Электромагнитный и электродинамический импульсный источник сейсмических колебаний
Источник упругих колебаний нового направления В последние годы при проведении сейсморазведочных работ все более широкое применение находят электромагнитные и электродинамические импульсные источники сейсмических колебаний: «ИНЭ-1»; «Енисей»; «Геотон»; «Сейсмодин» и «Терра».
К несомненным достоинствам источников данного типа можно отнести:
- высокая идентичность возбуждаемых колебаний при повторных воздействиях;
- экологическая безопасность;
- высокие КПД преобразования энергий (электрической – механической – в акустическую).
Однако данные источники имеют и недостатки, накладывающие ограничения в условия их эксплуатации. Это:
- сложность конструкции устройства, а отсюда высокая себестоимость;
- возможность использования источника только на суше;
- синхронность воздействия источников ±2 мс, что недостаточно для синхронного накопления волн с максимумом спектра более 130 Гц.
Еще более существенным недостатком конструкции данных источников является увеличение массы и габаритных размеров из-за наличия так называемого «пригруза».
Электромагнитный источник «ИСЭМ-Тритон» (Рис.1) и электродинамический источник «ЭДИС-Титан» (Рис.2) перечисленных недостатков не имеют.
К отличительным достоинствам данных источников можно отнести:
- возможность эффективного использования одного и того же источника, как в наземной сейсморазведке, так и в условиях мелководья и морской сейсморазведки;
- простота конструкции и технологичность изготовления и эксплуатации, мобильность и портативность, большой ресурс;
- высокая стабильность сигнала;
- повышение экономической эффективности при эксплуатации за счет значительного снижение себестоимости приобретения и эксплуатации технических средств обеспечения и повышения разрешенности сейсмических исследований за счет более высокочастотного спектра колебаний возбуждаемых данными источниками по сравнению с пневматическими и механическими источниками.
Данные сейсмоисточники, благодаря своим конструктивным особенностям, пригодны для эксплуатации при любых условиях окружающей среды, в том числе и для использования в транзитной зоне и на мелководье и могут применяться как в одиночном исполнении, так и в составе групповых источников. Зарубежных и отечественных аналогов источники типа «ИСЭМ» и «ЭДИС» не имеют.
Основой рабочего элемента источников являются плоские электромагниты с рабочими пружинами, за счет последних происходит перераспределение механических усилий (ускорений) в подвижных элементах конструкции. Ниже показана принципиальная схема устройства источника.
ПРИНЦЫП ДЕЙСТВИЯ
Возбуждение сейсмических волн происходит следующим образом. Энергия от источника постоянного тока, запасенная в емкостном накопителе энергии, в виде мощного импульса тока подается на обмотку индуктора 3 электромагнита, в котором происходит ее преобразование в импульс силы. Импульс силы передается якорем 2 через корпус 1 источника в виде импульса давления на грунт (дно) в точке контакта источника с исследуемой средой, возбуждая в ней упругие колебания. Этот процесс протекает не непрерывно, а дискретно, в течение коротких промежутков времени длительностью не более пяти миллисекунд. Такой режим работы позволяет получать в импульсе усилия, во много раз превышающие те, которые развивают обычные электродвигатели, работающие непрерывно. Рабочим элементом устройства является плоский электромагнит, закрепленный в корпусе источника. В исходном положении индуктор и якорь отделены друг от друга воздушным зазором «δ». При протекании разрядного тока по обмотке индуктора происходит взаимодействие магнитного поля индуктора с железом якоря, в результате чего возникает действующий по оси источника импульс механической силы, который передается якорем через корпус источника в виде импульса давления на грунт (дно) в точке установки источника, возбуждая в нем упругие колебания. В свою очередь, индуктор движется вверх по направляющим шпилькам до встречи с якорем, преодолевая сопротивление сжатию внутренних рабочих демпфирующих пружин. При прекращении подачи электрического импульса на катушку возбуждения электромагнитные силы взаимодействия индуктора с якорем исчезают и индуктор под действием демпфирующих пружин возвращается в исходное положение.
Установка индуктора с возможностью перемещения в вертикальном направлении между демпферных распорных элементов обеспечивает перераспределение импульсов силы между индуктором и якорем и якорем и средой, что позволяет обойтись без использования инертных дополнительных масс типа «пригруз», т. е. достаточно мощный импульс давления создается при небольших массогабаритных характеристиках излучателя и не зависит от массы (веса) излучателя. Небольшой вес и простота конструкции обеспечивают надежность, долговечность, мобильность и портативность устройства. Преобразование электрического импульса в силовое воздействие происходит без использования сложных элементов вращения или возвратно-поступательного движения. При этом достигается стабильность формы и амплитуды сейсмического сигнала. Для возбуждения сейсмических волн не требуется заглублять источник в грунт или использовать дополнительные устройства, обеспечивающие его работу.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСТОЧНИКОВ
«ИСЭМ – Тритон»
«ЭДИС – Титан»
Максимальная амплитуда импульса давления, кПа
1500
1300
Максимальное рабочее усилие в импульсе, кН
60
500
Синхронность срабатывания, мс
0,5
0,1
Периодичность срабатывания, с, не менее
4
6
Напряжение источника питания, В
12±1,5
~220
Среднее значение потребляемого тока, А
5
8
Масса излучателя, кг
25
190
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ
В 2005г. В ОАО «Газпромгеофизика» (Москва) проведены пробная эксплуатация источников «ИСЭМ-Тритон» и «ЭДИС-Титан» при проведении работ ВСП (ОАО «Костромагеофизика») (Рис. 3, 4, 5, 6) и опытно-методические работы при проведении работ МОВ ОГТ на мелководье с источником «ЭДИС-Тритон»
(Волжское водохранилище) (ОАО «Южморгеология») (Рис.7).
По результатам проведенных работ сделаны выводы:
- источники в полной мере обеспечивают экологическую безопасность;
- источники соответствуют всем требованиям, предъявляемым к невзрывным источникам упругих колебаний для проведения сейсморазведочных работ МОВ-ОГТ 2D и ВСП;
- источники способны обеспечить непрерывное вертикальное зондирование верхней части геологического разреза при проведении работ МОВ ОГТ в условиях транзитных зон и предельного мелководья с выходом на сушу;
- время фиксированной записи отраженного сигнала (ОГТ) при работе одиночного источника (излучателя) не менее 0,5 сек. для «ИСЭМ-Тритон» и 3 сек. для «ЭДИС-Титан»;
- частотные максимумы отраженного сигнала лежат в диапазоне (90÷130) Гц;
Рис.1 Источник сейсмический электромагнитный «ИСЭМ-Тритон»
Рис. 2 Электродинамические источники сейсмические «ЭДИС-Титан» на борту НИС.
Рис.3 Сейсмограмма ОТВ и ее амплитудно-частотный спектр.
Источник сейсмических колебаний «ИСЭМ-Тритон»
Рис. 4 Сейсмограмма ОТВ и ее амплитудно-частотный спектр после АРУ и полосовой фильтрации (15-30-100-150 Гц). Источник сейсмических колебаний «ИСЭМ-Тритон» (один излучатель)
Рис. 6 Поле восходящих волн, полученное по исходному материалу. Полосовой фильтр 10-20-100-110, АРУ=500. Источник «ЭДИС-Титан»
Рис. 7 Предварительный временной разрез экспериментального профиля.
Волжское водохранилище. Максимальна глубина
20 м
.
Слева – профиль отработан группой пневмоисточников «Пульс-6» общим объемом V=12 литров (V=3х3л и V=2х1,5л) при глубине погружения Н=2 м.
Справа – профиль отработан электродинамическим источником «ЭДИС-Титан» (два излучателя) с выходом на сушу.
Информацию предоставил Дубелир Владимир Григорьевич
