弹性动力波通过工具产生，其中所述工具具有通过第一铰链与壳体可旋转地连接的锤、和通过第二铰链与锤可旋转地连接的致动器臂。通过驱动轴和弹簧施加到致动器臂的轴向力通过锤绕第一铰链的旋转被转换和放大成径向冲击力。所述工具还可以包括通过第三铰链连接到致动器臂并通过第四铰链连接到壳体的稳定器臂。壳体可以为声学电缆工具圆筒，所述声学电缆工具圆筒具有允许锤主体当在第一方向上旋转时延伸到壳体外部的开口。壳体还可以包括第二开口和第三开口，其中所述第二开口允许锤主体当在第二方向上旋转时延伸到壳体外部，所述第三开口允许锤主体当在第一和第二开口之间旋转时延伸到壳体外部。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及地下井眼技术，更具体地说，涉及一种最接近井眼 的地层的地震分析。
技术介绍
地层的地震分析是一种成熟技术。在己知位置由震源产生的弹性动力 波用传感器阵列测量。根据该测量，可以检测例如地层中的断裂、应力和 沉降界面的存在。优选地，因为有时需要获得远距离传感器处的测量，所 以震源要相对强大，且特定频率处的弹性动力波在地下环境中快速衰减。 较高频率的弹性动力波通常比低频率的弹性动力波衰减得更快。因为不同 类型的弹性动力波和不同频率的弹性动力波用于不同类型的测量，所以应 该优选可调节震源。因为由于不一致的震源波造成测量的变化使得分析变 得复杂，所以应该优选震源一致。公知类型的震源包括炸药、射孔弹、气枪、内爆瓶、轨道振动器(orbital vibmtor)、轴向振动器、气力抖动器、PSZ抖动器、管波反射器/转换器、 轴向弹簧加载锤/砧以及EM致动锤/砧。这些震源可以分成两类(l)将声 波引入井内流体的震源；以及(2)夹靠在井壁上的震源。所有公知的震 源都具有一些限制。例如，由于流体和地层之间相对较高的声阻抗，在地 层中的激励波中只以受限的频率将能量引入到井内流体中。阻抗造成大多 数能量朝着井眼被反射回来。引入到井眼流体中的多数能量产生只在井眼 内传播的管波。当由井壁上的冲击造成激励时，较少的能量被捕集在管波 中。因为通过炸药产生相对较宽且不可控制的频谱，所以炸药的可调性也 受到限制。此外，在炸药之间获得一致性可能在制造中需要很大的精度， 因此也是不切实际的。炸药在测试之间还需要耗费时间准备，包括新药的 放置。换言之，因为装药可能损害或点燃附近将要用于接下来的点火的任何火药，所以对接下来引爆炸药是不切实际的。因此，需要具有改进的震 源。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例， 一种用于帮助产生弹性动力波的设备包 括本体；具有轴和主体(mass)的锤，轴通过第一铰链与本体连接；以及致动器臂，所述致动器臂通过第二铰链与锤连接，由此通过锤绕第一铰 链的旋转使施加到致动器臂的轴向力转换并放大成径向冲击力以撞击井 壁。根据本专利技术的另一个实施例， 一种用于帮助产生弹性动力波的方法包括步骤将工具插入井眼，其中所述工具包括本体；具有轴和主体的锤， 轴通过第一铰链与本体连接；以及通过第二铰链与锤连接的致动器臂；以 及将轴向力施加到致动器臂，通过锤绕第一铰链的旋转将轴向力转换并放 大成径向冲击力，导致主体和一部分井眼之间接触，从而使弹性动力波形 成。本专利技术的一个优点是相对集中的径向力由于锤绕铰链的旋转由轴向 力产生。因为轴向上可获得的工作容积相对较大，所以在井眼环境中相对 容易提供轴向力。因此，可以以简单和便宜的方式产生初始力。此外，由 于在径向上出现接触，只有相对较小的能量被引导沿着不受欢迎的向量。 结果，消耗很少的能量，大多数可获得的能量都可以被引导沿着需要的向本专利技术的其它优点是可靠性和重复性。由于相对少的移动部件和简单 的铰链和支承，工具适用于苛刻的井眼环境。因为精确控制轴向力的应用 的技术很容易获得，因此工具可以制作为相对套管和井壁恒定地施加规定 的径向冲击力。例如，可以精确地控制用作用于轴向力的来源的弹簧的压 縮。结果，弹性动力波的强度将是一致的。这在需要观测一些其它的变量 时非常有用。附图说明图l示意性地说明包括轴向到径向的力的转换器和放大器的震源；图2说明图1的震源的模型；以及 图3说明图1的震源的一个具体实施例。具体实施例方式图l说明用于方便数据收集的井下震源的示意图。震源在井眼uoo) 中使用，并用于产生可以通过传感器(104a-104c)测量的弹性动力波(102)。 具体地，可以产生P、 S、 SH和SV型波。传感器可以位于井眼本身内(例 如，传感器(104a))、在附近的井眼(105)中(例如，传感器(104c))、 以及在接近井眼的地层中(例如，传感器(104b))。根据通过传感器获得 的测量，可以检测例如在地层中的断裂、应力以及沉降界面的存在。这种 状态的检测可以用于增强油和气体的开采。震源包括能量源部件(106)、能量储存部件(108)以及力转换器及 放大部件(110)。能量源部件(106)可以根据需要位于地面以上或位于 地面以下。能量源部件用于提供通过能量储存部件积聚的能量。能量可以 以包括但不局限于电气、电磁、化学和机械的任何实际的形式提供并存储。 能量储存部件(108)在致动时用于在相对短暂的时间间隔内以轴向力Fa 的形式释放储存的能量。轴向力被引导沿着与由井眼限定的轴线平行的轴 线。由于一些井眼偏离垂直方向，所以轴向力可以为相对于地面的各种倾 斜中的任何倾斜。转换器及放大部件(110)响应轴向力操作，以产生径 向力Fr， g卩，用于将轴向力转换和放大成径向冲击力。径向力被引导沿着 与由井眼限定的轴线正交的轴线。径向力施加到井壁导致在地层中产生弹 性动力波(102)。图2说明图1的震源的一个实施例的模型。在此实施例中，径向力通过 旋转主体(锤)(200)相对于套管(202)和井壁(例如，相对于完井 的套管)或相对于压在套管上的砧(204)的冲击而产生。冲击力可以通 过赫兹接触理论模拟，所述赫兹接触理论预测弯曲物体和弹性半空间之间 的接触时间和最大冲击力。具体地，= K7(%2 + X《乂)2 (1)其中I为锤头和臂(200)的惯性矩;,为致动器轴(201)的质量； A为弹簧(206)的弹簧常数； X为偏差；以及r,和r为旋转半径。 由V和m可以计算接触时间(r)和冲击力(/入具体地 接触时间r二KV/5 (2)其中A:= 2.94(1%6呵)2/5 iT1/5和9 = {(卜 乂 + (1 - V) / &} 以及峰值力/ = —(4/39)Wz。3/2 (3) 其中Z。-(15/16呵^/T1 。4,5在撞击井壁(或砧)之前，锤的冲击力和接触时间由速度和质量计算。 利用以上计算，在一个实施例中，在标准套管的界限内能够操作的可 用装置具有曲率半径为1.75英寸的1.5磅的钢头锤。从锤的重心到铰链(208)的臂长度为2.173英寸，两个铰链(208、 210)之间的距离为1.25 英寸。弹簧常数A为1347N/cm，压縮距离为6.096 cm。致动器臂具有0.U6 磅的重量 。利用动力分析模型和赫兹接触理论在冲击之前计算的锤速度 计算为大约26m/s，接触时间为1.2ms，产生大约IIO， OOO磅的峰值力。应 该注意，这些尺寸和质量作为一个有用的实施例的实例提供；也可以适当 地采用其它尺寸和质量。下面参照图3，工具的实施例适于使用标准的2.5英寸直径的声学电缆 壳体(300)。在此实施例中，致动器臂(302)在铰链(304)处连接到锤(303)，并在铰链(308)处连接到稳定器臂(306)。锤绕固定到工具壳 体(300)的第二铰链(310)旋转。稳定器臂(306)也绕固定到工具壳 体的铰链(312)旋转。稳定器臂上的铰链(308、 312)之间的距离等于 致动器臂(314)上的铰链(304、 310)之间的距离。因此，在操作期间， 致动器臂保持定向成与工具壳体的长度平行。在来自弹簧(318)的轴向 力下操作的轴(316)与致动器臂操作性地连接。具体地，润滑接触表面本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于帮助产生弹性动力波的设备，包括： 本体； 锤，所述锤具有轴和主体，所述轴通过第一铰链与所述本体连接；以及 致动器臂，所述致动器臂通过第二铰链与所述锤连接，由此通过所述锤绕所述第一铰链的旋转，使施加到所述致动器臂的轴 向力转换并放大成径向冲击力。
【技术特征摘要】
1. 一种用于帮助产生弹性动力波的设备，包括本体；锤，所述锤具有轴和主体，所述轴通过第一铰链与所述本体连接；以及致动器臂，所述致动器臂通过第二铰链与所述锤连接，由此通过所述锤绕所述第一铰链的旋转，使施加到所述致动器臂的轴向力转换并放大成径向冲击力。2. 根据权利要求l所述的设备，还包括在支承面处与所述致动器臂操 作性连接的轴向驱动轴。3. 根据权利要求2所述的设备，还包括与所述轴向驱动轴操作性连接 以产生轴向力的弹簧。4. 根据权利要求l所述的设备，还包括稳定器，所述稳定器通过第三 铰链连接到所述致动器臂并通过第四铰链连接到所述本体。5. 根据权利要求l所述的设备，其中所述本体包括圆柱形壳体。6. 根据权利要求5所述的设备，其中所述壳体包括第一开口，所述第 一开口允许锤主体当在第一方向上旋转时延伸到所述壳体的外部。7. 根据权利要求6所述的设备，其中所述壳体包括第二开口，所述第 二开口允许锤主体当在第二方向上旋转时延伸到所述壳体的外部。8. 根据权利要求7所述的设备，其中所述壳体包括第三开口，所述第 三开口允许锤主体当在所述第一和第二开口之间旋转时延伸到所述壳体 的外部。9. 根据权利要求l所述的设备，其中所述主体接近1.5磅，所述主体的 特征在于1.75英寸的曲率半径，所述锤的特征在于从重心到第一铰链的臂 长度为2.173英寸，且所述第一和第二铰链彼此相距1，25英寸的距离。10. 根据权利要求3所述的设备，其中所述弹簧的特征在于弹簧常数A 约为1347 N/cm，所述弹簧的特征在于压縮距离约为6.096 cm。11. 一种用于帮助产生弹性动力波的方法，包括步骤将工具插入井眼，其中所述工具包括本体；具有轴和...
【专利技术属性】
技术研发人员：章中，理查德T科茨，琼圣日耳曼，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]
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