20 предназначен для приема приводной жидкости, которая проходит через гидравлический двигатель 1. Следовательно, этот вытеснительный резервуар 20 соединен с
переходным распределительным коллектором 100 через канал 21. Второй вытеснительный резервуар 20,
кроме того, соединен с каналом 22, который ответвляется к линии 23 выпуска рабочей жидкости и к линии 24 подачи рабочей жидкости. В линии 23 выпуска рабочей жидкости установлен клапан 231, а в линии 24 подачи рабочей жидкости установлен клапан 241.
Таким образом, линии 14 и 24 формируют подводящий распределительный коллектор, который для
прохождения флюида может быть соединен с источником подачи рабочей жидкости под давлением.
Клапаны 341 и 241 обеспечивают возможность выбора того, какой из первого или второго вытеснительных резервуаров будет подвергнут воздействию рабочей жидкости под давлением.
Линии 13 и 23 выходят в зону LP низкого давления, где давление флюида ниже давления рабочей
жидкости, находящейся под давлением. Клапаны 331 и 231 определяют, какой из вытеснительных резервуаров будет подвержен воздействию зоны LP низкого давления.
Переходный распределительный коллектор 100 для прохождения флюида соединяет канал 11 с каналом 21. Канал 11 ответвляется к линии 54, снабженной обратным клапаном 44 в направлении блокирования, и к линии 51, снабженной обратным клапаном 41 в направлении потока. После прохождения линии 51 через обратный клапан 41 эта линия ответвляется к линиям 53 и 55. Линия 53 снабжена обратным
клапаном 43 в направлении блокирования. Линия 51 соединяется с линией 2, идущей к гидравлическому
двигателю 1. Линия 55 снабжена клапаном 45, который может быть открыт или закрыт, и дросселем 46,
причем оба они установлены последовательно. Дроссель 46 представляет собой устройство для ограничения изменяемого потока.
Далее по ходу от клапана 45 и ближе по ходу от дросселя 46, как вариант, обеспечена вспомогательная линия 49. Эта вспомогательная линия может быть соединена с сейсмическим источником для
пуска или приведения в действие сейсмического источника в результате создания давления в линии 49
перед приведением в действие гидравлического двигателя 1. Например, вспомогательная линия может
быть подсоединена для создания давления в прижимном поршневом устройстве 123 так, как показано на
фиг. 4, что приводит к радиальному смещению прижимных поршней 123 для обеспечения контактирования с формацией 103. Либо вспомогательная линия может быть соединена с гидравлической пружиной
107 сейсмического источника.
Линия 3, проходящая далее по ходу от гидравлического двигателя 1, ответвляется к линии 54 на
другой стороне обратного клапана 44, упомянутого выше применительно к каналу 11, и к линии 52, которая также снабжена обратным клапаном 42. Оба обратных клапана 44 и 42 установлены в направлении
потока. Однако вследствие потерь давления в гидравлическом двигателе 1 будет иметь место разность
-6-
009204
давлений на обратном клапане 44, препятствующая течению через этот обратный клапан. Поток по линии 52 возможен, и далее по ходу от обратного клапана 42 линия ответвляется к линиям 53 и 21. Линия
53 снабжена обратным клапаном 43 в направлении потока, но поскольку далее по ходу от обратного клапана 43 линия 53 сообщена с линией 51, которая находится ближе по ходу от гидравлического двигателя
1, разность давлений на обратном клапане 43 будет препятствовать прохождению потока.
Для предотвращения повреждения гидравлического двигателя 1 вследствие его собственной инерции может быть использован предохранительный клапан 47, который показан на фиг. 6, в обводной линии 48, замыкающей гидравлический двигатель 1 посредством соединения входной линии 2 и выходной
линии 3. Предохранительный клапан может представлять собой обратный клапан, блокирующий поток
от линии 2 к линии 3 и обеспечивающий возможность прохождения потока от линии 3 к линии 2. При
этом в случае, когда гидравлический двигатель 1 находится в движении, в то время как разность давлений на гидравлическом двигателе 1 недостаточна для приведения его в действие, гидравлический двигатель 1 может создавать циркуляцию приводной жидкости по обводной линии 48.
Функция переходного распределительного коллектора 100 заключается в гарантии того, что приводная жидкость всегда будет проходить в направлении стрелки 4 по линии 55, при этом не имеет значения, какой из вытеснительных резервуаров 10 или 20 находится под давлением.
В предпочтительном варианте осуществления система гидравлического двигателя выполнена с возможностью подвешивания в подземной буровой скважине и/или для нахождения в буровой колонне. Например, схему с гидравлическим двигателем согласно фиг. 6 размещают в буровой колонне 5, достигающей подземную буровую скважину 6, содержащую буровой раствор, что схематически показано на
фиг. 7. Буровой раствор может циркулировать обычным способом, при котором буровой раствор нагнетают у поверхности в трубопровод 7, образуемый буровой колонной 5, при этом он выходит в буровую
скважину через отверстие вблизи от донного конца 8 буровой колонны и проходит назад к поверхности
через кольцевое пространство 9 между стенкой буровой скважины и буровой колонной 5. Линии 14 и 24
(фиг. 6) для прохождения флюида соединены через клапаны 341 и 241 с буровым раствором внутри трубопровода 7, образуемого буровой колонной, в то время как линии 13 и 23 (фиг. 6) для прохождения
флюида соединены через клапаны 331 и 231 с кольцевым пространством 9.
При выполнении работы схема согласно фиг. 6, содержащая гидравлический двигатель, действует
следующим образом. В начальном состоянии вытеснительный резервуар 10 удерживает надлежащее количество приводной жидкости, а вытеснительный резервуар 20 удерживает приблизительно подобное
количество бурового раствора. Клапаны 331, 341, 231, 241, 45 и дроссель 46 закрыты. Буровой раствор
циркулирует так, как описано выше, что приводит к созданию разности давлений между давлением бурового раствора внутри трубопровода 7 буровой колонны и давлением бурового раствора в кольцевом
пространстве 9. Таким образом, в трубопроводе 7 буровой колонны будет иметь место высокое давление
со стороны системы гидравлического двигателя, а в кольцевом пространстве 9 будет иметь место низкое
давление со стороны LP.
Открывают клапан 341 и таким образом для возможности прохождения флюида соединяют вытеснительный резервуар 10 с трубопроводом 7 буровой колонны. Открывание клапана 341 приводит к воздействию на приводную жидкость в резервуаре 17 внутреннего давления буровой колонны при отсутствии потока. После этого открывают клапан 231 и таким образом соединяют вытеснительный резервуар
20 с кольцевым пространством 9. Открывание клапана 231 приводит к созданию давления в кольцевом
пространстве при отсутствии потока.
Открывание клапана 45 обеспечивает подвод давления к выполняемой как вариант вспомогательной линии 49 с созданием ограниченного потока для запуска или приведения в действие вспомогательного устройства, устанавливаемого как вариант, перед приведением в действие гидравлического двигателя 1. Постепенное открывание дросселя 46 будет приводить к увеличению потока приводной жидкости
из вытеснительного резервуара 10 к вытеснительному резервуару 20 (по линиям соответственно 11, 51,
55, 2, 3, 52 и 21, что разъяснено выше), пока приводная текучая среда не будет перемещена и вытеснена
из вытеснительного резервуара 10 посредством находящегося под давлением бурового раствора, входящего в вытеснительный резервуар 10 в качестве рабочей текучей среды, и пока буровой раствор не будет
перемещен и вытеснен из вытеснительного резервуара 20 посредством приводной жидкости, входящей в
вытеснительный резервуар 20. Таким образом, управление дросселем 46 обеспечивает управление работой гидравлического двигателя.
Посредством закрывания всех клапанов и работы клапанов 241 и 331 вместо клапанов 341 и 231
схема с гидравлическим двигателем вновь может быть приведена в действие, при этом буровой раствор
будет поступать в вытеснительный резервуар 20, тем самым вновь перемещая и вытесняя приводную
жидкость по соответствующим линиям 21, 53, 55, 2, 3, 54 и 11 в вытеснительный резервуар 10.
Этот цикл может повторяться.
На фиг. 8 представлена альтернативная система гидравлического двигателя, имеющая вытеснительную систему с более простым распределительным коллектором 101, чем переходной распределительный коллектор 100 на фиг. 6. Распределительный коллектор 101 базируется на одном обратном клапане 40.
-7-
009204
Подобно фиг. 6 система гидравлического двигателя согласно фиг. 8 обеспечена первым и вторым
вытеснительными резервуарами 10 и 20, соединенными с распределительным коллектором 101 по линиям соответственно 11 и 21. Подобно варианту осуществления изобретения согласно фиг. 5, второй вытеснительный резервуар 20 выполнен с возможностью приема вытесненной приводной жидкости и при
ее принятии для перемещения и вытеснения рабочей текучей среды в зону низкого давления, так что
приводная жидкость может быть собрана во втором вытеснительном резервуаре 20, и может рециркулировать по системе гидравлического двигателя для использования в новом цикле.
Распределительный коллектор 101 содержит линию 50, которая для прохождения флюида соединяет линию 11 с линией 12. Линия 50 отделена от линии 11 посредством клапана 45. Обратный клапан 40
расположен в линии 50 для обеспечения возможности течения в направлении от второго вытеснительного резервуара 20 к первому вытеснительному резервуару 10, и для блокирования потока в обратном направлении. Гидравлический двигатель 1 установлен в линии 60, которая выполнена с возможностью обвода обратного клапана 40. Линия 60 также обеспечена устройством для ограничения изменяемого потока, выполненного в виде дросселя 46. Как вариант, линия 60 может быть обеспечена обратным клапаном
для блокирования пути прохождения потока от второго вытеснительного резервуара 20 к первому вытеснительному резервуару 10 по линии 60.
Подобно варианту осуществления изобретения согласно фиг. 6, коллектор 101, как вариант, может
быть обеспечен вспомогательной линией 49, которая в варианте осуществления согласно фиг. 8 может
быть соединена с линией 50 между клапаном 45 и обратным клапаном 40. Обводная линия 48, замыкающая гидравлический двигатель 1 и включающая в себя предохранительный клапан 47, может быть создана для защиты гидравлического двигателя 1 таким же образом, как показано на фиг. 6.
Вытеснительные резервуары 10, 20, а также коллекторы подвода флюида и зоны LP низкого давления могут быть такими же, как показанные на фиг. 6, либо подобными им. Функция распределительного
коллектора 101 заключается в том, чтобы гарантировать, что приводная жидкость всегда будет течь в
направлении стрелки 4 по линии 60.
Система гидравлического двигателя согласно фиг. 7 действует следующим образом. В начальном
состоянии вытеснительный резервуар 10 удерживает надлежащее количество приводной жидкости, а
вытеснительный резервуар 20 удерживает приблизительно подобное количество рабочей флюида, которая может представлять собой буровой раствор. Клапаны 331, 341, 231, 241, 45 и дроссель 46 вначале
закрыты. Создают разность давлений между зонами HP и LP, например способом, который описан выше
и предполагает циркуляцию бурового раствора. Клапан 341 открывают и таким образом для возможности прохождения флюида соединяют вытеснительный резервуар 10 с рабочей текучей средой в зоне HP
высокого давления. Открывание клапана 341 приведет к воздействию на приводную жидкость в резервуаре 17 рабочей текучей среды, находящейся под давлением, при отсутствии потока. После этого открывают клапан 231 и таким образом соединяют вытеснительный резервуар 20 с зоной LP низкого давления. Течение приводной жидкости еще не происходит.
Открывание клапана 45 обеспечит подвод давления к выполняемой как вариант вспомогательной
линии 49 при ограниченном потоке для запуска или приведения в действие устанавливаемого как вариант вспомогательного устройства перед приведением в действие гидравлического двигателя 1. Постепенное открывание дросселя 46 приведет к созданию увеличивающегося потока приводной жидкости из
вытеснительного резервуара 10 к вытеснительному резервуару 20 (по линиям соответственно 11, 50, 60,
50 и 21), пока приводная текучая среда не будет перемещена и вытеснена из вытеснительного резервуара
10 находящейся под давлением рабочей текучей средой, заходящей в вытеснительный резервуар 10, и
пока отводимая текучая среда не будет перемещена и вытеснена из вытеснительного резервуара 20 посредством приводной жидкости, заходящей в вытеснительный резервуар 20. Управление дросселем 46
позволяет управлять работой гидравлического двигателя.
Посредством закрывания всех клапанов и открывания клапанов 241 и 331 вместо клапанов 341 и
231 схема с гидравлическим двигателем будет переустановлена в свое начальное состояние, после чего
цикл может быть повторен. Поскольку дроссель 46 и гидравлический двигатель 1 создают сопротивление
потоку в линии 60, приводная жидкость будет проходить через обратный клапан 40 из вытеснительного
резервуара 20 назад к вытеснительному резервуару 10 при условии, что клапан 45 открыт.
Основной принцип систем гидравлического двигателя, вводимых в буровую колонну, например
так, как показано на фиг. 7, заключается в том, что двигатель приводят в действие посредством разности
давлений между трубопроводом 7 буровой колонны и кольцевым пространством 9. Как вариант, разность давлений может быть обеспечена внутри трубопровода 7 буровой колонны посредством создания
соответствующего ограничения потока, при этом линии 14 и 24 следует подсоединить к трубопроводу 7
буровой колонны ближе по ходу от ограничения потока, а линии 13 и 23 следует соединить с трубопроводом 7 буровой колонны далее по ходу от ограничения потока.
Следует иметь в виду, что схема с гидравлическим двигателем, описанная применительно к фиг. 8,
может быть смонтирована в буровой колонне таким же образом, как показано на фиг. 7. Преимущество
описанных выше схем с гидравлическим двигателем заключается в том, что приводная жидкость может
быть полностью оптимизирована для приведения в действие гидравлического двигателя 1, а буровой
-8-
009204
раствор может быть полностью оптимизирован для использования в качестве буровой текучей среды.
Чувствительные механизмы, такие как дроссель 46 и приводной механизм в гидравлическом двигателе 1,
не подвержены жестким условиям, создаваемым проходящим буровым раствором.
В случае описанной системы гидравлического двигателя давление находящейся под давлением рабочей текучей среды будет передано приводной жидкости в вытеснительном резервуаре, а затем будет
использовано для приведения в действие гидравлического двигателя. Таким образом, приводная жидкость может быть оптимизирована для выполнения своей задачи приведения в действие гидравлического
двигателя независимо от специальных требований, предъявляемых к рабочей текучей среде. Например,
может быть использовано чистое масло для гидравлических систем, не содержащее эрозионных твердых
частиц, которое неприемлемо в качестве бурового раствора, но весьма пригодно для приведения в действие гидравлического двигателя.
Другое преимущество схемы с гидравлическим двигателем согласно изобретению заключается в
том, что она может быть приведена в действие посредством использования газообразной рабочей текучей среды, даже если для гидравлического двигателя требуется жидкая приводная текучая среда.
Для предотвращения загрязнения приводной жидкости рабочей текучей средой, в вытеснительных
резервуарах 10, 20 обеспечивают подвижную стенку 15, 25, разделяющую две камеры 16, 17 и 26, 27 в
каждом из вытеснительных резервуаров 10, 20. Первые камеры 16 и 26 предназначены для захождения и
удерживания рабочей текучей среды, а вторые камеры 17, 27 предназначены для захождения и удерживания приводной жидкости. Подвижная стенка 15, 25 может быть выполнена в виде поршневого средства, которое с возможностью скольжения устанавливают в цилиндрической расточке, которая для прохождения текучей среды сообщена с первой и второй камерами в рассматриваемом вытеснительном резервуаре.
Как вариант, подвижная стенка 15, 25 может быть выполнена в форме гибкой мембраны, например,
резиновой мембраны.
Для избежания блокирования подводов к камерам подвижной стенкой в результате принудительной
подачи стенки в камеру посредством нагрузки, действующей в камере, одна или обе камеры могут быть
обеспечены пористым участком для гарантии того, что подводы будут сообщены со значительным объемом внутри камер. Такой пористый участок, например, может быть выполнен в форме выступающих
внутрь ребер на внутренних стенках камер, либо в форме материала, подобного гибкой губке.
В предпочтительных вариантах осуществления конструкции в вытеснительной системе находится
предварительно заданное постоянное количество приводной жидкости. Чтобы избежать проблемы блокирования в камере с рабочей текучей средой, можно обеспечить дополнительный объем в камере для
рабочей текучей среды, так чтобы определенное количество рабочей текучей среды оставалось в вытеснительном резервуаре в том случае, когда в этом резервуаре находится максимальное количество приводной жидкости.
Системы гидравлического двигателя, показанные на фиг. 6 и 8, выполнены с возможностью периодического действия гидравлического двигателя 1 в течение ограниченных периодов времени, максимальная продолжительность которых будет определена объемом, который может поступать в вытеснительные резервуары для обмена приводной жидкости. Системы гидравлического двигателя также весьма
приемлемы для воздействия качания частоты на гидравлический двигатель 1 посредством постепенного
открывания дросселя 46.
Квазинепрерывная работа гидравлического двигателя 1 будет обеспечена в варианте согласно фиг.
6 посредством соответствующего согласованного переключения клапанов 331, 231, 341 и 241, при условии, что гидравлический двигатель 1 обладает достаточной инерцией для перекрытия времени переключения.
Для более непрерывной работы схема с гидравлическим двигателем согласно фиг. 6 может быть
изменена путем создания по меньшей мере трех, а предпочтительно по меньшей мере четырех вытеснительных резервуаров с компоновкой по типу «циклической звезды», посредством чего вытеснительные
резервуары, например, совершают свои циклы с фиксированными разностями фаз.
Цикл может быть выполнен вновь и вновь, и при этом может быть сохранен непрерывный поток
приводной жидкости через гидравлический двигатель.
На фиг. 9 схематически показан предпочтительный вариант осуществления системы гидравлического двигателя в виде переводника буровой колонны, который может представлять собой участок буровой колонны. Первый и второй вытеснительные резервуары 10, 20 расположены ближе по ходу и далее
по ходу от узла 300, содержащего гидравлический двигатель. Вытеснительному резервуару придана
форма в виде тора вокруг расположенного по центру канала 71 для бурового раствора. Цилиндрические
мембраны 15, 25 отделяют соответствующие камеры 16, 26 для рабочей текучей среды, такой как буровой раствор, от камер 17, 27 для приводной жидкости, такой как масло для гидравлических систем. В
этом примере наружные камеры 16, 26 служат в качестве камер для рабочей текучей среды, а внутренние
камеры 17, 27 в качестве камер для приводной жидкости, но если желательно, в ином случае они могут
иметь обратное предназначение.
Камеры 201-204 обеспечены для размещения необходимых клапанных средств и, как вариант, дру-9-
009204
гих средств, таких как электронные средства управления и батареи для снабжения энергией электронных
средств управления, и, как вариант, также для снабжения энергией клапанов.
На фиг. 10 представлен подробный вариант осуществления торообразного вытеснительного резервуара 10. Этот вариант также приемлем для вытеснительного резервуара 20. В этом варианте вытеснительный резервуар расположен внутри наружной трубы 79, которая расположена между крышкой 75 со
стороны бурового раствора и крышкой 85 со стороны приводной жидкости. Крышка 75 обеспечена каналом 76 подачи/выпуска, который предназначен для подачи и выпуска рабочей текучей среды в виде бурового раствора, а крышка 85 обеспечена каналом 86 подачи/выпуска, который предназначен для подачи
и выпуска приводной жидкости. Каналы 76 и 86 подачи/выпуска соответствуют линиям 12 и 22, которые
схематически показаны на фиг. 6 и 8.
К соответствующим крышкам 75 и 85 подсоединены подкладки 72 и 82 мембраны, которые соединены с помощью средств 77 и 87 крепления. Крышки 75 и 85, и подкладки 72, 82 мембраны выполнены с
центральной расточкой, которая для прохождения текучей среды соединена с центральной трубой 74,
чтобы сформировать расположенный по центру канал 71 для бурового раствора, который обходит вытеснительные резервуары.
Мембрана 15 зажата между подкладками 72, 82 и соответствующими зажимными кольцами 73 и 83,
которые соединены с их подкладками 72, 82 с помощью средств 78 и 88 крепления, так что мембрана 15
будет удержана между подкладками 72, 82 и соответствующими зажимными кольцами 73, 83. Подкладки
72, 82 мембраны и/или зажимные кольца 73, 83 предпочтительно обеспечены волнистыми зажимными
поверхностями для крепления мембраны 15 в осевом направлении.
Камера 16 для рабочей текучей среды сформирована посредством кольцевого пространства, образуемого между наружной трубой 79 и мембраной 15, а камера 17 для приводной жидкости сформирована
посредством кольцевого пространства, образуемого между внутренней трубой 74 и мембраной 15. Зажимное кольцо 73 со стороны бурового раствора снабжено каналом 70, который для возможности прохождения текучей среды соединяет камеру 16 для рабочей текучей среды с каналом 76 подачи/выпуска.
Канал 70 может быть выполнен в форме расточки, но в варианте осуществления конструкции согласно
фиг. 10 он выполнен в форме канавки во внешней периферии зажимного кольца 73, и эта канавка совместно с наружной трубой 79 формирует канал 70.
Подобным же образом, подкладка 85 мембраны со стороны рабочей текучей среды обеспечена каналом 80, который для возможности прохождения текучей среды соединяет камеру 17 для приводной
жидкости с каналом 86 подачи/выпуска.
Наружная стенка внутренней трубы 74 обеспечена кольцевыми канавками, чтобы избежать полного
контактирования мембраны 15 с внутренней трубой и, следовательно, блокирования канала 80. В камере
16 для рабочей текучей среды имеется дополнительный объем по сравнению с объемом приводной жидкости, который может быть подан в камеру 17 для приводной жидкости при нормальной работе для избежания блокирования канала 70 мембраной 15.
Как показано на фиг. 9 и 10, в случае практического примера наружный диаметр D1 стабилизирующих прокладок 121 на участке буровой трубы может составлять 215 мм, что приемлемо для так называемой скважины 8 1/2". Диаметр D2 канала 71 для буровой текучей среды может составлять 38 мм
(соответствует 1 1/2", а наружный диаметр D3 наружной трубы 79 может составлять 170 мм (соответствует 6 3/4"). Если допустить, что осевая длина L1 составляет порядка 1 м, то будет иметь место пространство для размещения приблизительно 10 л приводной жидкости с целью обмена между вытеснительными резервуарами 10 и 20. Если, кроме того, допустить, что имеется разность давлений порядка 80 бар
между местом подачи рабочей текучей среды и местом выпуска рабочей текучей среды, которая реальна
для бурового раствора при выполнении подземной буровой операции, а поток составляет порядка 1 л в
секунду, то такое устройство с гидравлическим двигателем будет способно подводить мощность 7,8 кВт
при продолжительности порядка 10 с. За это время должны быть получены приемлемые сейсмические
параметры.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Сейсмический источник для использования в буровой скважине, содержащий исполнительный
механизм, имеющий вращательную часть и возвратно-поступательную часть, преобразующее средство
для преобразования вращения вращательной части в возвратно-поступательное движение возвратнопоступательной части, и корпус вибратора, который соединен с возвратно-поступательной частью исполнительного механизма посредством пружины.
2. Сейсмический источник по п.1, в котором вращательная часть и возвратно-поступательная часть
связаны по частоте.
3. Сейсмический источник по п.1 или 2, в котором преобразующее средство содержит механическое
средство взаимодействия, предназначенное для механического преобразования вращения вращательной
части в возвратно-поступательное движение возвратно-поступательной части.
4. Сейсмический источник по п.3, в котором механическое средство взаимодействия содержит пер- 10 -
009204
вую и вторую волнистые соединительные поверхности, обеспеченные на вращательной части и на возвратно-поступательной части, при этом первая и вторая соединительные поверхности установлены с
возможностью скольжения по отношению друг к другу.
5. Сейсмический источник по п.4, в котором обеспечено инжекционное средство для нагнетания
функциональной текучей среды между первой и второй волнистыми соединительными поверхностями.
6. Сейсмический источник по п.5, в котором инжекционное средство предназначено для нагнетания
функциональной текучей среды вблизи от центра вращения вращательной части.
7. Сейсмический источник по п.5 или 6, в котором инжекционное средство содержит обводной трубопровод рециркуляции функциональной текучей среды, предназначенный для засасывания функциональной текучей среды, после того как выполнено ее нагнетание, и для повторного нагнетания всасываемой функциональной текучей среды вблизи от центра вращения.
8. Сейсмический источник по п.7, в котором обводной трубопровод рециркуляции приводят в действие посредством разности давлений, получаемой вследствие центробежного действия, оказываемого на
функциональную текучую среду при вращении вращательной части.
9. Сейсмический источник по любому одному из пп.4-8, в котором первая и вторая волнистые соединительные поверхности имеют разные по отношению друг к другу волнистые профили.
10. Сейсмический источник по любому одному из предшествующих пунктов, в котором вращательную часть удерживают подшипниковые средства, при этом подшипниковые средства предпочтительно
содержат первый и второй алмазосодержащие поверхностные слои, которые могут контактировать друг с
другом с возможностью скольжения.
11. Сейсмический источник по п.10 и по любому одному из пп.7-9, в котором подшипниковые средства расположены в обводном трубопроводе рециркуляции.
12. Сейсмический источник по любому одному из пп.4-11, в котором пружина обладает жесткостью, достаточно высокой для обеспечения контактирования со скольжением между волнистыми соединительными поверхностями.
13. Сейсмический источник по любому одному из предшествующих пунктов, содержащий средство
регулирования для изменения жесткости пружины.
14. Сейсмический источник по п.13, в котором средство регулирования можно контролировать в ответ на частоту возвратно-поступательного движения возвратно-поступательной части.
15. Сейсмический источник по любому одному из предшествующих пунктов, в котором пружина
содержит камеру давления, заполненную жидкостью, при этом относительное движение возвратнопоступательной части по отношению к корпусу вибратора вызывает сжатие или декомпрессию жидкости.
16. Сейсмический источник по п.15, в котором камера давления соединена с отводом высокого давления гидравлического насоса для управления базовым давлением жидкости внутри камеры давления.
17. Сейсмический источник по любому одному из предшествующих пунктов, предназначенный для
использования в подповерхностной буровой скважине.
18. Сейсмический источник по п.17, в котором корпус вибратора предназначен для вхождения в
контакт с буровой скважиной.
19. Сейсмический источник по любому одному из предшествующих пунктов, в котором преобразующее средство способно преобразовывать вращение вращательной части в возвратно-поступательное
движение возвратно-поступательной части, частота возвратно-поступательного движения которой составляет выше 9 Гц, предпочтительно выше 90 Гц, а более предпочтительно выше 0,9 кГц.
20. Сейсмический источник по любому одному из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий приводное средство для вращения вращательной части, предпочтительно содержащее гидравлический двигатель.
21. Способ генерации сейсмической волны в формации для использования в буровой скважине, при
котором приводят в действие исполнительный механизм, причем приведение в действие исполнительного механизма содержит приведение вращательной части во вращательное движение и преобразование
вращательного движения в возвратно-поступательное движение возвратно-поступательной части, а также передачу энергии возвратно-поступательного движения к формации через пружину.
22. Способ по п.21, при котором частоту вращательного движения подвергают качанию, при этом
частота вращения будет непрерывно изменяться.
- 11 -
009204
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
- 12 -
009204
Фиг. 4
Фиг. 5
- 13 -
009204
Фиг. 6
Фиг. 7
- 14 -
009204
Фиг. 8
Фиг. 9
- 15 -
009204
Фиг. 10
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 16 -