[其他]井下电磁震源

说明书

本发明涉及一种井下地震能源，这种震源是以电磁方法来产生用于地球物理勘探所需的震波。

在地球物理勘探中，通常是在地表面上使用震源，随着垂直地震剖面测量（VSP）和交叉测井技术的发展，对井下震源的需求增加了。井下震源使得垂直地震剖面测量和交叉测井测量成为现实。然而，井下震源是不常用的，因为它们的深度和频率范围有限，而且通常功率低，或者会造成破坏。

由于设计上受到震源置于井筒下的限制，现时尚没有满足要求的井下震源。井下震源的大小受井筒尺寸的限制。典型井下仪器的直径不得超过约12.5厘米（约5英寸）。震源还必须能耐受在地面下6000米（约20000英尺）深处所遇到的温度、压力和流体。必须要有足够的能量从地面传送给震源，或者震源本身应携带能源。震源应产生1000到1800牛顿之间的力，从而建立起震波，而这些震波可以从另一口井中或从离井所希横向距离的地表面处检测到。井下震源必须是可控的，并能改变所产生的频率。极为重要的是井下震源应能完成上述这些功能而不使井受损。

本发明是一种井下震源，它包括：一个外罩、一个把外罩牢固地夹持在井筒内的装置、以及一个直线电磁激励器。此激励器有着一个由附着在外罩上的多匝线图所组成的衔铁绕组。一个由磁性材料，例如铁，构成的反作用块，它靠近衔铁绕组並与之同轴地、可滑动地安放;当线圈中通有电流时，此反作用块震动。此反作用块有一圆柱形的内芯，内芯最好基本上由稀土永磁材料所构成，反作用块安放在衔铁绕组内并可滑动，一个圆筒形的外芯同轴地安放在衔铁绕组外面，并且要不是固定在外罩上就是固定在内芯上。

本发明的设计使震动器单元的小型化成为可能，这种震动器可以安装在一钻孔下，并可获得1000至18000牛顿间的力。这样大小的力比迄今为止可供利用设备产生的力大几个数量级。本发明产生了可检测的地震波，那就是，传送入地层内的波能够由安装在井筒自身内、地面上或邻近井筒内的一些传感器所检测到。本发明使得交叉测井测量和垂直地震剖面测量在已有油田钻井中的实用成为可能。在装备了运动传感器后，本发明还可象井下地震测量仪那样工作。震动器的能量可以用已有技术以电的方式向井下提供来获得。本发明可产生频率范围为10-1500赫芝的震波，这比用现有的气动井下震动器所产生的频率范围要高得多。

图1示出了在钻井剖视图内的一个井下震源的实施方案;

图2示出了沿图1中的2-2线剖开后井下震源的顶视略图;

图3示出了在钻井剖视图内的另一个井下震源的实施方案的略图;

图4示出了沿图3中的4-4线剖开后图3实施方案的顶视略图;

图5示出了另一种直线电磁激励器;

图5A示出了沿图5中5A-5A线剖开后图5激励器的顶视略图;

图6示出了具有水平取向的直线激励器的另一种井下震源的略图;

图7示出了用井下震源的三维垂直地震剖面测量法;

图8示出了用井下震源的交叉测井层析法（Cross    borehole    tomography）;

图9是用黄色炸药、气枪和震动器的井下震源对井孔产生的应力的比较图;

图10是用黄色炸药、气枪和震动器的井下震源所产生的有效能量的比较图。

参考这些附图，本发明各种各样的制作方法和装置的具体实施方案将得到更为清楚的解说。图1示出位于地层100内的一个井下震源20，地层100被井筒10所穿透，井筒10是用套管（未示出）浇注水泥定位而成的。带有缆索29的震源20下沉入井筒10内。

震源20包括一合适的夹持装置，来把震源连接到井筒内一预定位置处。此夹持装置应产生一个至少大于震源20在工作期间产生的输出力的力，此力应大致为所产生震动力的两倍，但无论如何不得超过折断或破坏套管或钻井衬砌、或损害水泥所需的力。在图1和断面图2中所示用以把震源20牢固地连接到钻井的夹持装置是一种液压夹持装置60，它包括由板66a、66b、66c和66d连接起来的液压活塞64a、64b、64c、64d、64e、64f、64g和64h。在夹持装置工作和响应于一个从地表面来的信号期间，电动机52驱动液压泵54。控制阀56是这样动作的，以致液压流体加压于活塞64a-64h，强迫它们向外移动，从而使板66a-66d与井筒10啮合。另一种方案是作为缆索29一部分的一条液压管线（未示出）可以从地面加压，以驱动活塞64a-64h。这样改变液压源的另一种方案应用于浅井，证明更为方便。