專利名稱：陸地電火花震源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于地球物理勘探設(shè)備，涉及用高壓脈沖放電產(chǎn)生地震能的裝置。
陸地電火花震源的主要用途是作為地震勘探、垂直地震剖面測井(以下簡稱VSP測井)、井間地震和振動采油用的震源。
陸地電火花震源在作地震勘探或VSP測井時，是在炮點處鉆一深約9米的井，井中注滿淡水，然后把震源的放電電極下放到井底，則可連續(xù)放炮測量。作VSP測井時，一口井可放炮數(shù)百次，這一性能明顯優(yōu)于炸藥震源。由于電火花震源對地表破壞作用小，所以較其他震源更適于在城鎮(zhèn)、堤壩等地工作。
在作井間地震和振動采油時，先將電火花震源與兩千多米長的放電電纜(端部裝有放電電極)相連，然后把放電電極放入兩千米左右深的油井中放電，放電產(chǎn)生的強(qiáng)大地震波能量作用于油層后，可以疏通出油孔，提高原油產(chǎn)量。若同時在另一口井中放置接收儀器，將接收的地震信號處理后，則可勘探兩井間的地質(zhì)構(gòu)造。
用于地震勘探的陸地電火花震源國內(nèi)外已有報道，如美國專利3347336，3268028，3356178，但其電容器儲能最高僅為60千焦耳，放電開關(guān)采用電子設(shè)備，如引燃管，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴，并且容易失燃。中國專利85103629，電容器儲能為150千焦耳，工作電壓為15千伏，但其地面激發(fā)器較笨重(約1.5噸)，其放電開關(guān)容量小，在施工過程檢修不便。還需指出的是上述國內(nèi)外專利裝置的能量均不能滿足目前地震勘探和VSP測井的生產(chǎn)需要。
采用陸地電火花震源使油井重新增產(chǎn)的方法和裝置國內(nèi)外也有報道，如美國專利4997044，4169503和4074758，蘇聯(lián)專利WO89/11581(PCT/SU88/00110)。上述專利所公開的裝置中的關(guān)鍵部件——放電電極的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，不便于制造安裝維修，并且這些專利都沒有公開裝置的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，如電容器儲能及適用的井深范圍，放電開關(guān)的結(jié)構(gòu)等等。中國專利96249134所提供的電火花震源儲能為200千焦耳，工作電壓為10千伏，其實地試驗時放電電纜長約600米，只適用于油層深度在550米左右的油井。而對深約2000米的油井，其能量及施工效率均不能滿足井間地震和振動采油的生產(chǎn)需要。
本實用新型陸地電火花震源除供電電源外，全部部件安裝在一特制的箱體內(nèi)，包括與供電電源順序相聯(lián)的、自動充電控制電路、電動調(diào)壓器、高壓充電回路、充放電電阻、高壓接地開關(guān)、高壓電容器組、高壓放電開關(guān)和放電電極。所述高壓放電開關(guān)是一種三極式高壓大容量空氣開關(guān)，其上主電極裝在絕緣蓋板上，中心有孔的下主電極裝在盆狀金屬底座底部的中心，一觸發(fā)電極連同其外套絕緣套管裝在下主電極的中心孔中，所述盆狀金屬底座的底部設(shè)有氣孔。所述絕緣蓋板和金屬底座扣合后用環(huán)形卡箍和銷釘緊固在一起。所述放電電極由高壓電極、低壓電極、絕緣體和電極卡箍組成，高壓電極和低壓電極平行并列，其主體部分分別被包裹在絕緣體中，一端分別與高壓電纜端部的芯線相連接，另一端平齊。絕緣體之外，用電極卡箍將平行并列的高壓電極、低壓電極及其外的絕緣體卡緊固定。
放電電極中的高壓電極和低壓電極用黃銅棒制成，表面有防滑動凹槽，絕緣體用玻璃鋼制成，所述電極卡箍扣合后的橫截面形狀為正方形或矩形。
本實用新型陸地電火花震源，除供電電源外，安裝其余全部部件的箱體分隔成三個倉室，順序為控制室、高壓隔離室和放電電纜電極室?？刂剖抑邪惭b包括自動充電控制電路在內(nèi)的低壓控制部件；位于中部的高壓隔離室中安裝電動調(diào)壓器和所有的高壓部件，包括高壓充電回路、充放電電阻、高壓接地開關(guān)、高壓電容器組和高壓放電開關(guān)。放電電纜電極室中放置放電電纜和放電電極。供電電源安裝在控制室外部的平臺上。箱體接地，箱體中所有高壓部件和低壓部件均與箱體絕緣。
自動充電控制電路中有一只電流傳感器，該電流傳感器接在電動調(diào)壓器和高壓充電回路之間的主回路中，電動調(diào)壓器中的調(diào)壓構(gòu)件由電動機(jī)驅(qū)動，電動機(jī)由電機(jī)控制電路控制，電流傳感器的輸出信號指令其運行，高壓充電回路聯(lián)接高壓電容器組對其實施充電。
本設(shè)計陸地電火花震源的高壓充電回路中有充放電電阻，該充放電電阻采用電阻爐爐絲串聯(lián)或并聯(lián)制成。
本實用新型陸地電火花震源工作時，由供電電源經(jīng)自動充電控制電路、電動調(diào)壓器、高壓充電回路、充放電電阻對高壓電容器組充電。自動充電控制電路中有電流傳感器。電動調(diào)壓器中有電機(jī)控制電路。充電電流由自動充電控制電路和電機(jī)控制電路控制。當(dāng)電流傳感器檢測到的主回路電流值超過預(yù)置值時(例如25安培)，電機(jī)控制電路控制電動調(diào)壓器中的電機(jī)停轉(zhuǎn)，停止升壓。待主回路電流值降至某一值時(例如安培)，電機(jī)控制電路控制電動調(diào)壓器中的電機(jī)轉(zhuǎn)動，繼續(xù)升壓，直到高壓電容器組充電到預(yù)置值。此時可用手動或遙控方式觸發(fā)高壓放電開關(guān)導(dǎo)通，高壓電容器組儲存的電能通過放電電極放電。采用自動充電控制電路，大大降低了勞動強(qiáng)度，提高了施工效率。
本實用新型陸地電火花震源具有以下技術(shù)特點和有益效果
1.本設(shè)計震源能量大，并有自動充電控制電路，儲能連續(xù)可調(diào)，效率高，能滿足地震勘探、VSP測井、井間地震和振動采油等多用途多功能要求。
2.放電開關(guān)是低噪聲、大容量三極式空氣開關(guān)，通流能力強(qiáng)，在儲能為400千焦耳時能可靠地工作，從觸發(fā)信號到放電開關(guān)導(dǎo)通的延時/響應(yīng)時間短(小于50微秒)，安裝檢修方便。
3.本設(shè)計放電電極結(jié)構(gòu)簡單適用，抗電動力強(qiáng)、效率高、使用壽命長。
4.本設(shè)計震源全部部件安裝在一特制的箱體內(nèi)，部件布置、高壓絕緣處理合理，確保安全，運載、運行操作方便。
5.高壓充放電回路中的充放電電阻簡單實用，完全滿足充放電過程中大能量功率消耗和限流保護(hù)的需要。
圖2是本設(shè)計陸地電火花震源各部件在箱體底面的布置示意圖圖3是本設(shè)計放電開關(guān)結(jié)構(gòu)圖圖4是本設(shè)計放電電極結(jié)構(gòu)圖參見圖3。本設(shè)計高壓放電開關(guān)5是一種三極式高壓大容量空氣開關(guān)，其上主電極13裝在絕緣蓋板12上，中心有孔的下主電極17裝在盆狀金屬底座16的底部中心，一觸發(fā)電極18連同其外套絕緣套管19裝在下主電極17的中心孔中，盆狀金屬底座16的底部設(shè)有氣孔11，這里的氣孔11做成管接頭狀。絕緣蓋板12的邊沿部分與金屬底座16開口的寬邊有密封溝槽結(jié)構(gòu)45，二者扣合后用環(huán)形卡箍41和銷釘42自外將其邊沿卡合緊固在一起。在金屬底座16中，上主電極13的下端和下主電極17的上端分別裝有電極頭43和47，二者極面相對，周邊圓滑，用耐電弧燒蝕的銅鎢合金制成。裝在絕緣蓋板12上的上主電極13上、絕緣蓋板上下裝有調(diào)節(jié)墊圈14，用于調(diào)節(jié)上主電極13的位置，然后用上主電極13端部的鎖緊螺母15鎖緊。觸發(fā)電極18的表面與絕緣套管19的內(nèi)壁有螺紋配合。本實用新型所提供的放電開關(guān)具有通流能力強(qiáng)、工作可靠、檢修方便等優(yōu)點。
如圖4所示，本設(shè)計放電電極6由高壓電極33、低壓電極32、絕緣體34和電極卡箍35組成。高壓電極33和低壓電極32平行并列，其主體和一端(圖中為上端)被包裹在絕緣體34中，并且這一端分別與兩根高壓電纜31端部的芯線37相連接。高壓電極33、低壓電極32連同絕緣體34的另一端(圖中為下端)平齊，高壓電極33和低壓電極32的端面外露。絕緣體34之外，用電極卡箍35將平行并列的高壓電極33、低壓電極32和絕緣體34卡緊固定。圖上所示電極卡箍35有三付。高壓電極33和低壓電極32用黃銅棒制成，表面分別有數(shù)個防滑動凹槽36。制作絕緣體34的材料用玻璃鋼。電極卡箍35扣合后的橫截面形狀為正方形或矩形，以增強(qiáng)卡緊固定效果。放電電極端部損壞后，只需將損壞部分去掉，重新平齊即可。
本實用新型安裝陸地電火花震源的箱體20分隔成三個倉室(見圖2)，順序為控制室21、高壓隔離室23和放電電纜電極室25。高壓隔離室23位居中部。供電電源1采用柴油發(fā)電機(jī)組，容量為29千伏安，安裝在控制室21外部的平臺上。控制室21中安裝自動充電控制電路2，系低壓控制部件。高壓隔離室23中安裝電動調(diào)壓器24和所有的高壓部件，包括高壓充電回路3、充放電電阻7、高壓接地開關(guān)8、高壓電容器組4和高壓放電開關(guān)5。電流傳感器7和電機(jī)控制電路8安裝在電動調(diào)壓器24的上部(圖中未表示)，充放電電阻9和高壓接地開關(guān)10安裝在高壓充電回路3的上部(圖中未表示)。高壓充電回路3包括高壓變壓器和高壓整流器(圖中未表示)。圖中所示高壓電容器組4有兩組，所占面積大，被分列在高壓隔離室23的左右兩側(cè)。放電電纜電極室25中放置放電電纜26和放電電極6。箱體接地，箱體中所有高壓部件和低壓部件均與箱體絕緣。這種設(shè)計使震源的重心基本上在箱體底面中心上，滿足汽車平穩(wěn)行駛的要求，部件的布置、安裝走線和高壓絕緣的處理更為合理，確保安全。
本設(shè)計陸地電火花震源的自動充電控制電路2中，有一只電流傳感器7，它接在電動調(diào)壓器24和高壓充電回路3之間的主回路中。電動調(diào)壓器24中的調(diào)壓構(gòu)件由電動機(jī)驅(qū)動，電流傳感器7的輸出信號送入電機(jī)控制電路8，電機(jī)控制電路控制電動機(jī)的運行。高壓充電回路3經(jīng)充放電電阻9聯(lián)接高壓電容器組4，對其實施充電。
本設(shè)計陸地電火花震源以觸發(fā)電極18觸發(fā)高壓放電開關(guān)5導(dǎo)通后，高壓電容器組4儲存的電能通過放電電極6放電。如果出現(xiàn)故障不能通過放電電極6放電，則可觸發(fā)高壓接地開關(guān)10接地，將高壓電容器組4儲存的電能通過充放電電阻9自動泄放，保證人身及設(shè)備的安全。高壓充電回路3中的充放電電阻9由數(shù)百根電阻爐爐絲組合而成，完全滿足高壓充放電過程中大能量功率消耗和限流保護(hù)作用的要求。
本實用新型陸地電火花震源實施例的技術(shù)性能參數(shù)如下所列(1)供電電源，柴油發(fā)電機(jī)組容量29千伏安，(2)震源最大儲能400千焦耳，連續(xù)可調(diào)，(3)高壓電容器組最高工作電壓10千伏，(4)高壓變壓器容量15千伏安，充電時間小于1分鐘，(5)觸發(fā)信號到放電開關(guān)導(dǎo)通的延時時間小于50微秒，(6)震源箱體的外形尺寸(長×寬×高)7050毫米×2460毫米×2360毫米(不包括供電電源的尺寸)。
權(quán)利要求1.一種陸地電火花震源，除供電電源外，全部部件安裝在一特制的箱體內(nèi)，包括與供電電源順序相聯(lián)的自動充電控制電路、電動調(diào)壓器、高壓充電回路、充放電電阻、高壓接地開關(guān)、高壓電容器組、高壓放電開關(guān)和放電電極，其特征是所述高壓放電開關(guān)是一種三極式高壓大容量空氣開關(guān)，其上主電極裝在絕緣蓋板上，中心有孔的下主電極裝在盆狀金屬底座底部的中心，一觸發(fā)電極連同其外套絕緣套管裝在下主電極的中心孔中，所述盆狀金屬底座的底部設(shè)有氣孔；所述絕緣蓋板和金屬底座扣合后用環(huán)形卡箍和銷釘緊固在一起；所述放電電極由高壓電極、低壓電極、絕緣體和電極卡箍組成，高壓電極和低壓電極平行并列，其主體和一端分別被包裹在絕緣體中，并且這一端分別與高壓電纜端部的芯線相連接，另一端平齊，端面外露，絕緣體之外，用電極卡箍卡緊固定平行并列的高壓電極和低壓電極及其絕緣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陸地電火花震源，其特征是放電電極中的高壓電極和低壓電極用黃銅棒制成，表面有防滑動凹槽，絕緣體用玻璃鋼制成，所述電極卡箍扣合后的橫截面形狀為正方形或矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陸地電火花震源，其特征是安裝除供電電源外的全部部件的箱體分隔成三個倉室，即順序為控制室、高壓隔離室和放電電纜電極室；控制室中安裝包括自動充放電控制電路在內(nèi)的低壓控制部件；位于中部的高壓隔離室中安裝電動調(diào)壓器和所有的高壓部件，包括高壓變壓器、高壓整流器、充放電電阻、高壓接地開關(guān)、高壓電容器組和高壓放電開關(guān)；放電電纜電極室中放置放電電纜和放電電極；箱體接地，箱體中所有高壓部件和低壓部件均與箱體絕緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陸地電火花震源，其特征是其中的自動充電控制電路中有一只電流傳感器，該電流傳感器接在電動調(diào)壓器和高壓充電回路之間的主回路中，電動調(diào)壓器中的調(diào)壓構(gòu)件由電動機(jī)驅(qū)動，電動機(jī)由電機(jī)控制電路控制，電流傳感器的輸出信號指令其運行，高壓充電回路經(jīng)充放電電阻聯(lián)接高壓電容器組對其實施充電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的陸地電火花震源，其特征是高壓充電回路中有充放電電阻，該充放電電阻采用電阻爐爐絲串聯(lián)或并聯(lián)制成。
專利摘要本實用新型陸地電火花震源屬于地球物理勘探設(shè)備,涉及用高壓脈沖放電產(chǎn)生地震能的裝置。它包括順序相聯(lián)的供電電源、電動調(diào)壓器、電流傳感器、高壓充電回路、充放電電阻、高壓電容器組、高壓放電開關(guān)、放電電纜和電極、一自動充電控制電路與電機(jī)控制電路、高壓接地開關(guān)和高壓放電開關(guān)相聯(lián)接。高壓放電開關(guān)是三極式高壓大容量空氣開關(guān),上下主電極分別裝在絕緣蓋板和金屬底座上,扣合后用環(huán)形卡箍和銷釘緊固,底座上有氣孔。放電電極由高低壓電極、絕緣體和卡箍組成。全部部件安裝在特制的箱體內(nèi),箱體接地,所有部件均與箱體絕緣。本設(shè)計震源容量大、效率高、工作安全穩(wěn)定可靠,可以用于地震勘探、垂直地震剖面測井、井間地震和振動采油等多種用途。
文檔編號G01V1/02GK2497327SQ01233188
公開日2002年6月26日 申請日期2001年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月10日
發(fā)明者孫鷂鴻, 左公寧, 劉志民, 酆斌, 趙濱 申請人:中國科學(xué)院電工研究所