專(zhuān)利名稱(chēng)：：用于礦井的彈性波勘探工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種礦井工具，該礦井工具兼?zhèn)湟粡椥圆ㄔ?，一用?lái)衰減由井內(nèi)發(fā)射(地震或聲學(xué)(acoustic))彈性波所造成的沿礦井傳播的、被稱(chēng)作為井筒波的波的裝置，以及還可能具有一用于接收由于該礦井周?chē)貙拥牟贿B續(xù)性而反射的波的接收裝置。已知存在著許多眾所周知的應(yīng)用，特別是低或高分辨率震波勘探、聲波測(cè)井記錄(logging)等，其中通過(guò)礦井震源來(lái)發(fā)射震波，并記錄由放置在例如同一礦井內(nèi)、另一礦井內(nèi)或者地面上的接收器接收的波來(lái)勘探礦井周?chē)貙?。眾所周知，沿礦井傳播的被稱(chēng)作為井筒波的引導(dǎo)(guided)波的形成與有效波的發(fā)射是同時(shí)進(jìn)行的。這些引導(dǎo)波掩蓋了由于周?chē)貙拥牟贿B續(xù)性而反射的某種信號(hào)，因此它們是很不適當(dāng)?shù)?。例如?,858,718號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中所描述的一種眾所周知的用于衰減引導(dǎo)波的方法，包括使用一礦井震波設(shè)備，該設(shè)備包括一向下放置到一礦井內(nèi)的沖擊(impulsive)源，該沖擊源與衰減裝置相關(guān)聯(lián)。它具有一放置在該源上方、并與一當(dāng)?shù)貕嚎s氣體容器或者一由供給管線(xiàn)供氣的地面容器相連的可充氣(imflatable)氣泡。由本申請(qǐng)人提出的2,714,486號(hào)法國(guó)專(zhuān)利特別描述了另一種用于大大減小沿著含有液體的一礦井進(jìn)行傳播的、并引起由與礦井所穿過(guò)的地下地層相連的震波接收器接收的寄生信號(hào)的、被稱(chēng)作為井筒波的波的方法。該方法主要包括礦井上部的一種可壓縮到足以吸收至少部分由井筒波向震波接收器輸送的能量的、很難溶于液體的氣體擴(kuò)散在液體之后進(jìn)行震波勘探操作。根據(jù)一實(shí)施例，該氣體是通過(guò)在地面上進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)獲得的，并通過(guò)一管道傳送至所需的深度?；瘜W(xué)反應(yīng)的組成要素也可分別被傳送至所需的深度，再進(jìn)行化合以產(chǎn)生氣體。這種氣體也可通過(guò)在所要的深度上進(jìn)行爆炸來(lái)獲得，特別是例如以硝基甲烷為基礎(chǔ)的炸藥。本發(fā)明的礦井工具適用于通過(guò)彈性波來(lái)勘探一礦井周?chē)牡貙?。其特點(diǎn)在于，它包括至少一彈性波發(fā)射或接收裝置，該裝置與一具有壓力控制裝置、并在礦井內(nèi)輸送流體的內(nèi)藏式(self-contained)氣體發(fā)生器相連，按要求來(lái)校準(zhǔn)氣泡以高效衰減傳播在礦井內(nèi)的井筒波。該內(nèi)藏式氣體發(fā)生器包括例如一擴(kuò)張(expansion)閥，該擴(kuò)張閥用于以預(yù)定的超過(guò)在所選深度上常用礦井壓力的壓力來(lái)輸送氣體，該礦井工具還包括一多孔過(guò)濾器，該多孔過(guò)濾器用于校準(zhǔn)被噴射的泡沫大小。根據(jù)一實(shí)施例，該氣體發(fā)生器包括一用于產(chǎn)生氣體的煙火材料(pyrotechnicalsubstance)的燃燒腔，以及一用于裝有由燃燒所產(chǎn)生的氣體的容器。該氣體發(fā)生器包括例如一用于煙火材料彈藥包(cartridge)的分配器，以及另一裝置，該裝置當(dāng)所述容器內(nèi)的氣體壓力降至低于預(yù)定界限值時(shí)會(huì)在燃燒腔中觸發(fā)燃燒一個(gè)新的彈藥包。根據(jù)一較佳實(shí)施例，氣泡收集裝置與該氣體發(fā)生器相關(guān)聯(lián)。為了那個(gè)作用，例如可以使用一種呈現(xiàn)不連續(xù)性(小孔、鱗片、粗糙補(bǔ)丁物，網(wǎng)眼，蜂窩結(jié)構(gòu)等)、并可使泡沫自行積聚其中的部件，并還可將該部件加至工具的某一部分上。根據(jù)一實(shí)施例，該工具包括一彈性波發(fā)射及接收裝置。根據(jù)另一實(shí)施例，所述的發(fā)射或接收裝置以及氣體發(fā)生器是相互固定的，并組合在一單個(gè)殼體內(nèi)。該礦井工具包括例如一接收裝置，該接收裝置包括若干個(gè)彈性波接收器，并與發(fā)射模件(module)相連，氣體發(fā)生器插入在震源及接收模件之間。在這個(gè)例子中，最好包括一用于接收由接收模件的接收器所傳送的信號(hào)的電子模件，并且該礦井工具通過(guò)一電輸電纜與一地面設(shè)備相連。在將一與彈性波發(fā)射和/或接收裝置相連的、內(nèi)藏式氣體發(fā)生器相組合的情況下，不再依賴(lài)已有技術(shù)中對(duì)氣體供給裝置或氣體發(fā)生材料，并可將該工具向下放置到用于勘探的任何所需的深度上。通過(guò)以下一實(shí)施例的詳細(xì)描述并參閱附圖，本發(fā)明礦井工具的其它特點(diǎn)與進(jìn)步之處將一目了然。這個(gè)實(shí)施例僅僅是以非限制性舉例的方式給出的一例，這些附圖為-圖1所示為一種適用于具有井筒波衰減的彈性波發(fā)射-接收周期循環(huán)的礦井工具，-圖2所示為一種校準(zhǔn)泡沫發(fā)生器，-圖3、3A所示為另一個(gè)實(shí)施例，其衰減裝置壁上具有一種諸如鱗片或粗糙補(bǔ)片之類(lèi)的泡沫收集器(trap)，-圖4、5、6通過(guò)比較的方式示出了三組震跡圖線(xiàn)，第一組震跡圖線(xiàn)(圖4所示)是在不存在井筒波衰減的情況下獲得的，第二組震跡圖線(xiàn)(圖5所示)是采用泡沫發(fā)生器、并在這些井筒波的衰減超過(guò)由于氣體所引起衰減的第一距離的情況下獲得的，第三組震跡圖線(xiàn)(圖6所示)是在超過(guò)更大距離的情況下獲得的，-圖7通過(guò)比較示出了井筒波的衰減A是如何隨著震源與圖4-6中所示的三種情況中的接收器之間的距離D的變化而變化的，以及，-圖8說(shuō)明通過(guò)將氣體注入到淤泥中以對(duì)一水平礦井周?chē)貙拥恼鸩ㄓ诚筮M(jìn)行清晰化。將圖1所示的整個(gè)發(fā)射-接收裝置向下放置到一礦井W內(nèi)。它包括一諸如壓電振蕩器之類(lèi)的彈性波源1。一氣泡發(fā)生器2包括(圖2所示)一容器3，該容器輸送幾乎不溶于礦井內(nèi)所含的液體的氣體，該氣泡發(fā)生器設(shè)置在振蕩器的上方，比如可與振蕩器安裝在同一工具外殼內(nèi)。通過(guò)一擴(kuò)張閥4和一控制螺線(xiàn)閥5，該容器與在外側(cè)上開(kāi)口的噴射(ejection)片6相通。擴(kuò)張閥4的輸出口壓力是可以調(diào)節(jié)的，以便保持相對(duì)于流體靜壓一定量的過(guò)壓，比如20kPa量級(jí)。來(lái)自于擴(kuò)張閥4的氣體流過(guò)例如由金屬粉末燒結(jié)而成的多孔過(guò)濾器7，并呈校準(zhǔn)直徑的泡沫的云狀物經(jīng)過(guò)一格子(grate)8流出。氣體容器3與一燃燒腔9相通，在該燃燒腔內(nèi)可以燃燒含有為便于產(chǎn)生所需氣體而選用的煙火材料的彈藥包?？梢圆捎弥T如NaN3之類(lèi)的、由汽車(chē)設(shè)備制造廠家為了向里胎充氣而使用的材料，以便產(chǎn)生氮?dú)?。?dāng)容器內(nèi)的壓力下降至低于某一界限值時(shí)，通過(guò)控制線(xiàn)10從地面電觸發(fā)位于燃燒腔9內(nèi)的一個(gè)新的彈藥包，使其燃燒，從而再次使該容器充滿(mǎn)氣體。一種已知類(lèi)型的彈藥包分配器11與氣體發(fā)生器相關(guān)聯(lián)，以便供料給燃燒腔。在上述實(shí)施例中，該礦井工具包括一彈性波接收裝置12，該接收裝置放置在氣體發(fā)生器2的一側(cè)上，與彈性波源1相對(duì)，并與氣體發(fā)生器相隔一按照應(yīng)用類(lèi)型來(lái)選取的給定距離。該接收裝置通過(guò)一根電輸電纜或者剛性支柱13與由彈性波源1和泡沫發(fā)生器2所組成的組件相連。在這個(gè)例子中，礦井工具包括一已知類(lèi)型的電子模件14，例如該電子模件可與發(fā)射裝置安裝在同一外殼內(nèi)。該模件通過(guò)連接電纜15接收由接收裝置12采集的信號(hào)。它適于將先前以編碼形式發(fā)射至地面站(圖中未示出)的信號(hào)數(shù)字化。所采用的電子模件可以是那些例如在專(zhuān)利FR-2,613,159、FR-2,613,496中所描述的模件。在高分辨率震波勘探的應(yīng)用范圍中，例如可以采用由一壓電振蕩器所組成的彈性波源1。通過(guò)支柱13與發(fā)射裝置相連的接收裝置可以是一井內(nèi)空心筒(streamer)，該空心筒由一充滿(mǎn)著某種液體的細(xì)長(zhǎng)套管(sheath)組成，水中震波檢測(cè)器(hydrophones)(圖中未示出)沿此套管規(guī)則地間隔分布。在空心筒的頂端，有一根七芯電纜15將該裝置與地面站相連。電子模件14通過(guò)一多芯電纜16連接至電輸電纜線(xiàn)15(例如該多芯電纜可以是一電輸電纜線(xiàn)的組成部件)。這也是一個(gè)控制線(xiàn)10通過(guò)燃燒彈藥包在容器3內(nèi)重新形成氣體儲(chǔ)備的例子。參閱了圖4，5，6，7的專(zhuān)業(yè)人員很快就會(huì)對(duì)由操作泡沫發(fā)生器所獲得的震波跡線(xiàn)在其可讀性方面的有利作用一目了然。在圖4中示出了在未將氣體充入到礦井淤泥內(nèi)的情況下，通過(guò)逐步在20米與23.4米之間改變彈性波源與接收器之間的距離所獲得的一組單一(unitary)記錄46震波跡線(xiàn)的一恒定增益回放(playback)(0dB)，可以看到，由于殼體壓力波相對(duì)于每米只衰減1.5dB的井筒波而言太弱了，因此傳播在地層中的殼體壓力波是不可見(jiàn)的。在通過(guò)將氣體排出至低于最接近跡線(xiàn)接收位置1.8米處所獲得的圖5相應(yīng)的記錄中(34dB恒定增益回放)，由于由氣泡所提供的衰減的結(jié)果，井筒波(T)每米衰減6dB，因此殼體壓力波(P)清晰可見(jiàn)。通過(guò)將氣體充入到低于最接近跡線(xiàn)接收位置4.8米處，可以獲得為使彈性波源-接收器之間的距離在16.3米與19.8米之間變化的50dB回放增益的圖6相應(yīng)的記錄。井筒波(T)以每米6dB的速度衰減，而由于位于氣化的淤泥里的井筒波所覆蓋的距離大于上述例子中的距離，因此傳播在地層中的壓力波(P)成為主因。圖7中清晰地示出了通過(guò)將氣體充入到淤泥中所提供的、隨衰減距離而變的衰減作用。圖象(A)相應(yīng)于不含氣體的淤泥的作用，圖象(B)和(C)相應(yīng)于氣化的淤泥的作用，如圖4-6所示，其衰減距離分別為1米與3.5米。圖8的記錄表示了通過(guò)氣化淤泥所獲得的、可在水平礦井的上部或者下部讀到的20多米深的地層震波映象，在無(wú)氣泡提供高度有效的衰減的情況下，勘測(cè)的深度只達(dá)幾米深。已描述了一種位于礦井內(nèi)的一體化彈性波發(fā)射及接收裝置。然而，對(duì)于例如某種VSP類(lèi)型的勘探操作，顯然，可在礦井內(nèi)移動(dòng)并由電纜15懸吊的工具可僅僅包括與泡沫發(fā)生器2相關(guān)聯(lián)的接收裝置12以及可在同一礦井內(nèi)分離移動(dòng)、或者放置在地面或者另一個(gè)礦井內(nèi)的彈性波源1。根據(jù)圖3所示的實(shí)施例，該工具還包括一泡沫收集器17，該泡沫收集器用來(lái)使來(lái)自于泡沫發(fā)生器2的氣泡保持均衡比例，或者阻止其上升。為了上述作用，可將具有可防止泡沫上升的泡沫收集裝置的支柱管13插入在電子模件14和接收裝置12之間。可能的收集裝置有-在管子的外表面或者該部件加用的套管上提供粗糙補(bǔ)片物或者表面不平整度，特別是鱗片(圖3A所示)，-蜂窩涂層，或者-適于在其網(wǎng)眼中夾持泡沫的、覆蓋在管子外側(cè)的織品包裝物。根據(jù)一較佳實(shí)施例，這些泡沫收集裝置17被放置在彈性波源1和接收器列12之間，以便衰減從其中一個(gè)到另一個(gè)的直接傳播。然而，顯然，例如為了衰減轉(zhuǎn)變?yōu)榫膊ǖ牟?，特別是在將彈性波源放置在地面或者另一個(gè)礦井內(nèi)的情況下，可以將這些裝置放置在接收裝置的上方和/或下方。在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可用能將該工具連接至地面設(shè)備的其它任何的裝置來(lái)取代電輸電纜15，或者可以改變礦井工具的各個(gè)部件之間相對(duì)的配置，例如可將氣體發(fā)生器放置在彈性波源1的下方。根據(jù)其構(gòu)造，本發(fā)明裝置適用于眾多的傳統(tǒng)應(yīng)用中，例如a)用一包括一震源、一接收裝置和一泡沫發(fā)生器的工具進(jìn)行高分辨率震波勘探或測(cè)井記錄；b)VSP型震波勘探，即直接用一地面震源和一與位于礦井內(nèi)的泡沫發(fā)生器相關(guān)聯(lián)的接收裝置來(lái)進(jìn)行，或者用反VSP型，即用一震源、一位于礦井內(nèi)的泡沫發(fā)生器以及地面接收器來(lái)進(jìn)行；或者c)從一個(gè)礦井到另一個(gè)礦井的震波勘探。權(quán)利要求1.一種用于通過(guò)彈性波來(lái)勘探礦井周?chē)貙拥?、被向下放置到一礦井內(nèi)位于連接裝置(15)末端的礦井工具，包括至少一彈性波發(fā)射或接收裝置(1，12)，包括一內(nèi)藏式氣體發(fā)生器(2)，所述氣體發(fā)生器具有壓力控制裝置、并在礦井內(nèi)輸送流體，按要求來(lái)校準(zhǔn)氣泡以高效衰減傳播在礦井內(nèi)的井筒波。2.如權(quán)利要求1所述的礦井工具，其特征在于，包括一擴(kuò)張閥(4)，所述擴(kuò)張閥用于以預(yù)定的超過(guò)在所選深度上常用礦井壓力的壓力來(lái)輸送氣體，所述礦井工具還包括一多孔過(guò)濾器(7)，所述多孔過(guò)濾器用于校準(zhǔn)被噴射的泡沫大小。3.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的礦井工具，其特征在于，所述氣體發(fā)生器(2)包括一用于產(chǎn)生氣體的煙火材料的燃燒腔(9)，還包括一用于裝有燃燒所產(chǎn)生的氣體的容器(3)。4.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的礦井工具，其特征在于，包括一用于煙火材料彈藥包的分配器(11)以及另一裝置(10)，所述裝置當(dāng)所述容器內(nèi)的氣體壓力降至低于預(yù)定界限值時(shí)會(huì)在所述燃燒腔(9)中觸發(fā)燃燒一個(gè)新的彈藥包。5.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的礦井工具，其特征在于，包括氣體收集裝置(17)。6.如權(quán)利要求5所述的礦井工具，其特征在于，所述泡沫收集裝置包括一呈現(xiàn)不連續(xù)性的部件，泡沫自行積聚其中。7.如權(quán)利要求6所述的礦井工具，其特征在于，所述部件是一層涂覆在工具的某一部分上的涂層。8.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的礦井工具，其特征在于，包括一彈性波發(fā)射及接收裝置(1，12)。9.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的礦井工具，其特征在于，所述發(fā)射或接收裝置(1，12)以及氣體發(fā)生器(2)是相互固定的，并組合在一單個(gè)殼體內(nèi)。10.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的礦井工具，其特征在于，所述礦井工具包括一接收裝置(12)，所述接收裝置包括若干個(gè)彈性波接收器，并與發(fā)射模件(1，2)相連，氣體發(fā)生器插入在震源(1)及接收模件(12)之間。11.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的礦井工具，其特征在于，包括一電子模件(14)，所述電子模件用于接收由接收模件(12)的接收器所傳送的信號(hào)，并且所述礦井工具通過(guò)一電輸電纜(16)與一地面設(shè)備相連。全文摘要一種用于通過(guò)彈性波來(lái)勘探礦井周?chē)貙拥?、被向下放置到一礦井內(nèi)位于連接裝置(15)末端的礦井工具,包括至少一彈性波發(fā)射或接收裝置(1,12),包括一內(nèi)藏式氣體發(fā)生器(2),所述氣體發(fā)生器具有壓力控制裝置、并在礦井內(nèi)輸送流體,按要求來(lái)校準(zhǔn)氣泡以高效衰減傳播在礦井內(nèi)的井筒波。適用于例如VSP型震波勘探及聲學(xué)測(cè)井記錄。文檔編號(hào)E21B47/00GK1196488SQ98106989公開(kāi)日1998年10月21日申請(qǐng)日期1998年4月14日優(yōu)先權(quán)日1997年4月14日發(fā)明者帕特里克·梅尼耶,夏爾·納維爾,西爾萬(wàn)·塞爾布特維茲申請(qǐng)人:法國(guó)石油研究所