氫-氧聲波記錄儀的製作方法
2023-04-30 09:29:26
專利名稱：氫-氧聲波記錄儀的製作方法
技術領域：
本發明有關在一個孔眼中產生聲波的一種氫一氧聲波記錄儀。
特別是，本發明有關的氫一氧聲波記錄儀，在穿透地巖層的孔眼中產生聲波記錄表面地巖層，這種儀器包括一種可充氣的裝置，其中含有水、電極和點火裝置，它們可以分別地將水電解成氣態的氫一氧混合物，進而使裝置充氣膨脹，點燃這種氣態混合物便產生聲波。
從美國專利3，587，775得知，震動聲源產生聲波是通過將水電解成氣態的氫和氧。下一步促使這些成份重新結合，創造了爆炸的環境，產生出聲波。在與孔眼壁不接觸的電纜管殼中，聲源已經確立。
電纜管殼的外壁部分是由柔性物質造的，是一種環狀裝置。外表裝置可以提供分解和點火動力。電纜管殼的柔性部分端部緊貼電纜管殼的外壁，管腔壁的縱向槽溝使波產生並通過孔眼液體向外傳輸，進入地巖層。
雖然按這種方式設計了一種相當簡便的儀器，在一個孔眼中不同層次的重複動作和點火無需從表面增加任何物質，但依然還有許多問題。
例如，分解和點火會使槽溝的柔軟部分充氣。聲源不是局部的。而且聲波本質上向所有方向傳播，因此不僅在孔眼壁中分散動力，而且上下通過孔眼液體。
實際上，該儀器只能用於單獨記錄程序，結果在鑽孔操作中使用被認為沒有什麼真正的益處。
根據美國專利2，679，205，另一種震動聲源產生聲波的情況與上述情況相似，特別是包括一種產生氣態氫一氧混合物的裝置，這種裝置整個說來是柔性的。雖然在這一文獻中，設計了點狀聲源，但裝置中聲的方向也是不可預測而且也存在無益的動力消耗。
在美國專利4，207，619中，揭示了一種震井記錄系統和方法，尤其表明一種聲源儀器安裝在鑽頭束底端，而且能夠產生聲音脈動。例如可以通過導入振動、爆聚、爆炸、或向孔眼壁快速注入液體而產生脈動。可以通過諸如順序計時器來驅動和控制聲音儀器產生脈動，而當鑽探作業暫時停止以向鑽束中增加新的鑽管時，產生脈動。因此鑽探時可以半連續方式測量。另一個特徵是，單一水平的脈動可以集合到脈動鑽探作業的發動機產生的噪音之間有所區別的地步。而且這一專利告訴了我們上述記錄方法用表面探測系統探測通過表面地巖層產生的波，這些波折射或反射，得到地巖層分布圖和鑽探作業的信息。
很容易理解，傳統的在鑽頭安放和驅動聲音儀器的條件非常苛刻。高旋轉速度，苛刻的鑽磨條件，而且會發生有噪聲的鑽頭振動孔眼底部。
儘管在上述文獻中，事實上有從頭至尾的傳遞、接收和解釋聲音信號數據的整個方法和有關儀器，但是並沒有說明在鑽頭處安裝這種儀器所面臨的困難。
所以，本發明的一個目的就是提出一種方法和記錄儀，以使聲波根本不受幹擾、直接地從儀器傳入表面地巖層。
本發明的另一個目的是，只要鑽探持續下去，就能夠在所要求的任何時候任何孔眼層次產生聲脈動。
本發明的另一個目的是提供一種方法和一種記錄儀，其中在接近鑽頭或鑽頭上產生的脈動顯然不同於噪音，例如鑽頭噪音。
連續可靠地驅動控制記錄儀是本發明的另一目的。
因而，根據本發明，上述儀器包括一個殼，其外壁與孔眼壁部緊密接觸，有一個凹處，其中包含所謂可充氣膨脹的裝置，當安置在靠著孔眼壁部分的記錄位置時，便形成了實質上封閉的聲波產生室。
本發明具體實施的第一個步驟是將所說的殼與鑽頭束穩定結構結合起來。
本發明具體實施的第二個步驟是將所說的殼與鑽頭結合起來，最好是在鑽頭原有的隙縫處。
在所說有利的步驟中，所說的凹處有一個底部，在那裡固定儀器的可充氣膨脹裝置。
通過按上述方法安裝儀器，尤其是聲波產生室限制在孔眼中的一個比較合適的位置，便會獲得記錄所需的清晰點狀聲源。而且，與孔眼中存在的孔眼液柱分開的聲源有利地產生有限的力量傳到表面地巖層。
根據本發明，也提供記錄表面地巖層的方法，包括的步驟有-將記錄儀放入孔眼下，該儀器包括一個殼，外壁與孔眼壁緊密接觸，有一個凹處，其中包括帶有水、電極和點火裝置的可充氣設備;
-將該儀器靠著孔眼壁安裝，這樣上面說的殼和孔眼壁便成了實際上封閉的聲波產生室;
-將水電解以便得到一種氣態的氫一氧混合物;
-將該混合物點燃，得到聲波;聲波通過表面地巖層後檢測聲波。
現在參照附圖，詳細描述一下本發明
圖1是本發明記錄儀第一個具體實施方案的透視圖，記錄儀結合在鑽頭穩定裝置中;
圖2A、2B和2C表明圖1具體實施方案中的細節，其中2A到2C的每一圖中表明截面部分垂直於所謂穩定器部件的軸;而且圖3是本發明記錄儀的第二具體實施方案，表明按軸的方向從孔眼底端到鑽頭外端表面。
根據圖1所示本發明記錄儀第一個具體實施方案的透視圖，表明穩定器部件10作為鑽頭組合件的一部分。部件10與鑽頭11(部分標明)相連。所說的穩定器部件10包含多個穩定刀片12，例如這個圖中所顯示的4個刀片。刀片的外壁鄰接圓形孔眼的壁，而且是緊密相連的。結果，正如其名稱所表明的那樣，刀片集成束狀並且穩定了鑽刀，刀片緊密相連，沿孔眼壁部分滑動，實質上是圓形的。
特別是刀片12中間的凹處，功能是使凹處形成殼，其位置鄰接圓形孔眼壁，可以認為是實質上封閉的室。在形成室的凹處13，放置由柔性物質製成的可充氣裝置14。這種裝置的功能是產生聲波源。
對本專業人員而言，雖然上面提到的凹處安排在鑽頭束的部件中，但本發明的其他具體實施方案涉及記錄表面地巖層的另一工具。該工具具有上面所述的外壁或圓形孔眼外壁的幾何形狀，而且可以合適的方式靠在所說的孔眼壁上。該工具可以利用繩或夾緊設備夾住，其中帶有懸臂，內外摺疊。
現在參照圖2A到2C詳細表示的上述具體實施方案的細節。
截面圖中顯示穩定器部件10放入已經鑽入表面地巖層20的孔眼21中。正如在圖2A到2C所能看到的，穩定刀片12象顯示的那樣放在靠著孔眼壁22的位置，這樣如同前面提到的那樣集合和穩定鑽頭(為了明了起見只顯示了一個刀片12)。獨自工具的具體實施方案可以用類似的圖表示。
當進行鑽探時，泥13將充填所說的部件和壁之間的空間。
在所說截面中，表明了記錄儀裝置14的不同膨脹幅度，分別表示，在圖2A中，裝置是空的，在圖2B中，裝置正在充氣膨脹，在圖2C中，裝置處於正在點火狀態。
在2A到2C的所有三個圖中，該儀器可以被看作是位於刀和孔眼壁之間的實質上封閉的產生波的室。
該裝置14含有一定量的水，最好是在加少量電解質後可作電傳導的。例如，加入一定量的氫化鉀可使水的電傳導達到足夠的程度。一對電極(為了明了的緣故圖中沒有表示)放在水中以便至少部分地將水電解成氣態的氫一氧混合物。在下一步，通過也是裝在裝置中的點火設備點燃該混合物，導致產生出聲波的爆炸。點燃後氫和氧將重新結合成水，聲波產生的循環可以重開始。
在2A到2C的這些圖中，僅通過例子表明導入電線25到所說裝置的導管24。這些線25連接著上面提到的電極和點火裝置。例如，電線接到該裝置的較低部分。
膨脹裝置的大小最好選擇為裝置在點火狀態不延伸。這樣除了自身所帶的電外，不用其他的動力或能量。而且，本專業人員可認識到，因為聲波產生室實質上是封閉的，泥是不可壓縮的，所以通過點燃氣態氫一氧混合物產生的脈動立刻傳到地巖層中。
圖3表示本發明中記錄儀的第2個具體實施方案。在表面地巖層21中沿孔眼21底端軸的方向，表示鑽頭30在其外表面，應該理解為一個半球面狀鑽頭端表面在圖平面的投射。細節上鑽頭30包括鑽刀31。在鑽刀上，在所說的半球狀端面凸出切割件32，切割件通常是鑽石，這樣安裝是為了通過繞軸旋轉鑽孔。在鑽刀31和槽溝31連接鑽頭的外表面。
因為在鑽頭30的一面不斷地與孔眼底接觸，以深入切割表面地巖層，作為鑽頭的另一面，半球狀端面靠著孔眼壁緊貼孔眼，而且在這一具體實施方案中，在溝槽表面33、各個鑽刀31和孔眼底部之間可以明顯認為是實質上封閉的聲波產生室。有利的是，按照本發明，含有一個膨脹裝置的凹處13位於這樣的溝槽中。驅動這樣一個記錄儀同於第一個具體實施方案。
至於上面提到的具體實施方案，將膨脹裝置14固定在凹處13是有益的。這樣，因為裝置受到孔眼中泥柱的流體靜壓力壓縮，可以避免沿孔眼壁的磨擦造成的裝置損壞。
因為事實上該裝置不得不抵抗流體靜壓力壓縮而膨脹，所以它是由合適的柔性和彈性物質構成的，如橡膠、塑料物質，或者甚至一種合適金屬的板，例如鋼板。
根據凹處的幾何形狀，充氣膨脹的裝置可做成風箱狀。例如，在鑽頭的具體方案中，這樣的風箱可牢固地繫於中空的圓柱體凹處的底部。進一步，在沿軸線擴展並有上、下端並面向圓柱形鑽孔壁的圓柱形凹處或槽溝中，可置放一個拉長的裝置如彈性輪胎段，它的端部部分被牢固地系在所說的端部上。
在這個領域中有許多方式使用這樣的聲波，這裡對兩種主要的方式作一些解釋。
首先，當波經過表面地層後，孔下產生的波可由置於表面的一組探測器所探測到。這樣探測到的波的特徵可得到表面地層附構造附近和下面的結構圖，通過波的直接傳播、反射和折射可得到我們所關心的鑽孔。這裡所說的技術經常被稱為逆向垂直震動剖面繪製術(IVSP)這一技術在用於鑽探操作時也稱為震動同時鑽孔(SWD)。
其次，孔下產生的波也可由一個或更多的接近於或甚至連接於本發明的記錄裝置上的探測器在孔下被探測到。在這種情形下，震源附近的環境被記錄下來以從中得到信息。在這種技術用於鑽孔操作時，所獲取的數據與鑽頭定向控制有關。這項技術被稱為鑽孔或記錄時鑽孔(MWD，LMD)。
除了上面所說的具體方案外，本發明的記錄儀包含至少一個探測上面提及的聲波的接受器。此外，為了處理所說的接受器獲取的數據，還應有一個震波數據處理器。本專業人員將會清楚，這樣的數據處理器還包括貯存器，或者甚至是由貯存器組成的。
本發明還有進一步的優點，特別是當記錄儀置於鑽孔設備中時，儀器可由就地安放的發電機所驅動。更為特別的是，發電機反過來可由泥漿馬達所驅動。這樣的驅動方式可以克服使用電線時由於鑽孔設備的旋轉而造成的大問題。本專業人員很清楚，因為泥漿馬達可廣泛地存在於各種不同的地方，和所說的裝置的有效連接也能夠做到。
然而，如果分開使用上面說到的工具，也可用電線來連接地面發電機。
這裡也指出一些根據本發明優選地使用穩定裝置的方式。首先，為了更加嚴密地控制鑽頭的定向並且消除可能產生的管波(在鑽孔底反射而通過鑽孔柱的波)。這個裝置應安置在最接近於鑽頭的穩定器裡，即所謂的近鑽頭穩定器。其次，為了點火併且對稱地承受儀器，應在刀片的對稱位置上安上另外一個裝置。這個附加的裝置可由電力驅動，非常經濟。
為了傳遞數據，可使用廣為熟知的技術如泥漿脈衝遙測術或電磁脈衝術。再者，一旦鑽孔操作已經停止，即可用電線聯結以進一步傳遞所說的貯存器中的數據。也可以同時將泥漿馬達驅動和電線傳遞聯合使用。
從以上說明及附圖，本發明的各種修改對已熟悉這項技術的人是很明顯的。這些修改在所附權利要求的範圍之中。
權利要求
1.一種氫-氧聲波記錄儀，在穿透地巖層的孔眼中產生聲波，記錄地面地巖層，這種儀器包括一種可充氣的裝置，其中含有水、電極和點火裝置，它們可以分別地將水電解成氣態的氫-氧混合物，進而使裝置充氣膨脹，點燃這種氣態混合物便產生聲波，所說的裝置還包括一個殼，其外壁面向並緊密接觸於孔眼壁部，有一個凹處可用來安放所說的充氣膨脹裝置，當安置在靠著孔眼壁部分的記錄位置時，便形成了實質上封閉的聲波發生室。
2.如權利要求1所說的儀器，其中所說的殼是鑽頭束穩定器的刀片。
3.如權利要求1所說的儀器，其中所說的殼是鑽頭。
4.如權利要求3所說的儀器，其中就是所說的鑽頭的溝槽。
5.如以上權利要求之一所說的儀器，其中的凹處包括可充氣的裝置繫於其上的底部。
6.如權利要求1或2所說的儀器，其中的凹處是一個沿軸線擴展的槽，它有上、下兩端，可充氣的裝置有一種可延長的形式繫於所說的端部。
7.如權利要求2所說的儀器，其中的鑽頭組束穩定器是近鑽頭穩定器。
8.如以上權利要求中任一項所說的儀器，其中的裝置形如風箱。
9.如權利要求1所說的儀器，其中還包括至少一個接受器，用於探測經過巖石層的波並顯示震動數據。
10.如權利要求1所說的儀器，其中儀器還包括一個震動數據處理器。
11.如權利要求10所說的儀器，其中的處理器由貯存器組成。
12.如權利要求10或11所說的儀器，其中的處理器可通過泥漿脈衝遙測術、電線或電磁脈衝將數據傳送主地面站。
13.如權利要求1所說的儀器，其中儀器由就地安放的發動機產生的電力所驅動。
14.如權利要求1所說的儀器，其中儀器是通過電線連接到地面的發電機上而被驅動的。
15.如權利要求1所說的儀器，其中儀器是由就地安放的發電機和用電線連接的地面發電機聯合驅動的。
16.如權利要求13或14所說的儀器，其中所謂就地安放的發電機是由泥漿馬達驅動的。
17.記錄表面地巖層的一種方法，包括下列步驟將記錄儀放入孔眼中，該儀器包括一個殼，外壁與孔眼壁緊密接觸，有一個凹處，其中包括帶有水、電極和點火裝置的可充氣膨脹設備;將該儀器靠著孔眼壁安裝，這樣上面說的殼和孔眼壁便成了實際上封閉的聲波產生室;將水電解以便得到一種氣態的氫一氧混合物;將該混合物點燃，得到聲波;聲波通過表面地巖層後檢測聲波。
18.實質上由附圖所描述的產生聲波以記錄表面地巖層的氫一氧聲波記錄儀。
全文摘要
一種氫-氧聲波記錄儀，在穿透地巖層的孔眼中產生聲波，記錄表面地巖層，這種儀器包括一種可充氣的裝置，其中含有水、電極和點火裝置，它們可以分別地將水電解成氣態的氫-氧混合物，進而使裝置充氣膨脹，點燃這種氣態混合物便產生聲波。所說的裝置還包括一個殼，其外壁面向並緊密接觸於孔眼壁部，有一個凹處可用來安放所說的充氣膨脹裝置，當安置在靠著孔眼壁部分的記錄位置時，便形成了實質上封閉的聲波發生室。
文檔編號G01V1/108GK1067704SQ92104450
公開日1993年1月6日 申請日期1992年6月8日 優先權日1991年6月10日
發明者E·N·M·昆特, R·N·沃勒爾, J·J·W·斯託爾 申請人:國際殼牌研究有限公司