[发明专利]井下震源

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

地层的地震分析是一种成熟技术。在已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 vibrator)、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：(1)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。

发明内容

根据本发明的一个实施例，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。

根据本发明的另一个实施例，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。

本发明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 量。

本发明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 缩。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1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。

具体实施方式

图1说明用于方便数据收集的井下震源的示意图。震源在井眼(100) 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。