專利名稱:用落塊撞擊栓在井內靶件發(fā)生聲波的設備的制作方法
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生聲波的設備，在陸上地震勘測方面特別適用。
已為大家熟知的是用一物塊撞擊栓在一鉆井內的靶件使之產生地震脈沖的裝置，靶件被固定到一裝有栓住裝置的放長筒體上。
此落塊可在此筒體內、在一低位置和一高位置之間移動，該落塊在低位置與靶件接觸，而從高位置通過控制裝置的作用開始下落。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的外周件的可伸展部件和一中心件。
伸長系通過從地面上轉動此桿串使上述兩個件彼此相互轉動而得到。外周件可由裝有若干卡爪的繞軸旋轉的臂構成，這些旋轉臂張開時將自身固定在井壁上，要么外周件由可變形的容器構成。把徑向應力交替地向上和向下地施加在栓住裝置上看作該設備的操作方法。
向上時，落塊通過拉動桿串而上升，是由于摩擦和井內的流體壓力的作用，向下時，在瞬間，落塊撞擊靶件。實際中使用的壓緊器型栓住裝置，筒體是通過把栓住臂卡住井壁而被固定，而出現(xiàn)這個情形時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。其結果是該組件在同樣的操作周期內遭到位移，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用中，可能需要若干米的下落高度。因而設備的總高度可能很高，設備裝卸時往往很困難。
該已有技術裝置在法國專利申請EN.85/17 832中作了介紹。
本發(fā)明設備將克服這些缺點。該設備包括一放長的筒體，其內固定靶件，該筒體為落塊在一撞擊位置和一提升位置之間導向，在撞擊位置落塊和靶件接觸，從提升位置落塊開始下落，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備與井壁相連接，設備還包括為使落塊在其撞擊位置和提升位置之間移動的裝置，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的螺母，和一用于交替地在一個方向和反方向轉動螺紋桿的裝置，以及用于向該落塊施加外加于重力上的作用力裝置。
轉動螺紋桿的裝置例如可以包含若干為把螺紋桿和設在地面上的驅動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動裝置，并適合于下降進入井內，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。
用于移動落塊的裝置，主要由一螺母組成，當該螺母因轉動一桿而運動使落塊上升，其結果可消除軸向應力，而在已有裝置中應力直接向上。施加在栓住裝置上的唯一軸向應力由撞擊引起。其結果是使設備和井壁接合更好，且使在發(fā)射和重返周期過程中的穩(wěn)定性得到改善。這就進一步導致結構簡化。
采用為增加落塊下落速度的裝置使產生同樣聲能量所需的沖程減少，因而使設備縮短。
在實施中，由于轉動螺紋桿的驅動裝置也下降進入井內，并通過從一卷盤上繞放一輸電纜索來放入，因此在使用深井和許可加速進行下降和定位方面特別有利是明顯的。
該設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。
該設備可以進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。
對附圖的簡要說明。
看了下面對兩個具體實施例的說明，并參照附圖，但不限于給定的例子，將會對本發(fā)明設備的其它特點和優(yōu)點有了清楚理解，其中圖1概略表示第一實施例在井內的設備;
圖2為該設備的局部剖視圖，其中落塊處于面對靶件的撞擊位置，而螺母頂住一縮回的鎖桿，形成第一實施例的固定裝置;
圖3概略表示該設備的橫截面圖;
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，而固定落塊的機械裝置處于前置位置;
圖6表示該設備處于自身解脫位置，這時落塊被卡住在鎖桿的槽內，而螺母已回到接近其與解脫卡爪接合的低位置;
圖7表示該設備的第二實施例，包含轉動螺紋桿的電氣驅動裝置;
圖8為筒體內部的局部視圖，較細致地表示為間歇地將落塊固定在高位置的磁性裝置。
對擇優(yōu)實施例的說明。
圖1中所示的設備包含一撞錘組件1，它有待被降入一井或鉆孔2內，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構，和將其連接到設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箱6，其功能有待進一步說明。操作系統(tǒng)5為鉆井領域中的已知型式，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，以及和驅動裝置(未表示)相結合用于轉動吊桿4的轉臺10。
連接件3為一“壓緊器”類型的部件，同樣為鉆井領域的人熟知，“壓緊器”是例如采用具有一通過注入已加壓的液體而可以膨脹的可變形容器。此液體從地面通過管形吊桿4供入可變形容器，已受壓的液體也是通過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，其上形成一軸向開口14，在其相反的一端由構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內自由旋轉的頭蓋17，并固定在那里為通過定位裝置19作轉換。
螺紋桿通過筒體的第一端處的開口14被連接到齒輪傳動箱6(圖1)的輸出軸20上。由地面設施控制，齒輪傳動箱6既可以把旋轉運動傳給吊桿4，或使其倒轉。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動螺紋桿16。一螺母21擰緊在螺紋桿16上?；瑝K22(圖3)沿筒體內壁固定到筒體的壁上。螺母21至少具有一徑向槽口23，為適應支承滑塊22中的一個，用來防止自身旋轉，螺紋桿16在一個方向的旋轉接著在反方向的旋轉致使螺母上升和下降，在螺母對著靶件15的一側配置著一落塊24(或錘)，它由一圓柱件構成，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可自由地進入和面對靶件15的壁接觸。在筒體內部，當落塊從靶件離開時，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在筒體內移動導向的槽29。
此設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內的落塊和螺母移動的控制。它們包含一在筒體內的稍里面，沿筒體內壁配置的鎖桿31，其底部支持在靶件15上。兩只平行等長度的臂32將鎖桿31在接近其兩端處連接到筒體的內壁上。
彈簧33配置在筒體壁和鎖桿之間，用于在沒有徑向推力的情況下保持兩者互相分開。落塊在其底部設有凹槽34(圖3)，此鎖桿支承在其底部。在面對落塊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，只有當落塊到達其高位置時鎖桿嵌入該槽35內。
落塊通過螺母21對鎖桿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，承靠在觸動器的傾斜壁37上，并回推鎖桿31向著其縮回位置足夠遠，以使落塊從止動槽35解脫。
密封件38，39，40設置在端壁13和靶件15內、圍繞螺紋桿件16以及也在筒體壁和靶件之間，為使筒體內部和井相隔絕。
在此基礎上，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，一可變容積的容器，當設備下降進入一套管鉆孔(圖2，圖5和圖6的情況)，通過注射由液壓系統(tǒng)11(參看圖1)經導管44和管體吊桿4供應已加壓的液體，該可變容積的容器對著井壁(圖1的情形)施加作用力，或對著套管43的壁施加作用力。
可變形耦合件41的截面選用要使得當對著井壁或套管43施加作用力時作用緊密，隨著栓住部件膨脹，設備和吊桿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成，兩板之間的間隔大小可通過轉動螺紋桿改變之。
由減震材料諸如聚氨酯制成的圓盤45，例如，被有利地配置在靶件的上壁面上，以便緩沖落塊24撞擊時的震動。
用以下的方式操作該設備使栓住件42動作，以便把設備固定在一給定的高度上，在該處設備將被解脫。
控制齒輪傳動箱6(圖1)以便提供直接傳遞，使驅動裝置動作，以便轉動旋轉臺10，并因而使吊桿4、輸出軸20和螺紋桿16轉動。螺母21用滑塊22中的至少一個使固定不能旋轉，而向上移動，就是說從它的在圖1中所示的低位置朝筒體的端壁13移動，和推動落塊進入移動。當離開此低位置，落塊停止推壓觸動器36，彈簧33使桿31回到其被分開的位置(圖5)，然后鎖桿承靠在落塊上形成的凹槽34上。
落塊到達圖5中所示的高位置或解脫位置，在鎖桿31上的槽34的標高上。在返回彈簧33的作用下，使鎖桿移動離開壁面，其槽口35嵌入落塊下面，從而把落塊維持在高位置。
控制齒輪傳動箱6，將輸出軸20的旋轉方向反向，并再次使轉臺10動作，以轉動吊桿4，旋轉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。
當螺母已回到了接近其低位置(圖6)時就開始和觸動器36的表面37相接觸并將其橫向移開。當觸動器被推動離開得足夠遠時，落塊從上部槽口35釋放并下落，落塊在彈簧28的推動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，因此由碰撞產生的軸向壓縮引起一相應的徑向擴張。
一徑向的地震脈沖就此施加到圍繞井周的結構地層中去。然后又開始另一發(fā)射循環(huán)。
在栓住件或“壓緊器”是可膨脹容器型的場合，它可以向井壁單獨提供設備的聲耦合，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。
在第二個最佳實施例中，當采用的深度相對較高，設備(圖7，8)包含一撞錘組件1，它有待下降進入井內或鉆孔2內，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動裝置46，該管形元件被固定到撞錘組件1的上部。
此后者通過輸電纜索47連接到一設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49，一卷揚系統(tǒng)50，輸電纜索47繞在其上，和一為向纜索供電的發(fā)電機51。
如在圖2到圖6中所示的實施例中，設備包含一圓筒體12，其一頭終止在其上設有一軸向開口14的壁板13的第一端上，并以一形成靶件的一可拆開塊15在其相反的一端閉合。一螺紋桿16在移動中和靶件連成一體，其一端通過軸向開口14，而其相反的一端被連接到上部電氣驅動裝置46的軸52上。在螺紋桿16上擰緊一螺母21，用沿筒體內壁固定的滑塊22來防止螺母21轉動。螺紋桿在一個方向和反方向的旋轉導致螺母向上或向下移動。
在螺母之上，在其對著靶件的一側配置一落塊24，它可隨著螺母的升起而沿螺紋桿移動。相類似地，當落塊離開靶件移動時，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。
這個實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，這樣就由電流通過線圈使磁鐵消磁和消除由磁性板施加的制動力。此磁性板具有一為螺紋桿16和彈簧28通過的中心通道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的內側相連接，并從那里一同連接到輸電纜索47上(圖7)，該設備如在先前實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，以便通過把電氣控制施加到輸電纜索47上使其動作。
此設備按下列方式操作松開卷揚機50，位于輸電纜索47終端的設備被放入井內。當設備已到達選定深度時，促使栓住件42被固定到井壁上，電動機46被起動，以使螺紋桿16沿一個方向轉動，將螺母21提升。落塊24被推動朝向其高位置，在該處靠著磁性板并被固定住。
然后控制電動機46，以便通過轉動螺紋桿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，通過把消磁電流通到磁性板51進行之。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間被認為有高度精確性。
仍然在本發(fā)明范圍之內，彈簧28可以由任一相當?shù)膹椥匝b置替代，特別是可由落塊移動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，和整體地固定到落塊上的一可移動活塞。類似地，可以用通過電流激勵的電磁鐵來取代可消磁的永久磁鐵。
權利要求
1.一種在一口井或鉆井內，通過下落塊撞擊一連接到井壁上的靶件產生聲波的設備，其特征是包含一加長的筒體，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導下落塊，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備連接到井壁上去的可伸縮的栓住裝置，該設備還包含為在撞擊位置和提升位置之間轉移落塊位置的裝置，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的螺母，和用于交替沿一方向和反方向轉動螺紋桿的裝置，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)權利要求
1所述的設備，其特征是其中所述的用于轉動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動裝置。
3.根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征是其中所述的用于轉動螺紋桿的裝置包含固定到筒體上的驅動裝置和一輸電纜索，它與一提升系統(tǒng)配合用于把設備下降進入井內和控制轉動所述螺紋桿的驅動裝置。
4.根據(jù)權利要求
1所述的設備，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而受壓縮的彈性裝置。
5.根據(jù)權利要求
4所述的設備，其特征是其中所述的彈性裝置包含一安放在筒體內的彈簧。
6.根據(jù)權利要求
4所述的設備，其特征是其中所述的彈性部件包含一由落塊轉移到其解脫位置而被壓縮的氣態(tài)物質。
7.根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征是進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)權利要求
7所述的設備，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)權利要求
1所述的設備，其特征是其中所述的靶件用適合于對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)權利要求
9所述的設備，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)權利要求
9所述的設備，其特征是其中所述的耦合裝置包含一密封的、內容有流體的容器。
12.根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征是進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)生聲波的設備。此落塊在重力和彈力的共同作用下在加長筒體內從提升位置移動到撞擊位置。下落后的復原系通過一固定不轉的螺母提升落塊來達到，利用一連接到可倒轉的驅動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E21B49/00GK87102757SQ87102757
公開日1987年10月21日 申請日期1987年4月11日
發(fā)明者皮埃爾, 馬涅維萊 申請人:法國石油研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan