專利名稱:井下電磁震源的制作方法
本發(fā)明涉及一種井下地震能源，這種震源是以電磁方法來產(chǎn)生用于地球物理勘探所需的震波。
在地球物理勘探中，通常是在地表面上使用震源，隨著垂直地震剖面測量(VSP)和交叉測井技術(shù)的發(fā)展，對井下震源的需求增加了。井下震源使得垂直地震剖面測量和交叉測井測量成為現(xiàn)實(shí)。然而，井下震源是不常用的，因?yàn)樗鼈兊纳疃群皖l率范圍有限，而且通常功率低，或者會(huì)造成破壞。
由于設(shè)計(jì)上受到震源置于井筒下的限制，現(xiàn)時(shí)尚沒有滿足要求的井下震源。井下震源的大小受井筒尺寸的限制。典型井下儀器的直徑不得超過約12.5厘米(約5英寸)。震源還必須能耐受在地面下6000米(約20000英尺)深處所遇到的溫度、壓力和流體。必須要有足夠的能量從地面?zhèn)魉徒o震源，或者震源本身應(yīng)攜帶能源。震源應(yīng)產(chǎn)生1000到1800牛頓之間的力，從而建立起震波，而這些震波可以從另一口井中或從離井所希橫向距離的地表面處檢測到。井下震源必須是可控的，并能改變所產(chǎn)生的頻率。極為重要的是井下震源應(yīng)能完成上述這些功能而不使井受損。
本發(fā)明是一種井下震源，它包括一個(gè)外罩、一個(gè)把外罩牢固地夾持在井筒內(nèi)的裝置、以及一個(gè)直線電磁激勵(lì)器。此激勵(lì)器有著一個(gè)由附著在外罩上的多匝線圖所組成的銜鐵繞組。一個(gè)由磁性材料，例如鐵，構(gòu)成的反作用塊，它靠近銜鐵繞組並與之同軸地、可滑動(dòng)地安放;當(dāng)線圈中通有電流時(shí)，此反作用塊震動(dòng)。此反作用塊有一圓柱形的內(nèi)芯，內(nèi)芯最好基本上由稀土永磁材料所構(gòu)成，反作用塊安放在銜鐵繞組內(nèi)并可滑動(dòng)，一個(gè)圓筒形的外芯同軸地安放在銜鐵繞組外面，并且要不是固定在外罩上就是固定在內(nèi)芯上。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)使震動(dòng)器單元的小型化成為可能，這種震動(dòng)器可以安裝在一鉆孔下，并可獲得1000至18000牛頓間的力。這樣大小的力比迄今為止可供利用設(shè)備產(chǎn)生的力大幾個(gè)數(shù)量級。本發(fā)明產(chǎn)生了可檢測的地震波，那就是，傳送入地層內(nèi)的波能夠由安裝在井筒自身內(nèi)、地面上或鄰近井筒內(nèi)的一些傳感器所檢測到。本發(fā)明使得交叉測井測量和垂直地震剖面測量在已有油田鉆井中的實(shí)用成為可能。在裝備了運(yùn)動(dòng)傳感器后，本發(fā)明還可象井下地震測量儀那樣工作。震動(dòng)器的能量可以用已有技術(shù)以電的方式向井下提供來獲得。本發(fā)明可產(chǎn)生頻率范圍為10-1500赫芝的震波，這比用現(xiàn)有的氣動(dòng)井下震動(dòng)器所產(chǎn)生的頻率范圍要高得多。
圖1示出了在鉆井剖視圖內(nèi)的一個(gè)井下震源的實(shí)施方案;
圖2示出了沿圖1中的2-2線剖開后井下震源的頂視略圖;
圖3示出了在鉆井剖視圖內(nèi)的另一個(gè)井下震源的實(shí)施方案的略圖;
圖4示出了沿圖3中的4-4線剖開后圖3實(shí)施方案的頂視略圖;
圖5示出了另一種直線電磁激勵(lì)器;
圖5A示出了沿圖5中5A-5A線剖開后圖5激勵(lì)器的頂視略圖;
圖6示出了具有水平取向的直線激勵(lì)器的另一種井下震源的略圖;
圖7示出了用井下震源的三維垂直地震剖面測量法;
圖8示出了用井下震源的交叉測井層析法(Cross borehole tomography);
圖9是用黃色炸藥、氣槍和震動(dòng)器的井下震源對井孔產(chǎn)生的應(yīng)力的比較圖;
圖10是用黃色炸藥、氣槍和震動(dòng)器的井下震源所產(chǎn)生的有效能量的比較圖。
參考這些附圖，本發(fā)明各種各樣的制作方法和裝置的具體實(shí)施方案將得到更為清楚的解說。圖1示出位于地層100內(nèi)的一個(gè)井下震源20，地層100被井筒10所穿透，井筒10是用套管(未示出)澆注水泥定位而成的。帶有纜索29的震源20下沉入井筒10內(nèi)。
震源20包括一合適的夾持裝置，來把震源連接到井筒內(nèi)一預(yù)定位置處。此夾持裝置應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)至少大于震源20在工作期間產(chǎn)生的輸出力的力，此力應(yīng)大致為所產(chǎn)生震動(dòng)力的兩倍，但無論如何不得超過折斷或破壞套管或鉆井襯砌、或損害水泥所需的力。在圖1和斷面圖2中所示用以把震源20牢固地連接到鉆井的夾持裝置是一種液壓夾持裝置60，它包括由板66a、66b、66c和66d連接起來的液壓活塞64a、64b、64c、64d、64e、64f、64g和64h。在夾持裝置工作和響應(yīng)于一個(gè)從地表面來的信號期間，電動(dòng)機(jī)52驅(qū)動(dòng)液壓泵54?？刂崎y56是這樣動(dòng)作的，以致液壓流體加壓于活塞64a-64h，強(qiáng)迫它們向外移動(dòng)，從而使板66a-66d與井筒10嚙合。另一種方案是作為纜索29一部分的一條液壓管線(未示出)可以從地面加壓，以驅(qū)動(dòng)活塞64a-64h。這樣改變液壓源的另一種方案應(yīng)用于淺井，證明更為方便。
板66a-66d的表面可以制成鋸齒形或開槽，以便在震動(dòng)器表面和井筒壁之間提供附加的摩擦力。夾持板66a-66d和井筒壁接觸時(shí)，這些鋸齒產(chǎn)生非常大的點(diǎn)壓力，從而使滑動(dòng)消除或減至最小。
利用任何合適的裝置，諸如螺栓連接、焊接和其它類似方法，把一個(gè)電磁直線激勵(lì)器裝置30連接到外罩32上。激勵(lì)器30包括一個(gè)圓筒形的殼體34，它的外部附著于外罩32上，而它的內(nèi)部可以由磁性材料構(gòu)成。由多匝線圈組成的銜鐵繞組38附著于圓筒形殼體34的內(nèi)部。內(nèi)芯反作用塊42可滑動(dòng)地安置在銜鐵繞組38的內(nèi)部。內(nèi)芯反作用塊42也基本上是由諸如鐵或鐵合金或永磁材料那樣的磁性材料所構(gòu)成。為了得到較大的力，可以利用諸如釤鈷或釹鐵硼那樣的稀土永磁材料來制作反作用塊42或殼體34?？梢灶A(yù)料，反作用塊42將基本上用有著剩余磁場至少為0.9特斯拉的永磁材料，例如稀土永磁材料來制成。反作用塊42有一中心軸40，中心軸40為了機(jī)械的限制可以用不銹鋼制成，并準(zhǔn)直地插在縱向軸瓦44a-44b內(nèi)。反作用塊42可以用剛性系數(shù)可變的彈簧46a和46b來支撐，以平衡反作用塊42的重量。
還可想象，銜鐵繞組38可以附著于反作用塊42上，而不是附著于外殼體34上。在這種設(shè)計(jì)中，外殼體34可用稀土永磁材料制成，而銜鐵繞組38會(huì)成為可動(dòng)反作用塊42的一部分。
銜鐵繞組38的多匝線圈是設(shè)計(jì)成使反作用塊42平行于井筒10震動(dòng)。舉例來說，因?yàn)榈湫偷你@孔是垂直取向的，所以反作用塊42也將在垂直方向震動(dòng)。這樣一種運(yùn)動(dòng)將把力傳遞入地層100內(nèi)，在水平方向產(chǎn)生垂直的剪切波(Sv波)，而從垂直方向到接近垂直(離垂直方向0-45°)方向上產(chǎn)生壓縮波(P波)。
激勵(lì)器30的內(nèi)芯反作用塊42的質(zhì)量約為100公斤，長度約1米，以達(dá)到超過1000牛頓的力?？梢灶A(yù)見，長度為2米的較長的反作用塊會(huì)提供出較大的力，或優(yōu)越的震動(dòng)器特性。本發(fā)明的設(shè)計(jì)能達(dá)到大至18000牛頓的力。
圖1的井下震源20還包括用可擴(kuò)張的保護(hù)套76而固定在井筒壁10上的運(yùn)動(dòng)傳感器78。傳感器78是設(shè)計(jì)用來檢測井筒壁10的震動(dòng)的震動(dòng)傳感器，諸如加速度計(jì)或地音探測器。用隔音器70把傳感器78與震源其它部分進(jìn)行震動(dòng)隔離。
震源20內(nèi)也可包括未和直線激勵(lì)器30隔離的、附加的運(yùn)動(dòng)傳感器(未示出)。比較來自隔離傳感器78和非隔離傳感器的信號，就可得到夾持有效性和在地層內(nèi)能量傳遞的信息。
密封電子部件72接收從地面來的命令信號并控制震源的各個(gè)部件。此密封電子部件72還接收來自運(yùn)動(dòng)傳感器78的信號并把它們傳送到地面。最好用隔聲器70把密封電子部件72與激勵(lì)器30隔離開來，使靈敏的電子儀器免受震動(dòng)的損害。把密封電子部件放在保護(hù)套76和運(yùn)動(dòng)傳感器78下，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的震動(dòng)保護(hù)。
另一方面，單個(gè)震源內(nèi)也可包括二個(gè)或更多個(gè)互相串聯(lián)的復(fù)合激勵(lì)器。圖3示出了另一種電磁震源的實(shí)施方案，電磁震源120有著兩個(gè)直線電磁激勵(lì)器130和230。雖然從圖中不能識(shí)別激勵(lì)器130和230的細(xì)節(jié)，但從各方面來說，它們的設(shè)計(jì)是和圖1中的激勵(lì)器30的設(shè)計(jì)相同的。用纜索129把震源120向下放入井筒10a內(nèi)。圖3和4還示出另一種夾持裝置160，它有單板166和活塞164a及164b;活塞164a及164b推動(dòng)單板166，使之與井筒10a接觸，并推動(dòng)震源120的外罩132使之頂著井筒10a中與上述一面相對的一面。外罩132是在它的接觸凸緣132a和132b處和井筒10a相接觸的。
圖3還示出了用附加的第二夾持裝置260的另一實(shí)施方案，此附加的第二夾持裝置260增加了震源120夾持的穩(wěn)定性。板266由活塞264a和264b所推動(dòng)，而此時(shí)第一夾持裝置160的板166被活塞164a和164b所驅(qū)動(dòng)。接著，夾持裝置160和260推動(dòng)外罩132，使之頂著井筒10a的相對的另一面，把震源120牢固地連接在井筒10a內(nèi)。
接觸板166和266以及接觸凸緣132a和132b的表面可以制成鋸齒形或開槽，以改善這些面和井筒10a之間的摩擦接觸。
圖5和5A示出了用于本發(fā)明的直線電磁激勵(lì)器的較佳實(shí)施方案。圖5中的激勵(lì)器430比圖1中壓縮了外形尺寸的激勵(lì)器30更接近實(shí)際激勵(lì)器的長寬比。圖5示出了由附著在外罩432上的多匝線圈組成的銜鐵繞組438。銜鐵繞組438環(huán)繞中心軸成圓筒形。環(huán)繞著銜鐵繞組438以及在它的里面都是反作用塊431，反作用塊431包括中心軸440、內(nèi)芯442a和442b以及外芯434a和434b。中心軸440和銜鐵繞組438同軸放置。中心軸440可沿著它的長度方向滑動(dòng)。圓筒形內(nèi)芯442a和442b附著在中心軸440上，并同軸地位于銜鐵繞組438和中心軸440之間。外芯434a和434b也和中心軸440相連，并同軸地位于銜鐵繞組438的外面。橋接裝置435跨過銜鐵繞組438的線圈，把外芯434a和434b連接到中心軸440。內(nèi)芯442a和442b以及外芯434a和434b都用諸如鐵或鐵合金、或永磁材料那樣的導(dǎo)磁材料所構(gòu)成。為了獲得較大的力，或許需要用具有至少0.8特斯拉或更大剩余磁場的永磁材料。最好剩磁為0.9特斯拉或更高?？梢杂弥T如釤鈷或釹鐵硼那樣的稀土永磁材料。
如果因機(jī)械特性的需要，中心軸440可用不銹鋼制成，並準(zhǔn)直地裝在縱向軸瓦444a和444b內(nèi)。反作用塊431可由剛性系數(shù)可變的彈簧446a和446b支撐。
可以預(yù)計(jì)，最佳激勵(lì)器含有幾種可行的設(shè)計(jì)。圖5示出了兩種較佳設(shè)計(jì)。第一種方案的內(nèi)芯442a和442b基本上由稀土永磁材料制成。明確地說，內(nèi)芯的外面部分442b由稀土永磁材料構(gòu)成，而內(nèi)芯的里面部分442a以及外芯434a和434b由諸如鐵或鐵合金那樣的磁性材料構(gòu)成(此處不用永磁材料)。
這樣一種最佳設(shè)計(jì)對環(huán)繞銜鐵繞組438的磁場提供了一條完整的通路，有效地利用了稀土永磁材料的優(yōu)越的磁特性。內(nèi)芯的外面部分442b是一層在銜鐵繞組438旁的稀土永磁材料，它對銜鐵繞組438所產(chǎn)生的磁場作出反應(yīng)。由鐵構(gòu)成的內(nèi)芯的里面部分442a提供一條在銜鐵繞組438內(nèi)部、沿著反作用塊431的中心的磁通路。也是由鐵構(gòu)成的外芯434a和434b提供一條在銜鐵繞組438外部的磁場通路。
第二個(gè)較佳方案是外芯434a和434b基本上由稀土永磁材料構(gòu)成。明確地說，外芯的里面部分434b由稀土永磁材料構(gòu)成，而外芯的外面部分434a以及內(nèi)芯442a和442b由諸如鐵或鐵合金那樣的磁性材料(非永磁材料)構(gòu)成。
還可預(yù)期，銜鐵繞組438成為可動(dòng)反作用塊的一部分並固定于軸440上。磁場仍然通過內(nèi)芯442a和442b以及外芯434a和434b，但它們將和外罩432而不是和軸440相固定。
在所有上述實(shí)施方案中均有一與磁性材料相作用的電磁銜鐵繞組。還可以想象，激勵(lì)器可以由附著在外罩上的電磁線圈和在反作用塊內(nèi)的線圈所構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)或許受所產(chǎn)生的熱的限制?；蛟S需要用井下冷卻，例如浸入液氮內(nèi)。由于尺寸的限制，有可能要用超導(dǎo)體。如果通過努力完成工程上的一些細(xì)節(jié)，則產(chǎn)生超級磁鐵的超導(dǎo)方法是可行的。
有一些場合，地球物理學(xué)家希望震源產(chǎn)生水平剪切波(SH波)。銜鐵繞組(圖1所示)的多匝線圈可設(shè)計(jì)成對內(nèi)芯反作用塊42產(chǎn)生扭力，從而使反作用塊旋轉(zhuǎn)。用交替地變換電流方向的方法，反作用塊42可以相對于軸40的縱軸作扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀的震動(dòng)。這樣一種運(yùn)動(dòng)將在地層100內(nèi)產(chǎn)生水平剪切波(SH波)。圖5的銜鐵繞組438也類似地可適用于提供扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
有些場合需要壓縮波(P波)。圖6示出了另一種能產(chǎn)生水平加速度的直線電磁激勵(lì)器330。一系列小的激勵(lì)器330a、330b和330c垂直于井筒10排列，相對于垂直井筒來說，它們是在水平方向的。激勵(lì)器330a-330c包括圓筒形殼體334a-334c，這些殼體的外部附著在外罩332上，而內(nèi)部基本上由導(dǎo)磁材料組成。包括了多匝線圈的銜鐵繞組338a-338c固定在殼體334a-334c的內(nèi)部。反作用塊342a-342c由導(dǎo)磁材料構(gòu)成，并有著準(zhǔn)直地安放在直線軸瓦344a-344c內(nèi)的軸340a-340c。反作用塊342a-342c由剛性系數(shù)可變的彈簧346a-346c所支撐，以平衡反作用塊342a-342c的重量并改善其慣性特性。雖然圖6只示出了三個(gè)激勵(lì)器(330a-330c)，但可以設(shè)想在單個(gè)震源內(nèi)也可以設(shè)置其它數(shù)目的激勵(lì)器。因?yàn)閳D1所示的垂直取向的激勵(lì)器的長度約為1米，所以可看出圖6中水平取向的震源需要10個(gè)或更多個(gè)類似于激勵(lì)器330a那樣的激勵(lì)器。圖5中的激勵(lì)器430也類似地適用于水平取向。
舉例來說，在典型的垂直井筒中，反作用塊342a-342c在垂直于此井筒的水平方向震動(dòng)。這樣一種運(yùn)動(dòng)將把力傳入地層，在水平方向產(chǎn)生壓縮波(P波)，而在從垂直方向到接近垂直方向(離垂直方向0-45°)產(chǎn)生垂直剪切波(SV波)。
當(dāng)激勵(lì)器象圖6中激勵(lì)器330a-330c那樣垂直地取向時(shí)，可以看出需要雙夾持裝置(如圖3中所示)，這些激勵(lì)器位于兩夾持裝置之間(如圖3中激勵(lì)器230那樣相同的位置)。還可預(yù)料，有可能需要改變液壓驅(qū)動(dòng)凸緣夾持裝置的設(shè)計(jì)。當(dāng)激勵(lì)器的震動(dòng)運(yùn)動(dòng)象垂直于井筒取向的激勵(lì)器場合那樣，是在夾具驅(qū)動(dòng)器的同一方向，則會(huì)產(chǎn)生一特殊問題。夾具驅(qū)動(dòng)器充滿流體的活塞起著震動(dòng)吸收器的作用，以畸變或吸收打算傳入地層的能量。另一種夾具設(shè)計(jì)會(huì)是較佳的，例如用一液壓活塞或機(jī)械的螺旋驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)一個(gè)平行于井筒的驅(qū)動(dòng)楔，此驅(qū)動(dòng)楔轉(zhuǎn)而驅(qū)動(dòng)一些接觸楔，使之和井筒接觸，這些接觸楔在驅(qū)動(dòng)楔的外面，有燕尾槽與之相連。這樣一種楔形夾持設(shè)計(jì)不光是依靠在震動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向的液體壓力來固定此夾具。
本發(fā)明至關(guān)重要之處在于直線激勵(lì)器要體積小、功率大。例如，參閱圖1，反作用塊42基本上是用稀土永磁材料，諸如釤鈷或釹鐵硼構(gòu)成。另一方面，反作用塊42也可用鐵或鐵合金并覆以薄的稀土永磁材料層來制成。
這樣的一些直線激勵(lì)器可以從合適的電動(dòng)機(jī)制造廠商那里得到。例如，通用電氣(General Electric)公司設(shè)計(jì)用于汽車窗子的電動(dòng)機(jī)，這些馬達(dá)必須使用稀土永久磁鐵，以實(shí)現(xiàn)足夠的輸出功率而又能裝在車門內(nèi)。向電動(dòng)機(jī)制造廠商提出適當(dāng)?shù)囊?guī)格，就可能獲得所希的激勵(lì)器。這些廠商諸如俄亥俄州坎頓的哈蒙公司(Hamon Company，Canton，Ohio)或紐約長島的索恩斯伯斯公司(Sonceboz Corp.，Plainview，Long Island，NY)。例如，可以對一個(gè)直線電磁激勵(lì)器定出如下規(guī)格直徑不超過約10厘米(約4英寸)，長度為1.5-2米，以產(chǎn)生足夠大的磁場來加速反作用塊，從而產(chǎn)生大到和超過6000牛頓的力。
圖7示出了用井下震源30工作的垂直地震剖面測量法(VSP)的三維局部剖視圖。通過使用井下震源30來產(chǎn)生地震波，以及沿著連接到記錄車600的地音探測器線650a-650d設(shè)置的在地面上的許多地震檢測器675，就能容易和快速地完成垂直地震剖面測量。測井車200把在纜索29上的震源30向下沉入鉆井500內(nèi)。震源30工作產(chǎn)生所希震波，即SV波、P波或SH波，而此時(shí)地音探測器記錄下直接的和反射的震波(1000/2000)。因?yàn)榈卣饳z測器不必下降到鉆井下的環(huán)境內(nèi)，并且可以利用一廣闊的地面地音探測器陣列，所以可以迅速而有效地完成地層剖面測量。
圖8示出用一井下震源30來完成交叉測井層析。在交叉測井層析中，測井車200a向第一井400a內(nèi)沉入至少一個(gè)或多個(gè)震源30。這些震源產(chǎn)生所希的震波，即SV波、SH波或P波，這些波向外進(jìn)入地層100，傳向至少一個(gè)接收井400b。井400b內(nèi)懸掛有地音探測器450a-450n，這些檢測器連接到地面上的記錄車600a。當(dāng)在井400a內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)震源30發(fā)出震波時(shí)，這些震波被在井400b內(nèi)的接收器450a-450n所接收，從而產(chǎn)生一個(gè)在井400a和400b之間的地質(zhì)構(gòu)造的相對地震圖。因?yàn)轱L(fēng)化層通常會(huì)衰減在地面上產(chǎn)生的地震波，所以由于衰減問題，對于頻率高于約100赫芝就不能用地面到井的層析測量。當(dāng)然，因?yàn)檎鸩ǖ牟ㄩL愈長，頻率愈低，讀數(shù)愈粗，從而分辨率愈低。根據(jù)圖8，應(yīng)用本發(fā)明的井下震源，使產(chǎn)生較高頻率的震波成為可能，即頻率高于100赫芝，這樣，就提高了分辨率并使視場變窄，以致在一給定的地層內(nèi)可以觀測愈來愈小的區(qū)域。這種技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)油層相對薄，以致難以獲得有關(guān)信息處是極有價(jià)值的。這種技術(shù)還可用來檢測準(zhǔn)備選作儲(chǔ)存高放射性核廢料的巖石塊體中的破裂帶，或監(jiān)視已經(jīng)放入巖石塊體內(nèi)的高放射性核廢料的熱負(fù)載。
圖9和圖10是比較幾種井下震源對井筒產(chǎn)生的應(yīng)力以及有效能量的圖。明確地說，這些震源是500克(1.1磅)黃色炸藥，655立方厘米(40立方英寸)的空氣槍，以及有著18000牛頓(4000磅)力輸出的震動(dòng)器。這些圖示出震動(dòng)器可以得到高的有效能量和低的井筒應(yīng)力。震動(dòng)器在井筒內(nèi)感生出10磅/平方英寸的應(yīng)力，只是根據(jù)美國石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(API RP2A，1984年10月22日)所建議在套筒水泥界面處最大允許感生應(yīng)力的一半。
在圖1中所示的運(yùn)動(dòng)傳感器78還能使本發(fā)明用作井下地震測井儀。由激勵(lì)器30產(chǎn)生的地震震動(dòng)進(jìn)入地層100，并從那里反射或折射回來，隨后被傳感器78檢測到。傳感器78被隔離裝置隔離掉來自儀器的震動(dòng)。分析檢測到的信號，就可推導(dǎo)出環(huán)繞井筒的有關(guān)地層的信息。大部分的地面地震記錄是在10至200赫芝頻率范圍內(nèi)的。本發(fā)明的井下震動(dòng)器可以產(chǎn)生與記錄到的來自地面震源信號相同頻率的地震信號。用與地面產(chǎn)生地震數(shù)據(jù)相同的頻率，借助于本發(fā)明所獲得的測井記錄，比用工作在高得多頻率下的現(xiàn)有測井儀器所獲得的記錄，與地面產(chǎn)生的地震數(shù)據(jù)有著較好的相關(guān)性。因?yàn)楸景l(fā)明的震源有著較大的功率輸出容量，所以它比現(xiàn)有的儀器有著較好的波的穿透能力。
運(yùn)動(dòng)傳感器78最好用三分量的地音探測器和/或加速度計(jì)。雖然圖1只示出了單個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器密封部件(76和78)，但可看出也能用一系列單獨(dú)耦合的運(yùn)動(dòng)傳感器密封部件。每一傳感器密封部件對其它的地震傳感器密封部件以及震源外罩32都是有聲音隔離的。
本震源可用來完成一個(gè)待批申請中的一些工序，該申請是由比約恩N.J.保羅遜(BJORN N.P.PAULSSON)與本申請同時(shí)提交的，該申請題為“無破壞井下地震震動(dòng)源以及用此震動(dòng)源來獲得有關(guān)地層構(gòu)造信息的方法”(“NONDESTRUCTIVE DOWNHOLE SEISMIC VIBRATOR SOURCE AND PROCESSES OF UTILIZING THE VIBRATOR TO OBTAIN INFORMATION ABOUT GEOLOGIC FORMATIONS”)。所述申請是為參考起見而在此一并指出。
本發(fā)明的描述是參照了一些使用本井下震源的特別優(yōu)選的方法以及此電磁井下地震震動(dòng)源的最佳實(shí)施方案。對所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員是顯而易見的一些變型會(huì)被視作仍屬于本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種井下震源，它包括一個(gè)外置；一個(gè)把所述外罩牢固地與井筒內(nèi)壁相連的夾持裝置；一個(gè)在所述外罩內(nèi)的直線電磁激勵(lì)器，它包括(a)一個(gè)有著內(nèi)部和外部的圓筒形殼體，此外部附著于所述外罩；(b)一個(gè)附著于所述殼體所述內(nèi)部的銜鐵繞組；(c)一個(gè)可滑動(dòng)地配置在所述銜鐵繞組里邊的內(nèi)芯反作用塊，所述反作用基本上是由磁性材料構(gòu)成，并且當(dāng)所述銜鐵繞組被激勵(lì)時(shí)所述反作用塊沿著它長度方向的軸作直線運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源，其中，所述激勵(lì)器能達(dá)到大約超過1000牛頓的力。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源，其中，所述激勵(lì)器能達(dá)到大約在12000到18000牛頓之間的力。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源，其中，所述激勵(lì)器能達(dá)到大約在1000到18000牛頓之間的力。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源，其中，所述磁性材料選自鐵、鐵合金、永磁材料、及這幾種材料的混合體。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的井下震源，其中，所述永磁材料有著至少約為0.9特斯拉的剩余磁場。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5的井下震源，其中，所述永磁材料是一種稀土永磁材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的井下震源，其中，所述稀土永磁材料為釤鈷。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7的井下震源，其中，所述稀土永磁材料為釹鐵硼。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源，其中，所述反作用塊由覆以薄層稀土永磁材料的鐵所組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源，其中，所述殼體的所述內(nèi)部基本上由磁性材料構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源它還包括一個(gè)第二直線電磁激勵(lì)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源，其中，所述激勵(lì)器是平行于井筒取向的，而所述反作用塊沿著它長度方向的軸震動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源，其中，所述激勵(lì)器是平行于井筒取向的，而所述反作用塊可以圍繞著它長度方向的軸旋轉(zhuǎn)，并以扭動(dòng)的方式作扭轉(zhuǎn)震動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源，其中，所述激勵(lì)器垂直于井筒取向，而所述反作用塊沿它長度方向的軸震動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求
12的井下震源，其中，所述激勵(lì)器垂直于井筒取向，并有著一些反作用塊，所述這些反作用塊沿著它們長度方向的軸震動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源，其中，所述震源的直徑小于約12.5厘米，而所述直線激勵(lì)器的長度至少約為1米。
18.根據(jù)權(quán)利要求
1的井下震源，它還包括至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，所述運(yùn)動(dòng)傳感器與所述激勵(lì)器之間有著聲音方面的隔離，并能獨(dú)立地與井筒耦合。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18的井下震源，它還包括一個(gè)無隔離的運(yùn)動(dòng)傳感器，所述無隔離運(yùn)動(dòng)傳感器與所述激勵(lì)器之間有著聲音的耦合。
20.一種井下震源，它包括一個(gè)外罩;一個(gè)把所述外罩牢固地與井筒內(nèi)壁相連的夾持裝置;一個(gè)在所述外罩內(nèi)的直線電磁激勵(lì)器，它包括(a)一個(gè)連接到所述外罩的銜鐵繞組，所述銜鐵繞組具有環(huán)繞著一中心軸的圓筒形狀;(b)一個(gè)反作用塊，它包括(ⅰ)一個(gè)中心軸，它同軸地安置在所述銜鐵繞組的里邊，并適合于沿著長度方向的軸滑動(dòng);(ⅱ)一個(gè)圓筒形內(nèi)芯，它附著于所述中心軸上，并同軸地設(shè)置在所述中心軸和所述銜鐵繞組之間，所述內(nèi)芯基本上由一種第一磁性材料所構(gòu)成;(ⅲ)一個(gè)圓筒形外芯，它連接到所述中心軸，并同軸地設(shè)置在所述銜鐵繞組的外邊，所述外芯基本上由一種第二磁性材料所構(gòu)成;當(dāng)所述銜鐵繞組被激勵(lì)時(shí)，所述反作用塊在一個(gè)第一位置和一個(gè)第二位置之間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述第一和所述第二磁性材料選自鐵、鐵合金、永磁材料、及這幾種材料的混合體。
22.根據(jù)權(quán)利要求
21的井下震源，其中，所述永磁材料有至少約為0.9特斯拉的剩余磁場。
23.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述第一磁性材料是一種有著至少約0.9特斯拉剩余磁場的永磁材料，而所述第二磁性材料是一種非永磁材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述第一磁性材料是一種稀土永磁材料，而所述第二磁性材料是一種非永磁材料。
25.根據(jù)權(quán)利要求
24的井下震源，其中，所述第一稀土永磁材料為釤鈷。
26.根據(jù)權(quán)利要求
24的井下震源，其中，所述第一稀土永磁材料為釹鐵硼。
27.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述第二磁性材料是一種非永磁材料，而所述內(nèi)芯是由一個(gè)內(nèi)部和一個(gè)外部所組成的，所述內(nèi)部由非永磁材料構(gòu)成，所述外部由一種有著至少約0.9特斯拉剩余磁場的永磁材料所構(gòu)成。
28.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述第二磁性材料是一種非永磁材料，而所述內(nèi)芯由一個(gè)內(nèi)部和一個(gè)外部所組成，所述內(nèi)部由非永磁材料構(gòu)成，所述外部由稀土永磁材料構(gòu)成。
29.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述第二磁性材料有一至少約0.9特斯拉的剩余磁場，而所述第一磁性材料是一種非永磁材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述第二磁性材料是一種稀土永磁材料，而所述第一磁性材料是一種非永磁材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求
30的井下震源，其中，所述第二稀土永磁材料為釤鈷。
32.根據(jù)權(quán)利要求
30的井下震源，其中，所述第二稀土永磁材料為釹鐵硼。
33.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述第一磁性材料是一種非永磁材料，而所述外芯由一個(gè)外部和一個(gè)內(nèi)部所組成，所述外部由非永磁材料構(gòu)成，所述內(nèi)部由一種有著至少0.9特斯拉剩余磁場的永磁材料所構(gòu)成。
34.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述第一磁性材料是一種非永磁材料，而所述外芯由一個(gè)外部和一個(gè)內(nèi)部所組成，所述外部由非永磁材料構(gòu)成，所述內(nèi)部由稀土永磁材料構(gòu)成。
35.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述激勵(lì)器能達(dá)到超過約1000牛頓的力。
36.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述激勵(lì)器能達(dá)到3000到4000牛頓之間的力。
37.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述激勵(lì)器能達(dá)到1000到18000牛頓之間的力。
38.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，它有著至少一個(gè)第二直線電磁激勵(lì)器。
39.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述激勵(lì)器是平行于井筒取向的，而所述反作用塊可圍繞著它長度方向的軸旋轉(zhuǎn)并以扭動(dòng)的方式作扭轉(zhuǎn)震動(dòng)。
40.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述激勵(lì)器垂直于井筒取向，而所述反作用塊沿著它長度方向的軸震動(dòng)。
41.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述震源的直徑小于約12.5厘米，而所述激勵(lì)器的長度至少約為1米。
42.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，其中，所述激勵(lì)器的長度約為2米。
43.根據(jù)權(quán)利要求
20的井下震源，它還包括至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，所述運(yùn)動(dòng)傳感器與所述激勵(lì)器之間有著聲音的隔離，并且所述運(yùn)動(dòng)傳感器能獨(dú)立地與井筒耦合。
44.根據(jù)權(quán)利要求
43的井下震源，其中，所述第一和所述第二磁性材料選自鐵、鐵合金、永磁材料、及這幾種材料的混合體。
45.根據(jù)權(quán)利要求
44的井下震源，其中，所述永磁材料有著至少約0.9特斯拉的剩余磁場。
46.根據(jù)權(quán)利要求
44的井下震源，其中，所述永磁材料是一種稀土永磁材料。
47.根據(jù)權(quán)利要求
42的井下震源，其中，所述一些運(yùn)動(dòng)傳感器是由地音探測器、加速度計(jì)，以及這兩者的混合體所組成。
48.根據(jù)權(quán)利要求
42的井下震源，它還包括一個(gè)非隔離運(yùn)動(dòng)傳感器，所述非隔離運(yùn)動(dòng)傳感器與所述激勵(lì)器之間有著聲音的耦合。
49.根據(jù)權(quán)利要求
43的井下震源，其中，所述激勵(lì)器能達(dá)到超過約1000牛頓的力。
50.根據(jù)權(quán)利要求
43的井下震源，其中，所述激勵(lì)器能產(chǎn)生頻率范圍大約為10到200赫芝內(nèi)的一些地震波。
51.根據(jù)權(quán)利要求
43的井下震源，其中，所述激勵(lì)器能產(chǎn)生頻率范圍為約10到1500赫芝內(nèi)的一些地震波。
52.一種井下震源，它包括一個(gè)外罩一個(gè)把所述外罩牢固地與井筒內(nèi)壁相連的夾持裝置;一個(gè)產(chǎn)生可檢測的地震波、在井筒內(nèi)的電磁激勵(lì)器裝置。
53.根據(jù)權(quán)利要求
52的井下震源，其中，所述電磁激勵(lì)器裝置是一個(gè)直線電磁激勵(lì)器，它包括(a)一個(gè)能產(chǎn)生磁場的銜鐵繞組;(b)一個(gè)基本上由磁性材料構(gòu)成的圓筒形殼體，當(dāng)所述銜鐵繞組被激勵(lì)時(shí)，所述殼體對由所述銜鐵繞組所產(chǎn)生的磁場起反抗作用。
54.根據(jù)權(quán)利要求
53的井下震源，其中，所述磁性材料選自鐵、鐵合金、永磁材料、及這幾種材料的混合體。
55.根據(jù)權(quán)利要求
54的井下震源，其中，所述永磁材料包括稀土永磁材料。
56.根據(jù)權(quán)利要求
53的井下震源，其中，所述激勵(lì)器能達(dá)到超過約1000牛頓的力。
專利摘要
一種能產(chǎn)生超過1000牛頓地震力的井下震源。它產(chǎn)生用于地震探測的震波，特別可用于交叉井測井測量法和垂直地震剖面測量法。與運(yùn)動(dòng)傳感器相配合，本發(fā)明也可作地震測井儀用。該震源包括外罩，把該震源牢固地夾持在井筒內(nèi)壁上的夾持裝置以及直線電磁激勵(lì)器。此直線電磁激勵(lì)器利用了有著超過約0.9特斯拉剩余磁場的永磁材料，例如稀土永磁材料。該震源的直徑約為12.5厘米，以裝在標(biāo)準(zhǔn)井筒內(nèi)，激勵(lì)器長約1米。
文檔編號G01V1/155GK87101970SQ87101970
公開日1987年10月7日 申請日期1987年3月18日
發(fā)明者比約恩·保爾森 申請人:切夫倫研究公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan