专利名称：：用于矿井的弹性波勘探工具的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种矿井工具，该矿井工具兼备一弹性波源，一用来衰减由井内发射(地震或声学(acoustic))弹性波所造成的沿矿井传播的、被称作为井筒波的波的装置，以及还可能具有一用于接收由于该矿井周围地层的不连续性而反射的波的接收装置。已知存在着许多众所周知的应用，特别是低或高分辨率震波勘探、声波测井记录(logging)等，其中通过矿井震源来发射震波，并记录由放置在例如同一矿井内、另一矿井内或者地面上的接收器接收的波来勘探矿井周围地层。众所周知，沿矿井传播的被称作为井筒波的引导(guided)波的形成与有效波的发射是同时进行的。这些引导波掩盖了由于周围地层的不连续性而反射的某种信号，因此它们是很不适当的。例如在4,858,718号美国专利中所描述的一种众所周知的用于衰减引导波的方法，包括使用一矿井震波设备，该设备包括一向下放置到一矿井内的冲击(impulsive)源，该冲击源与衰减装置相关联。它具有一放置在该源上方、并与一当地压缩气体容器或者一由供给管线供气的地面容器相连的可充气(imflatable)气泡。由本申请人提出的2,714,486号法国专利特别描述了另一种用于大大减小沿着含有液体的一矿井进行传播的、并引起由与矿井所穿过的地下地层相连的震波接收器接收的寄生信号的、被称作为井筒波的波的方法。该方法主要包括矿井上部的一种可压缩到足以吸收至少部分由井筒波向震波接收器输送的能量的、很难溶于液体的气体扩散在液体之后进行震波勘探操作。根据一实施例，该气体是通过在地面上进行的化学反应获得的，并通过一管道传送至所需的深度。化学反应的组成要素也可分别被传送至所需的深度，再进行化合以产生气体。这种气体也可通过在所要的深度上进行爆炸来获得，特别是例如以硝基甲烷为基础的炸药。本发明的矿井工具适用于通过弹性波来勘探一矿井周围的地层。其特点在于，它包括至少一弹性波发射或接收装置，该装置与一具有压力控制装置、并在矿井内输送流体的内藏式(self-contained)气体发生器相连，按要求来校准气泡以高效衰减传播在矿井内的井筒波。该内藏式气体发生器包括例如一扩张(expansion)阀，该扩张阀用于以预定的超过在所选深度上常用矿井压力的压力来输送气体，该矿井工具还包括一多孔过滤器，该多孔过滤器用于校准被喷射的泡沫大小。根据一实施例，该气体发生器包括一用于产生气体的烟火材料(pyrotechnicalsubstance)的燃烧腔，以及一用于装有由燃烧所产生的气体的容器。该气体发生器包括例如一用于烟火材料弹药包(cartridge)的分配器，以及另一装置，该装置当所述容器内的气体压力降至低于预定界限值时会在燃烧腔中触发燃烧一个新的弹药包。根据一较佳实施例，气泡收集装置与该气体发生器相关联。为了那个作用，例如可以使用一种呈现不连续性(小孔、鳞片、粗糙补丁物，网眼，蜂窝结构等)、并可使泡沫自行积聚其中的部件，并还可将该部件加至工具的某一部分上。根据一实施例，该工具包括一弹性波发射及接收装置。根据另一实施例，所述的发射或接收装置以及气体发生器是相互固定的，并组合在一单个壳体内。该矿井工具包括例如一接收装置，该接收装置包括若干个弹性波接收器，并与发射模件(module)相连，气体发生器插入在震源及接收模件之间。在这个例子中，最好包括一用于接收由接收模件的接收器所传送的信号的电子模件，并且该矿井工具通过一电输电缆与一地面设备相连。在将一与弹性波发射和/或接收装置相连的、内藏式气体发生器相组合的情况下，不再依赖已有技术中对气体供给装置或气体发生材料，并可将该工具向下放置到用于勘探的任何所需的深度上。通过以下一实施例的详细描述并参阅附图，本发明矿井工具的其它特点与进步之处将一目了然。这个实施例仅仅是以非限制性举例的方式给出的一例，这些附图为-图1所示为一种适用于具有井筒波衰减的弹性波发射-接收周期循环的矿井工具，-图2所示为一种校准泡沫发生器，-图3、3A所示为另一个实施例，其衰减装置壁上具有一种诸如鳞片或粗糙补片之类的泡沫收集器(trap)，-图4、5、6通过比较的方式示出了三组震迹图线，第一组震迹图线(图4所示)是在不存在井筒波衰减的情况下获得的，第二组震迹图线(图5所示)是采用泡沫发生器、并在这些井筒波的衰减超过由于气体所引起衰减的第一距离的情况下获得的，第三组震迹图线(图6所示)是在超过更大距离的情况下获得的，-图7通过比较示出了井筒波的衰减A是如何随着震源与图4-6中所示的三种情况中的接收器之间的距离D的变化而变化的，以及，-图8说明通过将气体注入到淤泥中以对一水平矿井周围地层的震波映象进行清晰化。将图1所示的整个发射-接收装置向下放置到一矿井W内。它包括一诸如压电振荡器之类的弹性波源1。一气泡发生器2包括(图2所示)一容器3，该容器输送几乎不溶于矿井内所含的液体的气体，该气泡发生器设置在振荡器的上方，比如可与振荡器安装在同一工具外壳内。通过一扩张阀4和一控制螺线阀5，该容器与在外侧上开口的喷射(ejection)片6相通。扩张阀4的输出口压力是可以调节的，以便保持相对于流体静压一定量的过压，比如20kPa量级。来自于扩张阀4的气体流过例如由金属粉末烧结而成的多孔过滤器7，并呈校准直径的泡沫的云状物经过一格子(grate)8流出。气体容器3与一燃烧腔9相通，在该燃烧腔内可以燃烧含有为便于产生所需气体而选用的烟火材料的弹药包。可以采用诸如NaN3之类的、由汽车设备制造厂家为了向里胎充气而使用的材料，以便产生氮气。当容器内的压力下降至低于某一界限值时，通过控制线10从地面电触发位于燃烧腔9内的一个新的弹药包，使其燃烧，从而再次使该容器充满气体。一种已知类型的弹药包分配器11与气体发生器相关联，以便供料给燃烧腔。在上述实施例中，该矿井工具包括一弹性波接收装置12，该接收装置放置在气体发生器2的一侧上，与弹性波源1相对，并与气体发生器相隔一按照应用类型来选取的给定距离。该接收装置通过一根电输电缆或者刚性支柱13与由弹性波源1和泡沫发生器2所组成的组件相连。在这个例子中，矿井工具包括一已知类型的电子模件14，例如该电子模件可与发射装置安装在同一外壳内。该模件通过连接电缆15接收由接收装置12采集的信号。它适于将先前以编码形式发射至地面站(图中未示出)的信号数字化。所采用的电子模件可以是那些例如在专利FR-2,613,159、FR-2,613,496中所描述的模件。在高分辨率震波勘探的应用范围中，例如可以采用由一压电振荡器所组成的弹性波源1。通过支柱13与发射装置相连的接收装置可以是一井内空心筒(streamer)，该空心筒由一充满着某种液体的细长套管(sheath)组成，水中震波检测器(hydrophones)(图中未示出)沿此套管规则地间隔分布。在空心筒的顶端，有一根七芯电缆15将该装置与地面站相连。电子模件14通过一多芯电缆16连接至电输电缆线15(例如该多芯电缆可以是一电输电缆线的组成部件)。这也是一个控制线10通过燃烧弹药包在容器3内重新形成气体储备的例子。参阅了图4，5，6，7的专业人员很快就会对由操作泡沫发生器所获得的震波迹线在其可读性方面的有利作用一目了然。在图4中示出了在未将气体充入到矿井淤泥内的情况下，通过逐步在20米与23.4米之间改变弹性波源与接收器之间的距离所获得的一组单一(unitary)记录46震波迹线的一恒定增益回放(playback)(0dB)，可以看到，由于壳体压力波相对于每米只衰减1.5dB的井筒波而言太弱了，因此传播在地层中的壳体压力波是不可见的。在通过将气体排出至低于最接近迹线接收位置1.8米处所获得的图5相应的记录中(34dB恒定增益回放)，由于由气泡所提供的衰减的结果，井筒波(T)每米衰减6dB，因此壳体压力波(P)清晰可见。通过将气体充入到低于最接近迹线接收位置4.8米处，可以获得为使弹性波源-接收器之间的距离在16.3米与19.8米之间变化的50dB回放增益的图6相应的记录。井筒波(T)以每米6dB的速度衰减，而由于位于气化的淤泥里的井筒波所覆盖的距离大于上述例子中的距离，因此传播在地层中的压力波(P)成为主因。图7中清晰地示出了通过将气体充入到淤泥中所提供的、随衰减距离而变的衰减作用。图象(A)相应于不含气体的淤泥的作用，图象(B)和(C)相应于气化的淤泥的作用，如图4-6所示，其衰减距离分别为1米与3.5米。图8的记录表示了通过气化淤泥所获得的、可在水平矿井的上部或者下部读到的20多米深的地层震波映象，在无气泡提供高度有效的衰减的情况下，勘测的深度只达几米深。已描述了一种位于矿井内的一体化弹性波发射及接收装置。然而，对于例如某种VSP类型的勘探操作，显然，可在矿井内移动并由电缆15悬吊的工具可仅仅包括与泡沫发生器2相关联的接收装置12以及可在同一矿井内分离移动、或者放置在地面或者另一个矿井内的弹性波源1。根据图3所示的实施例，该工具还包括一泡沫收集器17，该泡沫收集器用来使来自于泡沫发生器2的气泡保持均衡比例，或者阻止其上升。为了上述作用，可将具有可防止泡沫上升的泡沫收集装置的支柱管13插入在电子模件14和接收装置12之间。可能的收集装置有-在管子的外表面或者该部件加用的套管上提供粗糙补片物或者表面不平整度，特别是鳞片(图3A所示)，-蜂窝涂层，或者-适于在其网眼中夹持泡沫的、覆盖在管子外侧的织品包装物。根据一较佳实施例，这些泡沫收集装置17被放置在弹性波源1和接收器列12之间，以便衰减从其中一个到另一个的直接传播。然而，显然，例如为了衰减转变为井筒波的波，特别是在将弹性波源放置在地面或者另一个矿井内的情况下，可以将这些装置放置在接收装置的上方和/或下方。在不脱离本发明范围的前提下，可用能将该工具连接至地面设备的其它任何的装置来取代电输电缆15，或者可以改变矿井工具的各个部件之间相对的配置，例如可将气体发生器放置在弹性波源1的下方。根据其构造，本发明装置适用于众多的传统应用中，例如a)用一包括一震源、一接收装置和一泡沫发生器的工具进行高分辨率震波勘探或测井记录；b)VSP型震波勘探，即直接用一地面震源和一与位于矿井内的泡沫发生器相关联的接收装置来进行，或者用反VSP型，即用一震源、一位于矿井内的泡沫发生器以及地面接收器来进行；或者c)从一个矿井到另一个矿井的震波勘探。权利要求1.一种用于通过弹性波来勘探矿井周围地层的、被向下放置到一矿井内位于连接装置(15)末端的矿井工具，包括至少一弹性波发射或接收装置(1，12)，包括一内藏式气体发生器(2)，所述气体发生器具有压力控制装置、并在矿井内输送流体，按要求来校准气泡以高效衰减传播在矿井内的井筒波。2.如权利要求1所述的矿井工具，其特征在于，包括一扩张阀(4)，所述扩张阀用于以预定的超过在所选深度上常用矿井压力的压力来输送气体，所述矿井工具还包括一多孔过滤器(7)，所述多孔过滤器用于校准被喷射的泡沫大小。3.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的矿井工具，其特征在于，所述气体发生器(2)包括一用于产生气体的烟火材料的燃烧腔(9)，还包括一用于装有燃烧所产生的气体的容器(3)。4.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的矿井工具，其特征在于，包括一用于烟火材料弹药包的分配器(11)以及另一装置(10)，所述装置当所述容器内的气体压力降至低于预定界限值时会在所述燃烧腔(9)中触发燃烧一个新的弹药包。5.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的矿井工具，其特征在于，包括气体收集装置(17)。6.如权利要求5所述的矿井工具，其特征在于，所述泡沫收集装置包括一呈现不连续性的部件，泡沫自行积聚其中。7.如权利要求6所述的矿井工具，其特征在于，所述部件是一层涂覆在工具的某一部分上的涂层。8.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的矿井工具，其特征在于，包括一弹性波发射及接收装置(1，12)。9.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的矿井工具，其特征在于，所述发射或接收装置(1，12)以及气体发生器(2)是相互固定的，并组合在一单个壳体内。10.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的矿井工具，其特征在于，所述矿井工具包括一接收装置(12)，所述接收装置包括若干个弹性波接收器，并与发射模件(1，2)相连，气体发生器插入在震源(1)及接收模件(12)之间。11.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的矿井工具，其特征在于，包括一电子模件(14)，所述电子模件用于接收由接收模件(12)的接收器所传送的信号，并且所述矿井工具通过一电输电缆(16)与一地面设备相连。全文摘要一种用于通过弹性波来勘探矿井周围地层的、被向下放置到一矿井内位于连接装置(15)末端的矿井工具,包括至少一弹性波发射或接收装置(1,12),包括一内藏式气体发生器(2),所述气体发生器具有压力控制装置、并在矿井内输送流体,按要求来校准气泡以高效衰减传播在矿井内的井筒波。适用于例如VSP型震波勘探及声学测井记录。文档编号E21B47/00GK1196488SQ98106989公开日1998年10月21日申请日期1998年4月14日优先权日1997年4月14日发明者帕特里克·梅尼耶,夏尔·纳维尔,西尔万·塞尔布特维兹申请人:法国石油研究所