專利名稱:用落塊撞擊栓在井內(nèi)靶件發(fā)生聲波的設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及用一下落物塊撞擊栓在一井壁上或一鉆井壁上的靶件以產(chǎn)生聲波的設(shè)備，在陸上地震勘測(cè)方面特別適用。
已為大家熟知的是用一物塊撞擊栓在一鉆井內(nèi)的靶件使之產(chǎn)生地震脈沖的裝置，靶件被固定到一裝有栓住裝置的放長(zhǎng)筒體上。
此落塊可在此筒體內(nèi)、在一低位置和一高位置之間移動(dòng)，該落塊在低位置與靶件接觸，而從高位置通過(guò)控制裝置的作用開(kāi)始下落。這些裝置包括一具有可伸縮的夾子的部件，它能夾緊與該落塊形成一體的連接板和剛性牽引部件(桿件或相互連接的桿串)，牽引部件被連接到設(shè)置在井外的提升裝置上。栓住裝置是專業(yè)人員熟知的“壓緊器”(packer)型組件，包含具有一徑向移動(dòng)的外周件的可伸展部件和一中心件。
伸長(zhǎng)系通過(guò)從地面上轉(zhuǎn)動(dòng)此桿串使上述兩個(gè)件彼此相互轉(zhuǎn)動(dòng)而得到。外周件可由裝有若干卡爪的繞軸旋轉(zhuǎn)的臂構(gòu)成，這些旋轉(zhuǎn)臂張開(kāi)時(shí)將自身固定在井壁上，要么外周件由可變形的容器構(gòu)成。把徑向應(yīng)力交替地向上和向下地施加在栓住裝置上看作該設(shè)備的操作方法。
向上時(shí)，落塊通過(guò)拉動(dòng)桿串而上升，是由于摩擦和井內(nèi)的流體壓力的作用，向下時(shí)，在瞬間，落塊撞擊靶件。實(shí)際中使用的壓緊器型栓住裝置，筒體是通過(guò)把栓住臂卡住井壁而被固定，而出現(xiàn)這個(gè)情形時(shí)的栓住裝置的位置通常是不相同的，要視筒體處于下降或上升狀態(tài)而定。其結(jié)果是該組件在同樣的操作周期內(nèi)遭到位移，而引起壁面損壞和降低連接率。
此外，由此震源發(fā)射的聲功率取決于落塊的下落高度。在某些要求聲功率高的應(yīng)用中，可能需要若干米的下落高度。因而設(shè)備的總高度可能很高，設(shè)備裝卸時(shí)往往很困難。
該已有技術(shù)裝置在法國(guó)專利申請(qǐng)EN.85/17 832中作了介紹。
本發(fā)明設(shè)備將克服這些缺點(diǎn)。該設(shè)備包括一放長(zhǎng)的筒體，其內(nèi)固定靶件，該筒體為落塊在一撞擊位置和一提升位置之間導(dǎo)向，在撞擊位置落塊和靶件接觸，從提升位置落塊開(kāi)始下落，連接裝置用于把筒體連接到地面上，和可伸縮的栓住裝置用于間歇地將設(shè)備與井壁相連接，設(shè)備還包括為使落塊在其撞擊位置和提升位置之間移動(dòng)的裝置，這些裝置包含沿筒體軸線配置的一螺紋桿和一裝在落塊下面能防止旋轉(zhuǎn)的螺母，和一用于交替地在一個(gè)方向和反方向轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿的裝置，以及用于向該落塊施加外加于重力上的作用力裝置。
轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿的裝置例如可以包含若干為把螺紋桿和設(shè)在地面上的驅(qū)動(dòng)裝置相連接的固定件。固定件還可以包含和筒體形成一體的驅(qū)動(dòng)裝置，并適合于下降進(jìn)入井內(nèi)，裝在輸電纜索的端部，并從一地面的裝置送入。
為向落塊施加外加于重力上的作用力的裝置包含例如一彈簧或者一容納流體的容器和一可活動(dòng)的與落塊形成一體的活塞，該容器由筒體四壁限定。
用于移動(dòng)落塊的裝置，主要由一螺母組成，當(dāng)該螺母因轉(zhuǎn)動(dòng)一桿而運(yùn)動(dòng)使落塊上升，其結(jié)果可消除軸向應(yīng)力，而在已有裝置中應(yīng)力直接向上。施加在栓住裝置上的唯一軸向應(yīng)力由撞擊引起。其結(jié)果是使設(shè)備和井壁接合更好，且使在發(fā)射和重返周期過(guò)程中的穩(wěn)定性得到改善。這就進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。
采用為增加落塊下落速度的裝置使產(chǎn)生同樣聲能量所需的沖程減少，因而使設(shè)備縮短。
在實(shí)施中，由于轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿的驅(qū)動(dòng)裝置也下降進(jìn)入井內(nèi)，并通過(guò)從一卷盤(pán)上繞放一輸電纜索來(lái)放入，因此在使用深井和許可加速進(jìn)行下降和定位方面特別有利是明顯的。
該設(shè)備也包含為落塊固定在提升位置上的裝置，這些裝置由螺母返回到接近落塊的撞擊位置處而被解脫。
該設(shè)備可以進(jìn)一步包含由一裝有磁性元件的板件所組成的用于固定落塊的裝置。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明。
看了下面對(duì)兩個(gè)具體實(shí)施例的說(shuō)明，并參照附圖，但不限于給定的例子，將會(huì)對(duì)本發(fā)明設(shè)備的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)有了清楚理解，其中圖1概略表示第一實(shí)施例在井內(nèi)的設(shè)備;
圖2為該設(shè)備的局部剖視圖，其中落塊處于面對(duì)靶件的撞擊位置，而螺母頂住一縮回的鎖桿，形成第一實(shí)施例的固定裝置;
圖3概略表示該設(shè)備的橫截面圖;
圖4為螺母的橫截面示意圖;
圖5為類似圖2的視圖，表示落塊處于中間位置，而固定落塊的機(jī)械裝置處于前置位置;
圖6表示該設(shè)備處于自身解脫位置，這時(shí)落塊被卡住在鎖桿的槽內(nèi)，而螺母已回到接近其與解脫卡爪接合的低位置;
圖7表示該設(shè)備的第二實(shí)施例，包含轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿的電氣驅(qū)動(dòng)裝置;
圖8為筒體內(nèi)部的局部視圖，較細(xì)致地表示為間歇地將落塊固定在高位置的磁性裝置。
對(duì)擇優(yōu)實(shí)施例的說(shuō)明。
圖1中所示的設(shè)備包含一撞錘組件1，它有待被降入一井或鉆孔2內(nèi)，一連接件3用于在一選定的深度固定撞錘組件，一由一拉桿或一相互連接的桿串形成的剛性吊桿4用于支持這樣形成的結(jié)構(gòu)，和將其連接到設(shè)置在地面上的一操作系統(tǒng)5上，和一插在吊桿4和撞錘組件1之間的已知形式的齒輪傳動(dòng)箱6，其功能有待進(jìn)一步說(shuō)明。操作系統(tǒng)5為鉆井領(lǐng)域中的已知型式，包含例如一塔鉆7，用于和吊桿連接的裝置8，由電纜連接到一提升系統(tǒng)9，以及和驅(qū)動(dòng)裝置(未表示)相結(jié)合用于轉(zhuǎn)動(dòng)吊桿4的轉(zhuǎn)臺(tái)10。
連接件3為一“壓緊器”類型的部件，同樣為鉆井領(lǐng)域的人熟知，“壓緊器”是例如采用具有一通過(guò)注入已加壓的液體而可以膨脹的可變形容器。此液體從地面通過(guò)管形吊桿4供入可變形容器，已受壓的液體也是通過(guò)已知型式的液壓系統(tǒng)11輸送。
撞錘組件1包含(圖2至圖5)一圓柱筒體12，其一端終止在第一端板13，其上形成一軸向開(kāi)口14，在其相反的一端由構(gòu)成靶件或錘砧的嵌塊15所閉合。一螺紋桿16沿筒體1的縱軸方向配置。螺紋桿包含一自身可在靶件的一孔穴18內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)的頭蓋17，并固定在那里為通過(guò)定位裝置19作轉(zhuǎn)換。
螺紋桿通過(guò)筒體的第一端處的開(kāi)口14被連接到齒輪傳動(dòng)箱6(圖1)的輸出軸20上。由地面設(shè)施控制，齒輪傳動(dòng)箱6既可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳給吊桿4，或使其倒轉(zhuǎn)。根據(jù)情況，齒輪箱6的輸出軸20因而既可以在一方向或在反方向轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿16。一螺母21擰緊在螺紋桿16上?；瑝K22(圖3)沿筒體內(nèi)壁固定到筒體的壁上。螺母21至少具有一徑向槽口23，為適應(yīng)支承滑塊22中的一個(gè)，用來(lái)防止自身旋轉(zhuǎn)，螺紋桿16在一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)接著在反方向的旋轉(zhuǎn)致使螺母上升和下降，在螺母對(duì)著靶件15的一側(cè)配置著一落塊24(或錘)，它由一圓柱件構(gòu)成，沿其縱向軸線有一孔25，孔25的橫截面大于螺紋桿16的直徑。
落塊具有一尺寸比螺母大的凹口26。這樣當(dāng)螺母21被帶到低位置至于靶件附近，落塊的底面27可自由地進(jìn)入和面對(duì)靶件15的壁接觸。在筒體內(nèi)部，當(dāng)落塊從靶件離開(kāi)時(shí)，配置在落塊的反面(或上部)和端壁13之間的彈簧28被壓縮。
落塊24也含有為滑塊22在筒體內(nèi)移動(dòng)導(dǎo)向的槽29。
此設(shè)備也包含用于把落塊固定在解脫位置上的可伸縮裝置30，在解脫位置彈簧28處于高度壓縮狀態(tài)，這些裝置受筒體12內(nèi)的落塊和螺母移動(dòng)的控制。它們包含一在筒體內(nèi)的稍里面，沿筒體內(nèi)壁配置的鎖桿31，其底部支持在靶件15上。兩只平行等長(zhǎng)度的臂32將鎖桿31在接近其兩端處連接到筒體的內(nèi)壁上。
彈簧33配置在筒體壁和鎖桿之間，用于在沒(méi)有徑向推力的情況下保持兩者互相分開(kāi)。落塊在其底部設(shè)有凹槽34(圖3)，此鎖桿支承在其底部。在面對(duì)落塊24的解脫位置或高位置處，此鎖桿上形成槽口35。凹槽34和槽口35的深度選用要隨著彈簧33被壓縮，鎖桿被落塊分開(kāi)，只有當(dāng)落塊到達(dá)其高位置時(shí)鎖桿嵌入該槽35內(nèi)。
落塊通過(guò)螺母21對(duì)鎖桿31的作用而被解脫，此后者具有一加寬的底36，其上壁37向上傾斜，被作為觸動(dòng)器使用。
這些尺度的選擇要能使螺母21緊接靶件15處，承靠在觸動(dòng)器的傾斜壁37上，并回推鎖桿31向著其縮回位置足夠遠(yuǎn)，以使落塊從止動(dòng)槽35解脫。
密封件38，39，40設(shè)置在端壁13和靶件15內(nèi)、圍繞螺紋桿件16以及也在筒體壁和靶件之間，為使筒體內(nèi)部和井相隔絕。
在此基礎(chǔ)上，靶件被固定到一可變形的耦合件41上，其本身被連接到一壓緊器類型的栓住件42上。栓住件42包含例如，一可變?nèi)莘e的容器，當(dāng)設(shè)備下降進(jìn)入一套管鉆孔(圖2，圖5和圖6的情況)，通過(guò)注射由液壓系統(tǒng)11(參看圖1)經(jīng)導(dǎo)管44和管體吊桿4供應(yīng)已加壓的液體，該可變?nèi)莘e的容器對(duì)著井壁(圖1的情形)施加作用力，或?qū)χ坠?3的壁施加作用力。
可變形耦合件41的截面選用要使得當(dāng)對(duì)著井壁或套管43施加作用力時(shí)作用緊密，隨著栓住部件膨脹，設(shè)備和吊桿4的重量也向該處施加。此耦合件可用一充滿液體的容器形成，或其它以彈性材料襯套配置在兩板之間構(gòu)成，兩板之間的間隔大小可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿改變之。
由減震材料諸如聚氨酯制成的圓盤(pán)45，例如，被有利地配置在靶件的上壁面上，以便緩沖落塊24撞擊時(shí)的震動(dòng)。
用以下的方式操作該設(shè)備使栓住件42動(dòng)作，以便把設(shè)備固定在一給定的高度上，在該處設(shè)備將被解脫。
控制齒輪傳動(dòng)箱6(圖1)以便提供直接傳遞，使驅(qū)動(dòng)裝置動(dòng)作，以便轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)10，并因而使吊桿4、輸出軸20和螺紋桿16轉(zhuǎn)動(dòng)。螺母21用滑塊22中的至少一個(gè)使固定不能旋轉(zhuǎn)，而向上移動(dòng)，就是說(shuō)從它的在圖1中所示的低位置朝筒體的端壁13移動(dòng)，和推動(dòng)落塊進(jìn)入移動(dòng)。當(dāng)離開(kāi)此低位置，落塊停止推壓觸動(dòng)器36，彈簧33使桿31回到其被分開(kāi)的位置(圖5)，然后鎖桿承靠在落塊上形成的凹槽34上。
落塊到達(dá)圖5中所示的高位置或解脫位置，在鎖桿31上的槽34的標(biāo)高上。在返回彈簧33的作用下，使鎖桿移動(dòng)離開(kāi)壁面，其槽口35嵌入落塊下面，從而把落塊維持在高位置。
控制齒輪傳動(dòng)箱6，將輸出軸20的旋轉(zhuǎn)方向反向，并再次使轉(zhuǎn)臺(tái)10動(dòng)作，以轉(zhuǎn)動(dòng)吊桿4，旋轉(zhuǎn)方向的倒向致使螺母21下行返回到低位置，留下落塊懸掛在桿31的槽口35內(nèi)。
當(dāng)螺母已回到了接近其低位置(圖6)時(shí)就開(kāi)始和觸動(dòng)器36的表面37相接觸并將其橫向移開(kāi)。當(dāng)觸動(dòng)器被推動(dòng)離開(kāi)得足夠遠(yuǎn)時(shí)，落塊從上部槽口35釋放并下落，落塊在彈簧28的推動(dòng)下朝向其低位置或碰撞位置，在此位置落塊猛力撞擊靶件。一軸向沖擊被加到耦合件41上。由于這是由彈性材料制成，且基本上不可壓縮，因此由碰撞產(chǎn)生的軸向壓縮引起一相應(yīng)的徑向擴(kuò)張。
一徑向的地震脈沖就此施加到圍繞井周的結(jié)構(gòu)地層中去。然后又開(kāi)始另一發(fā)射循環(huán)。
在栓住件或“壓緊器”是可膨脹容器型的場(chǎng)合，它可以向井壁單獨(dú)提供設(shè)備的聲耦合，在這種情況下，有可能省去耦合件41。但是如果設(shè)備被連接到一不同型式的栓住件，其栓住面也被縮減，以單獨(dú)提供足夠的聲耦合，則證明此件是必需的。那可以是更為特殊的具有可伸縮卡爪的某種壓緊器。
在第二個(gè)最佳實(shí)施例中，當(dāng)采用的深度相對(duì)較高，設(shè)備(圖7，8)包含一撞錘組件1，它有待下降進(jìn)入井內(nèi)或鉆孔2內(nèi)，一用于把撞錘組件固定在一選定深度上的連接件3，以及配置在一管形元件中的電氣驅(qū)動(dòng)裝置46，該管形元件被固定到撞錘組件1的上部。
此后者通過(guò)輸電纜索47連接到一設(shè)置在地面上的支架和提升組件48上。此組件48，例如，包含鉆塔49，一卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)50，輸電纜索47繞在其上，和一為向纜索供電的發(fā)電機(jī)51。
如在圖2到圖6中所示的實(shí)施例中，設(shè)備包含一圓筒體12，其一頭終止在其上設(shè)有一軸向開(kāi)口14的壁板13的第一端上，并以一形成靶件的一可拆開(kāi)塊15在其相反的一端閉合。一螺紋桿16在移動(dòng)中和靶件連成一體，其一端通過(guò)軸向開(kāi)口14，而其相反的一端被連接到上部電氣驅(qū)動(dòng)裝置46的軸52上。在螺紋桿16上擰緊一螺母21，用沿筒體內(nèi)壁固定的滑塊22來(lái)防止螺母21轉(zhuǎn)動(dòng)。螺紋桿在一個(gè)方向和反方向的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致螺母向上或向下移動(dòng)。
在螺母之上，在其對(duì)著靶件的一側(cè)配置一落塊24，它可隨著螺母的升起而沿螺紋桿移動(dòng)。相類似地，當(dāng)落塊離開(kāi)靶件移動(dòng)時(shí)，彈簧28受壓縮，把一外加的加速作用施加到下落中的落塊上。
這個(gè)實(shí)施例基本上不同于先前的、用一些裝置間歇地把落塊固定在高位置的實(shí)施例。這些裝置包含一已知型式的具有永久磁鐵的磁性板51和電氣線圈，這樣就由電流通過(guò)線圈使磁鐵消磁和消除由磁性板施加的制動(dòng)力。此磁性板具有一為螺紋桿16和彈簧28通過(guò)的中心通道52，并被固定到接近落塊高位置處的筒體12的壁上。電纜53把磁性板51和隔間46的內(nèi)側(cè)相連接，并從那里一同連接到輸電纜索47上(圖7)，該設(shè)備如在先前實(shí)施例中那樣包含一可變形的耦合件41和一電氣控制型的栓住件42，以便通過(guò)把電氣控制施加到輸電纜索47上使其動(dòng)作。
此設(shè)備按下列方式操作松開(kāi)卷?yè)P(yáng)機(jī)50，位于輸電纜索47終端的設(shè)備被放入井內(nèi)。當(dāng)設(shè)備已到達(dá)選定深度時(shí)，促使栓住件42被固定到井壁上，電動(dòng)機(jī)46被起動(dòng)，以使螺紋桿16沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，將螺母21提升。落塊24被推動(dòng)朝向其高位置，在該處靠著磁性板并被固定住。
然后控制電動(dòng)機(jī)46，以便通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿16把螺母21帶回到其低位置(如圖8所示)。
解脫地震源是由地面控制，通過(guò)把消磁電流通到磁性板51進(jìn)行之。這種間歇地把落塊固定在高位置的方法意味著解脫地震源的時(shí)間被認(rèn)為有高度精確性。
仍然在本發(fā)明范圍之內(nèi)，彈簧28可以由任一相當(dāng)?shù)膹椥匝b置替代，特別是可由落塊移動(dòng)到其解脫位置而被壓縮的一定容量的氣體，此容量的氣體，例如，被密封在由筒體的壁所限定的一小室內(nèi)，和整體地固定到落塊上的一可移動(dòng)活塞。類似地，可以用通過(guò)電流激勵(lì)的電磁鐵來(lái)取代可消磁的永久磁鐵。
權(quán)利要求
1.一種在一口井或鉆井內(nèi)，通過(guò)下落塊撞擊一連接到井壁上的靶件產(chǎn)生聲波的設(shè)備，其特征是包含一加長(zhǎng)的筒體，在其上固定著靶件，筒體在一撞擊位置和一提升位置之間向?qū)侣鋲K，在撞擊位置落塊和靶件接觸，在提升位置，落塊被解脫而由此下落，用于把筒體連接到地面上的連接裝置，和用于間歇地把該設(shè)備連接到井壁上去的可伸縮的栓住裝置，該設(shè)備還包含為在撞擊位置和提升位置之間轉(zhuǎn)移落塊位置的裝置，這些裝置包含一沿筒體軸線配置的螺紋桿和一配置在落塊下面固定不轉(zhuǎn)的螺母，和用于交替沿一方向和反方向轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿的裝置，以及用于把一彈性力施加到落塊上外加在重力上去的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征是其中所述的用于轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿的裝置包含一剛性吊桿，它將螺紋桿連接到配置在地面上的驅(qū)動(dòng)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征是其中所述的用于轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿的裝置包含固定到筒體上的驅(qū)動(dòng)裝置和一輸電纜索，它與一提升系統(tǒng)配合用于把設(shè)備下降進(jìn)入井內(nèi)和控制轉(zhuǎn)動(dòng)所述螺紋桿的驅(qū)動(dòng)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征是其中所述的用于向落塊施加一外加于重力上的力的裝置包含由落塊朝著其提升位置移動(dòng)而受壓縮的彈性裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的設(shè)備，其特征是其中所述的彈性裝置包含一安放在筒體內(nèi)的彈簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的設(shè)備，其特征是其中所述的彈性部件包含一由落塊轉(zhuǎn)移到其解脫位置而被壓縮的氣態(tài)物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征是進(jìn)一步包含用于把落塊固定在提升位置的裝置，所述裝置被螺母返回到接近落塊的撞擊位置處所解脫。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的設(shè)備，其特征是其中所述的固定裝置包含至少一根徑向可移動(dòng)的鎖桿，它具有一用于把落塊鎖住在其提升位置的槽口和一加寬的基面，螺母在接近落塊的撞擊位置支承在其上面。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征是其中所述的靶件用適合于對(duì)著井壁施加作用力的彈性耦合裝置被連接到所述的栓住部件上。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的設(shè)備，其特征是其中所述的耦合裝置包含一由彈性材料制造的墊塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的設(shè)備，其特征是其中所述的耦合裝置包含一密封的、內(nèi)容有流體的容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征是進(jìn)一步包括用于把落塊固定在提升位置的磁性裝置。
專利摘要
一種利用落塊撞擊一連接到井壁上的與可伸縮栓住裝置形成一體的靶件而發(fā)生聲波的設(shè)備。此落塊在重力和彈力的共同作用下在加長(zhǎng)筒體內(nèi)從提升位置移動(dòng)到撞擊位置。下落后的復(fù)原系通過(guò)一固定不轉(zhuǎn)的螺母提升落塊來(lái)達(dá)到，利用一連接到可倒轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置的螺紋桿并將落塊鎖在高位置，或借助可伸縮桿由螺母回程被解脫到低位置，或由遙控磁力裝置解脫。栓住裝置包含例如一“壓緊器”和一彈性耦合裝置。
文檔編號(hào)E21B49/00GK87102757SQ87102757
公開(kāi)日1987年10月21日 申請(qǐng)日期1987年4月11日
發(fā)明者皮埃爾, 馬涅維萊 申請(qǐng)人:法國(guó)石油研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan