专利名称:井下地震勘探仪器和装置的制作方法
本发明涉及地球物理勘探仪器和装置，特别是，虽然不是全部，涉及到下列通往地下的钻井、临时固定在钻井中规定的位置上、供接收行经地下地层的波、以分析地下结构用的井下地震仪器。
地球物理勘探用的井下地震勘探仪是地球物理勘探界所熟悉的仪器。这种仪器通常是细长形的，以便上下通过钻入地下钻井，一般带有地震检波器和机械固定器。地震检波器通常叫做拾震器。机械固定器用以临时将仪器固定到钻井的规定位置上，使仪器检测行经地层的地震波或干扰波。用这种井下地震勘探仪进行地球物理勘探时，先将勘探仪用电缆下列钻井中，在所要求的深度处临时固定到钻井壁上。地震波或干扰波由，例如，气枪产生，行经地层后由设在当时临时固定在钻井壁上勘探仪中的地震检波器进行检测。然后卸下勘探仪，下到另一个深度处，再临时固定到钻井壁上进行另一个测量。这样，勘探仪沿井孔上下来回移动，在勘探仪临时固定到钻井壁上时在不同的深度处进行测量。
一般现有技术的井下地震勘探仪体积特大，特别是长度，可达6米长，重量达17公斤。这主要是由于现有技术的勘探仪采用了机械固定装置。如上所述，勘探仪必须临时固定在钻井壁上，所以需要装设固定装置。现有技术的勘探仪通常采用转臂式的机械固定装置。正是由于采用这种机械固定装置，所以体积和重量必然加大。
因此，本发明的主要目的是消除现有技术中的上述缺陷，改进现有技术的井下地震勘探仪器和装置。
本发明的另一个目的是提供体积和重量比现有技术的仪器小得多的井下地震勘探仪。
本发明的又一个目的是提供适合在一种装置中使用的井下地震勘探仪。该装置是阵列式的装置，由许多同样的勘探仪串联在一根电缆上组成，可以临时固定到钻井壁上，同时又可以同时进行多点测量。
本发明的又另一个目的是提供一种由两部分组成的井下地震勘探仪。该仪器包括一个探测组件和一个运载器。探测组件有一个地震检波器。运载器接到电缆上，运载着探测组件。探测组件则在声学上与运载器隔离，但实质上安置在运载器中，这样可以提高被检测信号的信噪比。
本发明的又另一个目的是提供易于搬运、操作可靠的井下地震勘探仪。
根据本发明的一个方面，我们提供的是一种由两部分组成的井下地震勘探仪。这种仪器通常包括一个探测组件和一个运载器。探测组件中至少有一个地震检波器或拾震器。运载器与电缆相连，运载着探测组件。探测组件则实质上装在运载器中，但在声学上与运载器隔离。在本发明的最佳实施例中，探测组件通常呈圆柱形，运载器通常呈长筏形，因而可以在其上运载圆柱形的探测组件。在本发明的最佳实施例中，在运载器和探测组件之间设置了一个O形环，用以在声学上使运载器和探测组件彼此隔离。有了这种结构，就可以几乎完全消除沿井孔纵向行波的所谓管波和缆波的影响，因为，在这种情况下，只有运载器受到这种管波和缆波的影响。尽管主电缆可以在一列井下地震勘探装置固定就位之后松开，缆波还是会产生，而且经该一列勘探仪传输出去;而本发明的这种藉声学原理进行隔离的结构，可以防止这种缆波影响探测组件。
根据本发明的另一个方面，我们提供的井下地震勘探仪包括一个磁力固定器，用以将勘探装置固定到钻井的套管上，或从套管上卸下来;使用时，只要接通或断开磁力固定器的电源即可。这种磁力固定器最好是装在探测组件内，形成双部件井下地震勘探装置的一部分。磁力固定器接通时，磁力线扩散到探测组件外面，经钻井套管形成闭合磁路;电磁固定器断开时，磁力线短路，不能扩散出探测组件外。此外，探测组件最好设有电子模件，用以控制磁力固定器的操作情况，同时至少部分处理地震检波器检测到的信号。
在探测组件中装设双压电晶片振动器有好处，可用以在获得地震数据之前振动探测组件并测试其固定能力。
根据本发明的第三个方面，我们提供一列井下地震勘探仪，该勘探仪按一定间距装设在电缆上，并设有临时固定到钻井壁上用的固定器，且与测量调节装置并联耦合。
参看附图阅读下列详细说明，可以更清楚地了解本发明的其它目的和特点。
图1是海上地球物理勘探系统的示意图，这种系统应用本发明的勘探仪历来取得了良好的效果。
图2是陆上地球物理勘探系统的示意图，这种系统应用本发明的仪器，历来也取得了良好的效果。
图3是图2系统中的一个三滑轮导向器13的正视图。
图4是图3导向器13的侧视图。
图5a至图5c是说明导向器13工作原理用的示意图。
图6是本发明实施例中双部分井下地震勘探仪基本结构的示意图。
图7是图6结构的正视图。
图8是沿图6中Ⅰ-Ⅰ线截取的横剖面图。
图9a和图9b是沿图6中Ⅱ-Ⅱ线截取的横剖面图，用以说明仪器中固定器的工作原理。
图10是本发明双部分地震勘探仪具体实施例的示意图。
图11是图10勘探仪的部分剖面侧视图。
图12是沿图11中Ⅲ-Ⅲ线截取的剖面图。
图13是沿图11中Ⅳ-Ⅳ线截取的剖面图。
图14是图11结构的后视图。
图15是装配好并连接到电缆64上的井下地震勘探仪的立体示意图。
图16是探测组件44圆柱形外壳49的立体示意图。
图17是被装进外壳49的各元件的透视示意图。
图18是表示固定段56和驱动段57之间关系的示意图。
图19是测试/电动机开关段55的详细结构示意图。
图20是驱动段57的自动断路机构的示意图。
图21a和图21b是说明舌簧开关元件工作原理的示意图。
图22是特别用以表示电缆64和运载器39之间关系的部件分解和局部示意图。
图23和24是表示各种地球勘探仪两个应用实例的示意图。
图25是井下地震勘探仪的透视示意图，显示了电缆64的保护装置。
现在看看图1，图中的海上地球物理勘探系统采用了本发明的井下地震勘探仪的阵列。从图中可以看到，勘探系统包括勘探钻井平台1，平台上有一个测量调节装置1a，其上装有数据采集装置等。钻井2在海上勘探钻井平台1下面一直向地心延伸，套管3装在钻井2中以界定钻井2的井壁。如钻井技术中所熟知的，套管3是由多根圆柱形管一个接一个地串联组成的。在本示例中，重要的是套管3是由磁性材料制成的。钻井2在地下通过若干地层，图1中只表示了一个地层5。
井下电缆4从海上勘探钻井平台1往下延伸，进入钻井2中，其一端接到测量调节装置1a上，另一端接到重锤6上。重锤6对电缆4通过钻井2的下行运动起了辅助作用。多个(图示的例子为5个)井下地震勘探仪7互相间隔地附设在电缆4上。电缆4上的多个井下地震勘探仪7的上方还附有小车8，用以采集信号和进行遥测。井下地震勘探仪7可临时固定到套管3上以收集业已经地层传播的地震波。在图示的例子中，有些勘探仪7固定在井壁右侧，其它勘探仪固定在井壁左侧，如图所示。应该指出，勘探仪7通常是竖向排列，因此从同一个震源获得的数据可在不同的深度处同时收集。
震源10a设在离开海上勘探钻井平台的勘探船10上，通常是个气枪，发出地震波或干扰波。激励震源10a时，它发出地震波，经地下各地层传播开来。有些地震波通过各地层后直接到达成排的勘探仪7上，有些地震波在声抗发生变化的两地层间的界面被反射回来后才回到成排的勘探仪7上。
在实际操作中，井下地震仪7经钻井2下送至所要求的位置后，临时固定到套管3上。这时，激励离海上钻井平台1一段距离的震源10a使它发出地震波。于是勘探仪7收集经各地层传播后直接或反射回来的地震波，并将收集到的数据通过电缆4传送到测量控制装置1a。从套管3上解开勘探仪7之后，将成排的勘探仪7竖向移动，安置在各个不同深度处，再次将勘探仪7固定到套管3上，接着又激励震源10a，用成排的勘探仪7收集地震波。这样以这种方式令成排的勘探仪沿钻井2在竖向方向上移动，同时一会儿将勘探仪7固定到套管3上一会儿又解下来，收集着不同深度处的地震信息。成排的勘探仪7能收集来自同一震源10a的地震信息，这不仅提高了数据采集的可靠性，而且大大缩短了在不同深度进行测量所需的时间，因此，这显然比只用一个地震勘探仪的现有技术好得多。
应该指出，震源10a可以安置在距海上勘探钻井平台1不同水平距离的位置上，如图中各箭头A所示，必要时，可以在各不同水平距离A的情况下，分别令成排勘探仪7上下来回移动。
图2是陆上地球物理勘探系统，该系统采用了本发明成排的井下地震仪。如图所示，钻井2从地面G向地下延伸，套管3装进钻井2中，形成钻井的圆柱形壁。勘探车11装载着测量控制装置(图中未示出)，停靠在距钻井2的出口不远的地面G上。拥有大卷筒12a的绞车12安置在毗邻勘探车11的地方，卷筒12a上绕着电缆4，多个井下地震仪7就互相间隔地固定在电缆4上。绞车卷筒可转动地被支撑在绞车12上。当卷筒12a反时针转动时，缆绳4从卷筒12a上卷开，经三滑轮导向器13下送到钻井2中，导向器13则藉链14吊挂在应有的位置上。应该指出，此三滑轮导向器13当然也可应用在上述海上勘探系统中。
三滑轮导向器13的详细结构如图3和图4所示。从图中可以看到，导向器13有一个倒挂的u形支架13a，挂钩13b即固定在u形支架13a上。支架13a支撑着一对三角板13c，并可绕三角板13c转动，三个滑轮13d即支撑在两个三角板13c之间，并可绕三角板上的轮轴转动。要理解此导向器13的工作原理，最好参看图5a至图5c。如图5a所示，电缆4从卷筒12a上卷开时，由于受到重锤6的拉力，因而朝箭头所示的方向前进，于是其中的一个地震勘探仪7就骑在两个滑轮13d上。这时，电缆4继续前行，该对三角板13c顺时针转动，如图5b中的箭头所示，同时使勘探仪7继续骑在两个相邻滑轮13d上。图5b表示该对三角板13c已转动60度的情况。这时，电缆4继续前行，勘探仪7离开滑轮13d，该对三角板13c就取图5c所示的位置，在下一个勘探仪7到来之前，维持不动。这样，每次其中一个勘探仪7通过导向器13时，该对三角板13c就转120°。
让我们通过图6至图8详细说明图1和图2勘探系统中所采用井下地震勘探仪7。应该指出，图6至图8全部仅是示意图，旨在协助读者理解本发明的井下地震勘探仪的重要部分。如图6所示，井下地震勘探仪7的结构由两部分组成(1)运载器19，包括一对端座22a和22b，和一对侧座23a和23b;(2)探测组件25。井下地震勘探仪7装配好之后，运载器19的端座22a、22b与侧座23a、23b之间形成内腔，探测组件25即藉O形环24a和24b在这个内腔中固定就位。有了O形环24a和24b，探测组件25才能在声学上与运载器19隔离，尽管探测组件25被支撑在运载器19中应有的位置上。
从图6中可以看到，运载器19的前端座22a的中心有一个孔，电缆20a即从这个孔穿过延伸出去。一个挡块21a被固定在电缆20a的一端，用以使电缆20a与前端座22a相结合。电缆20a含有许多导线30，有些导线接到探测组件25的接线柱27上，其它导线30则通入前端座22a的导线通道28a。运载器19还有一个后端座22b，其结构与前端座22a相同。后端座22b上嵌有电缆20b，并设有一对导线通道28b。电缆20b的一端有一个挡块21b。装配好之后，侧座23a和23b在前后端座22a和22b之间平行延伸。各侧座23a和23b呈细长形，架设在前后端座22a和22b之间。侧座23a和23b部有一部分凹进去，分别形成中间导线通道29a和29b，于是导线通道28a、29a(或29b)和28b就形成一个导管。有了这个导管，则当勘探仪7如图1或图2那样成列配置时，勘探仪7就能与测量调节装置1a之类的主装置并联连接，这样，当其中一个勘探仪7出故障时，不会使整个设备停工，因此，设置这种导管大有好处。
探测组件25通常呈细长的圆柱形，安装在运载器19形成的内部空间内，可以防止管波和缆波传到探测组件，因而提高了信噪比。探测组件25由运载器19支撑，但由于这种支撑是通过O形环24a和24b进行的，因此探测组件25可在声学上与运载器19隔离。为达到此目的，O形环24a和24b最好由橡胶等弹性材料制成。探测组件25的前端形成一个环座，O形环24就座落在这个环座中。探测组件25的后端也形成同样的环座，上面装设着O形环24b。O形环24a和24b支撑在端座22a和22b在前端形成的凸肩上。
探测组件25通常由S1至S4四段组成，沿纵轴线方向上排列。S1段是控制段，里面装有控制勘探仪7用的各种电子设备。S2段是检测段，里面至少有一个地震检波器或拾震器。S3段是固定段，用以将探测组件25临时固定到套管3上。S4段是驱动段，用以驱动S3固定段。在最佳实施例中，固定段S3有一个采用永久磁铁的磁力固定器。固定段S3还有一对夹紧板26a和26b，彼此几乎平行地装设在探测组件25的两侧，形成两个磁极磁力线磁路的一部分。应该指出，夹紧板26a和26b各有一个顶部配合侧面31与套管3的内周边表面紧密接触。配合侧面31要有一定的斜度或曲面以与套管3的内周边表面紧密接触。因此，当勘探仪7固定到套管3上时，只是探测组件25有效地固定到套管3上，同时夹紧板26a和26b的配合面31与套管3内周边表面接触，因而探测组件25实际上与运载器19隔离，不受运载器19振动的影响。不言而喻，探测组件25可用两种方式固定到套管3上，即朝上固定或朝下固定，如图7和图8所示。必要时，可以设一个偏心器，使勘探仪7更接近套管，这是勘探作业中公知的做法。
图9a和9b是S3电磁固定器段内部结构的示意图。从图中可以看到，探测组件25有一个圆柱形外壳35，既不漏气又压力密闭，里面装有各种元件。外壳35的内周边表面上有一对上磁通分路器32a和下磁通分路器32b，还有一对左磁通定位元件33a和右磁通定位元件33b。分路器32a和32b由非导磁性材料制成，磁通定位元件33a和33b由导磁材料制成，形成上述磁极片的一部分。分路器32a、32b和定位元件33a、33b装配好之后几乎形成一个环，如图9a和9b所示。在此环内，配置着永久磁铁34。该磁铁有一对磁极N和S，通常呈圆柱形，支承在一个轴上，可绕该轴转动。磁铁34最好由稀土金属钴制成。如上所述，夹持板26a和26b也是由导磁材料制成，因而它们也形成两个磁极片的一部分。
现在让我们参看图9a和9b说明上述电磁固定器的工作原理。如上所述，永久磁铁34可相对于固定在外壳35上的分路器32a、32b及定位元件33a、33b转动，而当磁铁34如图9a所示的那样取向，即其N极和S极分别处于上下位置靠近磁通分路器32a和32b时，磁力线经相应的磁通定位元件33a(33b)和夹持板26a(26b)而在N极和S极之间形成短路，如图9a中的虚线所示。这种情况叫做“断开”表示固定器不起固定作用。反之，若磁铁34从图9a所示的位置转了一个90度角，则磁铁34的N极和S极取一左一右的位置取向(图9b)，即靠近磁通定位元件33a和33b。在这种情况下，由于非导磁性材料制成的磁通分路器32b(32a)处在磁通定位元件33a和33b之间，从N极出来的磁力线具有朝探测组件25外面走的倾向。由于夹持板26a和26b系导磁性材料制成的，因此在该对夹持板26a和26b和套管3上就形成一个闭合磁路，如图9b中的虚线所示。结果，磁力就使夹持板26a和26b紧固到套管3上。由于勘探仪7或探测组件25系紧固到套管3上，因此这种情况称之为“接通”。配合面31和套管3内周边表面之间的间隙最好尽量小，最理想是零，以提高固定的效果。
因此可以理解，每次圆柱形磁铁34转动90度时，固定器就交替地处于“接通”与“断开”的状态。因此，固定器“接通”或“断开”所需要的条件不是别的，仅仅是圆柱磁铁34的转动。这个特点大有好处，因为固定过程所需要的转矩基本上恒定，而且远小于杠杆作用等位移运动所需要的转矩。有如下述，磁铁34的驱动器可以简单地采用电动机，这样可以使勘探仪7的结构，体积小，重量轻。
现在让我们参看图10到图22来详细说明本发明的井下地震勘探仪。此具体实施例的基本结构示意图如图6至图8所示。因此，本发明的勘探仪由两部分组成运载器39和探测组件44。运载器39由一对上前端座60和下前端座40、一对上后端座61和下后端座41、和一对侧座42和43所组成。应该指出，上前端座60和下前端座40在结构上很相似，其次要差别在于，装配时，它们的配合面形成前端座装配件。
图10是井下地震勘探仪的平面图，上前端座60和上后端座61已卸掉，探测组件44沿水平纵向平面分段。如图所示，下前端座40又扁又细长，前面有一个半圆形截面的底槽40a，这个底槽，和在上前端座60上的前顶槽60a(也是半圆形截面)一起，形成一个口，电缆即从这个口通过。所用的电缆通常是一种合成电缆，由一根钢丝、围绕钢丝的多根绝缘导线和封包钢丝和导线的保护外皮组成。该口最好套上的橡皮套管，以保护电缆。端座40上还设有锁紧承口40b，用以承接紧附在电缆钢丝上的挡块，这些将在后面谈到。端座40上还有一对凹进去的导线通道40c1和40c2，从沟槽40a分叉延伸。这些导线通道40c1和40c2连到中间导线通道42c和43c中(图12)，分别凹进侧座42和43中。端座40上还有导线引入通道40c3，与导线通道40c1连通。这样，电缆导线分两路沿分叉导线通道40c1和40c2敷设，一些沿通道40c1敷设的导线沿导线引入通道40c3敷设，接到探测组件44的连接器47上。在图示的实施例中，端座40的后端有一个倾斜的凸肩40d。
从图11中可以看到，上前端座60和下前端座40凑在一起，形成口40a、通道40c和周边连续向内倾斜的凸肩40d。上下后端座61和41虽然有些不同，但还是根据同一原则制成的。例如，下后端座41上设有半圆形截面的沟槽41a、锁紧承口41b、一对分叉导线通道41c1和41c2和倾斜凸肩41d。但应该指出，各端座40、41、60和61都设有一对接合的凸台，例如，端座41上有凸台41e，端座61上有凸台61e，如图11所示，各凸台都可与设在各侧座的相应接合槽口接合，例如，侧座42上的接合槽口是42a和42b，侧座43上的接口槽口是43a和43b。
运载器39装配好之后，形成两边开口的内部空间，探测组件44即装在这个内部空间中。探测组件44通常呈圆柱形，由四段组成，前面我们已参考图6说明过了。详细地说，探测组件44包括圆柱形外壳49和一对前后端件48和53，前后端件48和53用封接的方式固定到外壳49的有关端。前端件48上有连接器47，连接器47向前延伸到探测组件44外面，且与内接线柱47a相连。前端件48上还设有环形凸件48a，弹性O形环45即座落在此环形凸件所形成的环座中。环形凸件48a也作为挡块凸缘，圆柱形外壳49的一端就靠在这个凸缘上。此外，前端件48还设有一对环形沟槽48b，沟槽中的可装弹性O形环以提高密封效果。
在圆柱形外壳49内与前端件48相邻的地方是控制段50。控制段内装有一对印刷电路板50b，固定在支撑板50c上。各印刷电路板上装有各色各样的电气和电子元件，例如，集成电路芯片50a等。控制段50与数据采集系统之类的主装置有电气联系，本发明的地震勘探仪的整个操作程序，例如，固定或解开程序、地震数据的检测等，都由控制段50控制。检测器段54在控制段50后面，里面配置着一个或多个地震检波器或拾震器。检测器段54中最好设三个结构完全相同但彼此垂直取向的地震检波器。三个完全相同的地震检波器这种配置方式使它们可以采集任何方向的地震信号，因而大有好处。
检测器54之后是测试/电动机开关段55。此段包括压电振动器和电动机开关。压电振动器用以测定固定器的固定情况。电动机开关用以自动切断改变固定/解开操作用的驱动源，这将在后面谈到。固定段56在测试/电动机开关段55之后，正如后面将谈到的，固定段56有一个采用永久磁铁的磁力固定器。从图13的剖面图中可以看到，固定段51还设有一对夹持板51和52，两个夹持板纵向平行排列，彼此相隔一段距离。夹持板51和52由导磁材料制成，固定到圆柱形外壳49上并成为圆柱形外壳48的一部分。应该指出，夹持板51和52的横向长度比圆柱形外壳49的外径大，且它们的侧面51a和52a是一个斜面、曲面或可适当进行加工，使得当固定器处于固定夹持状态时，这些侧面可与套管3的内周边表面紧密接触，以便能在给定条件下获得最大的吸持力。这是因为，侧面51a或52a和套管3之间存在的任何间隙都具有降低磁通密度的倾向，从而削弱磁吸持力。
从图13能清楚地看到，固定段56有一对上下磁通分路器72a和72b和一对侧面定位元件71a和71b。分路器72a和72b由非导磁材料制成。定位元件71a和71b由导磁材料制成。这些分路器72a、72b和定位元件71a、71b通常以支撑环的形式沿圆柱形外壳49内周边表面排列，并固定在该表面上。具有一对磁极N和S、最好是稀土金属钴制成的圆柱形永久磁铁70配置在分路器72a、72b和侧面定位元件71a、71b形成的支撑环中，并能绕支撑环中的一个轴转动。图13中的结构基本上与图9a和9b所示的相同，因此只要参看与图9a和9b有关的那部分说明，固定段的工作原理当可以不说自明。因此，显然，图13所示的情况相当于“断开”的情况，在这种情况下，磁力线被短接，固定器处于解开状态。
固定段56后面是驱动段57。此段系用以转动固定段56中的永久磁铁70。驱动段57基本上可分为两个分段直流电动机和齿轮组件，这些后面将谈到。驱动段57有一个驱动轴57a，此轴工作时与永久磁铁70耦合。后面读者将可了解，当驱动段57的直流电动机得电时，永久磁铁70开始转动，而当永久磁铁70转了90度之后，电动机开关段55就自动检测出这一切，从而形成固定器“固定/解开”的情况。
此外还应该指出，后端件53也以封接的方式固定到圆柱形外壳49的后端上。后端件53有一个环形凸件53a和环座。环形凸件作为挡块凸缘紧俟着圆柱形外壳49后端。环座用以承接弹性O形环46，使其固定就位。弹性O形环46介在环形凸件53a和上下后端座61和41的倾斜凸件61d和41d(图中未示出)之间。如上所述，O形环45和46介于运载器39和探测组件44之间，有效地起了缓冲器吸收振动的作用，从而防止了各种不希望有的震动(例如，管波所产生的振动)影响探测组件。此外，这样还可以防止通过井下电缆传送的其它不希望有的震动经运载器39加到探测组件上。在这种意义上，探测组件44在声学上是与运载器39隔绝的。
图15是本发明的井下地震勘探仪装配好之后接到井下电缆64两端时总结构的透视图。如上所述，地震勘探仪包括运载器39和探测组件44。运载器39通常呈长筏形，在另一侧有一个内腔39a。探测组件44用弹性O形环45和46装在内腔39a中，O形环则介在运载器39和探测组件44之间。在这种结构形式下，需要经常固定，进行地震测量用的探测组件44，长约0.25米，重约4公斤。当然，由于运载器39事实上构成电缆64的一部分，而且在地震测量有关的功能方面与探测组件44是隔离的，因此，运载器39基本上可取任意长度和重量。
现在让我们参看图16至图19来详细说明探测组件44的内部结构。如图16所示，实质上形成探测组件44外罩的圆柱形外壳49上固定有一对夹持板51和52。这就是说，在制造过程中，需要把圆柱形外壳49，部分割开，来安装夹持板51和52。往外壳49上固定夹持板可采用，例如，焊接的方法。在圆柱形外壳49前端开了一对安装孔49a，螺栓可通过此安装孔插进前端件48上有丝扣的孔48c，由此将前端件48固定到外壳49上的。
图17是探测组件44里所装的组件。前面已经谈到该组件包括控制段50、检测段54、测试/电动机开关段55、固定段56和驱动段57、顺次按以上次序从前端排列到后端。控制段50有一个支撑板，该支撑板的一端固定在前端件48上，另一端固定到检测器54上。支撑板两侧固定有两个印刷电路板50b，各印刷电路板50b上装有各种电气和电子元件50a。前端件48上外部接线柱47b，连接器47即罩在接线柱47b上。前端件48的环形槽48b中装有一对橡皮O形环65。前面谈过，前端件48还设有一对带丝扣的孔48c，图17中只看到其中一个，用以用螺栓将前端件48和圆柱形外壳49连接在一起。
检测器段54可采用行家们熟知的任何适当型式的地震检波器。
测试/电动机开关段55详细结构示意图如图19所示。从图中可以看到，此段55包括轮廓相同的四个板，四个板一个叠一个地装配在一起。开关板80上有一对彼此垂直成“T”字形配置的细长槽80a和80b，各槽中相应设有舌簧开关元件81a和81b，此元件至少部分落在各槽80a和80b，中。此外还有开关隔板82，板上有T字形槽82a，与舌簧开关元件81a和81b的T字形配置方式相对应。
再就是备有压电震动器板83，板上有矩形槽83a，槽中装有一般由双压电晶片组成的压电振动器84。在图示的实例中，压电振动器84呈长方形，有一端用固定元件84a以悬臂方式固定到板83上。这样，压电振动器84得电时就振动，同时使探测组件44振动，从而检测探测组件44与套管3之间的结合固定情况。最后一个板是振动间隔板85。板上有矩形槽85a，压电振动器84即装在这个槽中一至少有一部分落入槽中。采用压电振动器比采用一般的拾震器式振动器具有这样的好处消除了振动器与检测用的拾震器之间产生电磁耦合的危险性，因而无需为保证振动器与拾震器之间一定的间距而占用较大的空间，从而使探测组件更为紧凑。此外，压电振动器本身大体上比拾震器小，进一步减少了所占用的空间。
图18详细表示了固定段56和驱动段57之间的关系。前面已经说过，固定段56包括一对由非导磁材料制成的上下分路器72a和72b，和一对由导磁材料制成的左右定位元件71a和71b。分路器和定位元件通常按支撑环的形式配置。一对磁极N和S的永久磁铁70被装设在支撑环中并可转动。磁铁70中心有一个矩形截面的接收孔70a。另一方面，驱动段57包括直流电动机57′和齿轮组件57″。齿轮组件57″运转时与直流电动机57′联接。齿轮组件57″有一个驱动轴57a突出来，轴的截面呈矩形，与承接孔70a相对应，以便插入承接孔70a中。这样，圆柱形磁铁70工作时与直流电动机57′联接，通过承接孔70a与驱动轴57a之间的接合而转动。
图20表示固定段56与开关板80相对位置的示意图。如图所示，舌簧开关81a竖向配置，另一舌簧开关81b水平配置。竖向配置舌簧开关81的一个端子接到开关86的第一个接点86a上，另一端子接到直流电动机57，并接到水平舌簧开关81b的一个端子，舌簧开关81b的另一个端子则接到开关86的第二个接点86b，开关86有一个公共接点86c，它通过电源87而被接到直流电动机57上。现在参看图21a和21b先简单介绍具有一对端子88a和88b的舌簧开关81的工作情况。如图21a所示，若磁力线MF的方向垂直于舌簧开关81，则舌簧开关81就被调到断开的状态，因而两个端子88a和88b不接通;而若磁力线MF的方向平行于舌簧开关81，则舌簧开关81就被调到接通的状态，因而两个端子88a和88b彼此相连。
在图20所示的情况下，可转动的磁铁70的取向使其一对磁极N和S处于水平位置。因此，由于这时磁力线的方向垂直于舌簧开关81a，所以舌簧开关81a保持断开状态。另一方面，由于这时磁力线的方向平行于舌簧开关81b，所以舌簧开关81b保持接通状态。由于舌簧开关81a断开，因此虽然开关86的公共接点86c，如图所示，接到第一个接点86a上，但驱动器57仍没有电流供应。若开关86动作而使其公共接点86c与第二个接点86b相连，则由于舌簧开关81b处于接通状态，所以驱动器57有电流供应。结果，直流电动机57′驱动磁铁70转动，而磁铁70一转动，它所产生的磁力线的方向也跟着转动。于是当磁铁70转了90度时，磁力线的方向变得垂直于水平舌簧开关81b，这促使舌簧开关81b断开，自动切断直流电动机57′的电流供应，从而使磁铁70停止转动。与此同时，由于这时磁力线的方向平行竖向舌簧开关81a，竖向舌簧开关81a接通。这样，由于舌簧开关81a和81b按T字形或彼此垂直地配置，所以每次开关86一动作，就驱动磁铁70转90度角。当然，开关86是由装在控制段50中印刷电路板50b的电子开关完美履行其任务的。
现在让我们把页面翻到图22和25来详细介绍复合电缆64与运载器之间的关系。图22表示探测组件44和运载器39的局部元件分解示意图，探测元件44安置在运载器39的上方，运载器39的上前端座60已揭开。如图所示，复合电缆64包括电缆的核心-钢丝90、多根围绕钢丝周围的绝缘导线92和保护外皮93。钢丝90的一端固定在挡块91中，挡块91座落在锁紧承口40b中，锁紧承口则与下前端座40铸成一个整体。电缆64部分安装在下前端座40的槽40a中。因此，运载器39是通过挡块91与锁紧承口40b之间的接合以机械方式与电缆64相连的。此外，如图25所示，电缆64最好在其与运载器39连接处用结实的弹性套管95加以保护，使其不至于，例如，在将勘探仪运到现场放进钻井中时，由于过度弯曲而损坏。这些套管封包并沿电缆64伸延，其在运载器39的端部处设有安装环96，安装环则用螺钉固定(图中未示出)。套管95相当结实，足以限制运载器39附近电缆产生的弯曲，甚至限制在垂直于运载器39的方向上曳电缆时所产生的弯曲。
导线92沿锁紧承口40b两侧的分叉导线通道敷设，并分别进入侧座42和43中的导管通道42c和43c。如图22所示，有些导线92(图中所示为四条导线)通过引入通道40c接到探测组件44上的接头47。应该指出，在座40的底边上可以看到一个朝里倾斜的凸肩40d，弹性O形环45即装在这个凸肩中。通过引入通道40c的导线端都套在普通橡皮套管93中，以保护导线92与接头47之间的接线。
若井下地震勘探仪采用上述由运载器和探测组件两部分组成的结构，则只要把探测组件固定到钻井套管上即可，这样，探测组件就可以变得又小又轻，采集到的数据既准确又可靠。因此，这种地震勘探仪可如上所述以阵列式的形式装在勘探装置中，或与诸如声学和密度仪器之类的其它地球物理勘探仪配合使用。
图23和24的示意图是这种应用的两个实例。图23中的组合仪器是用以检查爆炸勘察用的，它由复合仪器100和一系列井下地震勘探仪7组成。复合仪器100则由声波勘探仪100a、密度勘探仪100b和井下地震阵列式套筒100c组成。成排勘探仪7用的井下地震阵列式套筒100c中装有信号采集和遥测用的各种电子设备。应该指出，正如勘探业行家们所熟知的那样，在声波勘探仪100a上部可设头鼻(head nose)，同样在井下地震阵列套筒100c底部可设底鼻(bottom nose)。采用这种配置方式，可以同时测定声波、密度和地震到达时间。地震到达时间用以纠正实时声速测井记录。在电缆4上按一定间距设置的两个井下地震勘探仪可用以精确测定△T-地震波从一个勘探仪传到下一个勘探仪所需要的时间。
另一方面，图24中所示的另一种组合仪器是用以进行三维空间竖向地震剖面绘图，这是勘探业所熟知的一种技术，可以同时记录上行及下行波列。在偏斜测井或偏斜竖向地震剖面绘图过程中，知道地震信号传来的方向非常有用。一般都采用拾震器万向支架，但万向支架结构复杂，可靠性低，而且占用很大的安装空间，使整个装置变得又庞大又笨重。另一种办法是将阵列式井下地震仪与陀螺导航仪、套管接箍定位器、γ射线仪组合使用，这样可以按仪器的取向提供三维信息。陀螺导航仪、套管接箍定位器、γ射线仪都是勘探界周知的仪器。陀螺导航仪用以测绘钻井的外形，套管接箍定位器和γ射线仪组合使用可以测出仪器与地下地层之间的相对位置。根据这个原理，图24中所示的组合仪器包括阵列式井下地震套筒101c、一列地震勘探仪7和复合仪器102。复合仪器102由陀螺导航仪102a、套管接箍仪器102b和γ射线仪器102c组成复合仪器102设在电缆4的底端，同时作为重锤，对整个组合仪器沿井孔的下行移动起辅助作用。套管接箍定位器和γ射线仪就是采用这种结构将相对于套管接箍的深度标度与地层联系起来。由于钻井的外形可以根据井下地震勘探仪7的倾斜得出信息从陀螺导航仪记录图表上求出，因此，对各级仪器来说，地震波在三维空间的传播运动可分解成笛卡儿座标，即一个垂直分量和两个水平分量。
正如上面已详细介绍过的那样，本发明提供的是一种能高度准确进行地球物理勘探的井下地震勘探仪。由于该仪器体积小，重量轻，所以可以将许多个仪器组成阵列式的装置。这样，地震测量就可以利用同一个震源在多个不同的深度处同时进行，这显然大大缩短了测量所需要的时间，显著提高了测量的可靠性和精确性。此外，如果利用磁力固定器将勘探仪临时固定到钻井套管上，则地震勘探仪的整个结构就变得更加紧凑、体积更小。地震勘探仪除可设计成运载器和探测组件两部分式的结构外，还可以设计成这样的结构只要探测组件固定到钻井的套管上，这样可以进一步提高地震测量的精确性。在本发明的最佳实施例中，磁力固定器装在探测组件中。在两部分式的结构中，在运载器和探测组件之间装了一个振动缓冲器，探测组件在声学上与运载器及井下电缆隔绝，因而防止了任何不希望有的振动被传送到里面装有地震检波器等各种检测器的探测组件中，从而使测量过程可以在高信噪比的情况下进行。此外，在运载器中设了导管通道，则各地震勘探仪成排装设时，可与主装置并联电气连接，因而局部发生故障时不会影响全局。
本书在这里已经介绍了本发明的井下地震勘探仪和装置。虽然我们列举了许多具体的实施例，但本发明并不受该诸实施例的限制。因此，正如本专业行家们所周知的，在不脱离本书所附的各权利要求
的精神及范围内，可以对上述本发明进行各种改变和修改。
权利要求
1.一种地球物理勘探仪，用以勘测钻井所通过的地层，该勘探仪的特征在于，它由下列各部部分组成探测装置，具有检测所希望检测的地球物理数据用的检测装置和将所说的探测装置固定到钻井壁上用的固定装置；运载装置，用以运载所说的探测装置和适宜连接电缆之用；和缓冲装置，介在所说的探测装置和所说的运载装置之间，因而可以在所说的探测装置固定到钻井壁上时，减少传递到运载装置与所说的探测装置之间的振动量。
2.权利要求
1提出的勘探仪，其特征在于，所说的探测装置包括驱动装置、控制装置和一个外壳;驱动装置用以驱动所说的固定装置;控制装置用以控制所说和检测装置和所说的固定装置的工作情况;外壳通常呈细长形，所说的检测装置、固定装置、驱动装置和控制装置即按次序纵向排列在此外壳中。
3.权利要求
1或权利要求
2提出的勘探仪，其特征在于，所说的运载装置包括一个前端座、与该前端座隔一段距离设置的一个后端座，和一对侧座，该一对侧座在所说的前后端座之间平行设置，在所说的各座之间形成内腔，所说的探测装置即装在该内腔中。
4.权利要求
3提出的勘探仪，其特征在于，所说的前后端座的边上都有一个凸肩与所说的探测装置毗邻，探测装置面对相应凸肩的各端有一个环座，所说的缓冲装置包括一个弹性O形环并被夹在所说的凸肩与所说的环座之间。
5.权利要求
3或4提出的勘探仪，其特征在于，所说的前端座适宜连接到电缆的第一个点，所说的后端座适宜连接到该电缆的第二个点，而且所说的该对侧座中至少有一个具有导管通道、用以敷设所说电缆的导线。
6.上述任何一项权利要求
提出的勘探仪，其特征在于，所说的固定装置包括磁通发生装置和磁通路径改变装置，磁通路径改变装置用以在“断开”状态和“接通”状态之间改变所说的磁通发生装置所产生的磁通的路径;在“断开”状态下，所说的磁通循着所说的固定装置的内部路径走，在“接通”状态下，所说的磁通循着延伸在所说的固定装置外面的路径走，藉磁吸力固定所说的探测装置。
7.一种地球物理勘探仪，用以勘探钻井所通过的地层，该勘探仪包括探测装置和固定装置;探测装置具有检测所希望检测的地球物理数据用的检测装置;固定装置用以将所说的探测装置固定到钻井壁上;该勘探仪的特征在于，所说的固定装置包括磁通发生装置和磁通路径改变装置;磁通路径改变装置用以在“断开”和“接通”状态之间改变所说的磁通发生装置所产生的磁通的路径;在“断开”状态下，所说的磁通循着所说的固定装置的内部路径走;在“接通”状态下，所说的磁通循着延伸在所说的固定装置外面的路径走，藉磁吸力固定所说的探测装置。
8.权利要求
6或7提出的勘探仪，其特征在于所说的磁通发生装置是一个支承在一个枢轴上可绕该枢轴转动的永久磁铁，该永久磁铁有一对径向配置的N极和S极。
9.权利要求
8提出的勘探仪，其特征在于，所说的磁通路径改变装置包括一个电动机、一对夹持板和一对分路器，该电动机用以转动所说的磁铁，该对夹持板平行配置在所说的磁铁两侧，由导磁材料制成，该对分路器配置在所说的磁铁两侧，介在所说的一对夹持板之间，并由非导磁材料制成。
10.权利要求
9提出的勘探仪，其特征在于，各所说的夹持板对向的两侧有一对配合面，配合面的轮廓加工成可与钻井套管的内面接触的形状。
11.权利要求
9提出的勘探仪，其特征在于，具有一个自动停止装置，用以在所说的磁铁转了预定角度后，将所说的电动机停下来。
12.权利要求
11提出的勘探仪，其特征在于，所说的自动停止装置包括一对舌簧开关，彼此相互垂直地装设在所说的磁铁附近。
13.上述任何一条权利要求
提出的勘探仪，其特征在于，所说的检测装置包括至少一个地震检波器。
14.上述任何一条权利要求
提出的勘探仪，其特征在于，具有一个振动所说的探测装置用的压电振动装置。
15.权利要求
14提出的勘探仪，其特征在于，所说的压电振动装置是一个双压电晶片元件。
16.勘测钻井所通过的地层用的地球物理勘探装置，其特征在于，它包括下列各部分一根电缆，适宜在钻井中移动;多个地球物理勘探仪，以一定的间距附着在所说的电缆上;各所说的多个地球物理勘探仪包括临时将所说的勘探仪固定到所说的钻井壁上用的固定装置;和一个测量控制装置，并联接到各所说的多个地球物理勘探仪上。
17.权利要求
16提出的勘探装置，其特征在于，所说的固定装置包括藉吸力固定所说的勘探仪用的磁力固定器。
18.权利要求
16或17提出的勘探装置，其特征在于，各所说的勘探仪包括运载装置和探测装置，该运载装置附在所说的电缆上，通过缓冲装置运载所说的探测装置;缓冲装置则用以在声学上将所说的探测装置与所说的运载装置进行隔离，且所说的固定装置装设在所说的探测装置中，从而使得只有所说的探测装置固定到所说的钻井壁上。
19.权利要求
18提出的勘探装置，其特征在于，所说的探测装置设有至少一个地震检波器，用以在所说的探测装置固定到所说的钻井壁上时，进行地震测量。
20.权利要求
18或19提出的勘探装置，其特征在于，所说的探测装置设有压电振动器，用以振动所说的探测装置。
专利摘要
一种地下勘探仪，包括一个地震检波器和一个磁力固定器。该固定器由O形环固定在开口运载器中，该运载器可固定到一根连有一系列这种勘探仪的电缆上。该系列的勘探仪被放下到装有套管的钻井中，而磁力固定器被开动，将勘探仪临时固定于套管。被地震检波器所检测到的地震信号通过电缆而被传送到地面，而O形环作为减少或消除来自钻井流体及电缆并通过运载器对地震检波器的振动。勘探仪系列然后被解开并移到钻井的另一个位置重复以上操作。
文档编号G01V1/40GK86105507SQ86105507
公开日1987年3月4日 申请日期1986年7月23日
发明者镰田正博, 片山志富, 弗朗西斯·蒙斯, 罗伯特·波特 申请人:施卢默格海外有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan