способ возбуждения сейсмических колебаний

Формула изобретения

1. Способ возбуждения сейсмических колебаний, включающий погружение излучателя колебаний, функционирующего в вибрационном или импульсном режимах, в скважину или выработку, в том числе в отложениях водоема или болота, предварительное уплотнение и упрочнение грунта в примыкающей к излучателю зоне путем прижима элементов излучателя, непосредственно действующих на грунт, к стенкам скважины или выработки и возбуждение в этой зоне сейсмических колебаний, отличающийся тем, что предварительное уплотнение и упрочнение грунта осуществляют с удельным статическим усилием _c удовлетворяющим условию

_s < _c < _p,

где _s и _p - соответственно пределы упругости и прочности грунта на участке, выбранном для возбуждения колебаний,

после чего через промежуток времени, достаточный для переупаковки структуры грунта, возбуждают сейсмические колебания с максимальной удельной силой _m, величина которой удовлетворяет условиям



2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для возбуждения сейсмических колебаний используют грунт, обладающий наибольшими величинами предела упругости _s и прочности _p грунта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для окончательной переупаковки структуры грунта осуществляют вспомогательное нерегистрируемое возбуждение сейсмических колебаний с параметрами, отвечающими выбранным условиям.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области геофизической техники, в частности к сейсморазведке, а именно к способам механического возбуждения сейсмических колебаний исполнительным механизмом (излучателем), погружаемым в скважину или другие выработки, в том числе в отложениях водоема или болота, и может быть использовано при проведении различных методов сейсмической разведки.

Известен способ возбуждения сейсмических колебаний с погружением в скважину излучателя, функционирующего в вибрационном режиме [1]. В этом способе возникает проблема эффективной передачи энергии грунту, связанная с ограниченным диаметром d скважины. Увеличение площади S, на который излучатель оказывает воздействие, за счет его удлинения, особенно свыше 8-10d, малоэффективно, поскольку с увеличением длины излучателя уменьшается доля энергии колебаний, направленная вглубь, т.е. расходуемая на создание полезного сигнала. В известном способе воздействие на грунт осуществляется с напряжениями , меньшими предела упругости грунта _s (для большинства грунтов _s изменяется в пределах 0,1-0,3 МПа), что при ограниченной длине излучателя ограничивает и передаваемую грунту энергию.

Наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ возбуждения сейсмических колебаний, включающий погружение излучателя колебаний, функционирующего в вибрационном или импульсном режимах, в скважину или выработку, в том числе в отложениях водоема или болота, предварительное уплотнение и упрочнение грунта в примыкающей к излучателю зоне путем прижима элементов излучателя, непосредственно действующих на грунт, к стенкам скважины или выработки и возбуждение в этой зоне сейсмических колебаний [2].

Способ осуществляется с помощью расширяющего шланга, стенки которого прижимаются к стенкам скважины и вдавливаются в них за счет создания во внутренней полости шланга давления до 10 МПа и более. Затем для возбуждения колебаний в штанге создаются пульсирующие рабочие давления с величиной, превышающей давление прижатия и достигающей 15 МПа и более. Такие нагрузки на стенки скважины превосходят не только предел упругости _s , но и предел прочности _p нескальных (пористых) грунтов, в котором в подавляющем большинстве случаев и помещается излучатель. Это приводит к разрушению грунтов в окрестностях стенок скважины, постоянному увеличению объема разрушенной зоны во время работы излучателя, отрыву от разрушенного и потерявшего упругие свойства грунта стенок шланга в фазах его сжатия в процессе посылок и, как следствие, к снижению сейсмоакустического кпд, как от посылки к посылке, так и в ходе прохождения каждой из них, источника и возникновению существенных амплитудных и фазовых искажений регистрируемого сигнала, резкому уменьшению за счет этих явлений эффективности накопителя сигналов и их суммированию по методу ОГТ.

Технической задачей настоящего изобретение является повышение сейсмической эффективности воздействий погружного излучателя за счет формирования условий эффективной передачи грунту нагрузок, превосходящих его предел упругости _s , без его разрушения.

Поставленная задача решается тем, что в способе возбуждения сейсмических колебаний, включающем погружение излучателя колебаний, функционирующего в вибрационном или импульсном режимах, в скважину или выработку, в том числе в отложениях водоема или болота, предварительное уплотнение и упрочнение грунта в примыкающей к излучателю зоне путем прижима элементов излучателя, непосредственно действующих на грунт, к стенкам скважины или выработки и возбуждение в этой зоне сейсмических колебаний, предварительное уплотнение и упрочнение грунта с удельным статическим усилием _o , удовлетворяющим условию:

_s < _c < _p, ,

где _s и _p - соответственно пределы упругости и прочности грунта на участке, выбранном для возбуждения колебаний, после чего через промежуток времени, достаточный для переупаковки структуры грунта, возбуждают сейсмические колебания с максимальной удельной силой _m , величина которой удовлетворяет условиям:



Для возбуждения сейсмических колебаний используют грунт, обладающими небольшими величинами предела упругости _s и прочности _p грунта. Для окончательной переупаковки структуры грунта осуществляют вспомогательное нерегистрируемое возбуждение сейсмических колебаний с параметрами, отвечающими выбранным условиям.

Далее кратко рассматривается физическая сущность процесса и изобретение поясняется примером выполнения способа возбуждения сейсмических колебаний с иллюстрирующей графикой, где изображены различные режимы нагружения грунта при возбуждении колебаний: на фиг. 1 вибрационное воздействие (посылки); на фиг. 2 - знакопеременное кодо-импульсное воздействие (посылка); на фиг. 3 - кодо-импульсное воздействие (посылка) одного знака или последовательность импульсных воздействий.

Из теории грунтов известно, что при удельных нагрузках < _p (предел прочности грунта) остаточные деформации грунта происходят, в основном, без разрушения элементов его скелета, практически лишь за счет уменьшения его пористости. При этом достигнутая величина удельной нагрузки < _p становится фактически пределом упругости уплотненного грунта, повышается в его предел прочности _p . При дальнейшем повышении и превышении им _p основная часть деформации происходит уже без заметного увеличения плотности грунта, но со столь значительными перемещениями частиц и агрегатов, которые приводят к нарушению сплошности грунта, т.е. его фактическому разрушению. Для неводонасыщенных грунтов предел прочности _p возрастает с увеличением содержания в них глинистых частиц от 0,5 - 0,8 до 2 - 3 МПа и более. При таких величинах предела прочности удельное рабочее усилие даже для грунтов пониженной и средней связности после их уплотнения и упрочнения (переупаковки) может достигать 1,0 - 1,5 МПа.

Согласно изобретению излучатель помещают в скважину или погружают в донные отложения водоема или болота в слой грунта, обеспечивающий наилучшие условия передачи энергии (определяется по уже имеющимся данным излучения верхней части разреза или в процессе бурения скважины). Основными требованиями к этому слою грунта являются: наибольшие величины предела прочности _p и соответственно предела упругости _s и отсутствие под ним в непосредственной близости зоны интенсивного поглощения колебаний. Элементы получателя, передающие грунту энергию воздействия, прижимают к стенкам скважины с удельным статическим усилием _c , удовлетворяющим условию:

_s< _c< _p (1)

где _s и _p -соответственно пределы упругости и прочности грунта на участке скважины, выбранном для возбуждения колебаний (см. графику).

Через промежуток времени , имеющий порядок секунды и достаточный для уплотнения (переупаковки) структуры грунта, для дальнейшего повышения плотности и прочности окружающего виброизлучатель грунта может быть проведена вспомогательная (нерегистрируемая) вибрационная или кодо-импульсная посылка или несколько импульсных воздействий (в зависимости от выбранного способа возбуждения колебаний) с отсчитываемой от значений _c (фиг. 1-3) максимальной удельной рабочей силой _m , воздействующей на грунт, удовлетворяющий условиям





После этого производят рабочие (регистрируемые) посылки или импульсные воздействия с параметрами, удовлетворяющими условиям (2) и (3).

Выполнение условия (2) обеспечивает возвращение элементов излучателя, передающий грунту энергию воздействия, к минимальному в условиях работ диаметру без их отрыва от грунта и, следовательно, без связанных с этим отрывом амплитудных и фазовых искажений регистрируемых сигналов при знакопеременных (фиг. 1, 2) посылках.

Условие (3), на первый взгляд, занимает возможную величину рабочего усилия, поскольку при уплотнении грунта за счет сжатия статическим прижимом _c предел прочности грунта возрастает до некоторого значения . Однако, при многократных воздействиях с суммой , близкой по величине к , происходит отрыв уплотнительного объема грунта от его основного массива, сопровождающийся существенным снижением кпд последующих воздействий, фазовыми и амплитудными искажениями.