CN101349759B - 地震勘探震源炮孔的封堵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地震勘探震源炮孔的封堵方法。地震勘探震源炮孔的封堵方法，其特征在于它包括如下步骤：1)地震勘探封孔剂成型筒的准备；2)将封孔剂从内衬的开口端装入内衬内，密实到要求的装药密度，然后将装封孔剂的内衬放入塑料外壳的内腔内，形成一节地震勘探封孔剂药柱；3)震源炮孔装填完震源药包后，将2～6节地震勘探封孔剂药柱相互连接起来，形成地震勘探封孔剂药柱组，装入震源炮孔内，确认落到震源炮孔底；地震勘探封孔剂药柱组装入震源炮孔时，使震源炮孔中的水淹没地震勘探封孔剂药柱组。该封堵方法解决了震源药包能量过早扩散和损失过大的技术难题，在同等条件下提高了地震勘探的探测深度和勘探精确度，也减弱了地震勘探爆破作用对环境的影响。
Description
技术领域
本发明属于地震勘探技术领域，具体涉及地震勘探震源炮孔的封堵方法。
背景技术
地震勘探是地球物理勘探的一种方法，它依据的是岩石的弹性。地震勘探采用人工的方法在岩石中激发弹性波(地震波)，沿测线的不同位置用地震勘探仪器检测大地的震动；把检测数据以数字形式记录存储，通过计算机处理来提取有意义的信息；最终以地质解释的形式显示其勘探的结果；从而达到查明地质构造和普查探矿的目的。地震探矿已成为石油勘探中最有效的方法，据统计1977年以来发达国家在石油勘探方面的总投资中，有90％用于地震勘探。在我国，自大庆油田发现以来，新发现的油田有90％以上也是用地震勘探方法查明的。
地震勘探最常用的方法是在地表软岩层钻凿一定深度的炮孔，孔深一般十到几十米，孔径60至120毫米，在孔底装入震源药包，然后进行一定长度的堵塞。最后起爆激起地震波，通过地震波的反射分析来判断地下资源赋存状况。此方法称为井中爆破地震勘探。
在井中爆破中，堵塞材料多种多样，但效果却不能令人满意。常规的堵塞都是用碎岩屑，有时候由于地下水的关系，施工单位干脆不堵塞，直接利用水来封堵药包。这种方法给地震勘探的精度和深度都带来很大影响。地震勘探的原理就是利用地震波全部向地层传播，堵塞质量的好与坏直接影响到震源向下传播的能量大小。若堵塞不密实，首先会影响到起始波向下的作用，探测深度也会随之降低；其次对反射波的精度也会产生影响，炸药起爆以后，主波向下传播，一部分波向上传播，这部分波的能量很大，不能忽略，这些波到达地表后，小部分透射，大部分反射，而反射波会与主波传递反射回来的波进行叠加，会影响到地震波的参数，在检波器对这些参数分析的时候可能会出现误判；另外，到达地表的波如能量过大会直接会影响到地面环境安全；再次，堵塞不密实会出现冲孔，带来飞石等危害，是一个安全隐患。
参考文献如下：
1.汪传松.新旧炮孔堵塞材料堵塞性能的初步比较[J]工程爆破1999.(4)：12～15
研究岩矿爆破的炮孔采用的封堵材料，通过比较新(粉料、砂和催化剂等混合而成的固态混合物)、旧(土、砂、小石、钻孔屑、纸团、草把或流体等)两类不同炮孔堵塞材料所形成的炮孔堵塞体，从而达到说明新炮孔堵塞材料的堵塞性能和堵塞效果。此文章介绍的堵塞材料与本发明有一定的关联。
2.单娜琳，程志平，刘芸祯.工程地震勘探[M].冶金工业出版社2006
书中第177页，介绍了岩石对地震波的吸收想象，说明了地震波衰减的原因。这与本发明与应用有一定关联。
3.庞雄奇，张一伟.油气田勘探[M].石油工业出版社2006
第70页介绍油气地震勘探的基本原理，研究地震波在底层中的传播情况，得出地下不同底层分界面地质情况，进而查明地质结构的一种物探方法。
4.何广沂，韩治龙.露天石方深孔水-土复合封堵爆破新技术[J].工程爆破1998.(09)：30
介绍一种新开发的爆破技术，其中利用封堵原理，研究以不同封堵形式应用试验情况下的爆破效果，以求减少爆破震动及爆破产物对周围环境的危害，节省爆破器材和爆破费用。
5.汪传松.炮孔堵塞体的作用[J].武汉水利电力大学(宜昌)学报1999.(3)：48～52
炮孔堵塞体能将作用在其里端面上的爆炸气体压力传给被爆破介质，从而增加被爆破介质所受的最有效破坏力，并使部分介质由受压变为受弯。此外，还能通过堵塞体在炮孔中所处的位置改变介质的破坏形式和破坏范围。
6.唐中华，张志呈，王中琪.炮孔堵塞材料的性质[J].四川冶金1997.(02)：1～3
论述工程爆破中不同堵塞材料(包含固态材料如：砂子、岩粉、粘土及其混合物，液态材料如：水，胶体材料如：有机物和水形成的胶结物或速胶结物溶液)的性质对堵塞作用的影响，并通过试验证明了选择适当的堵塞材料，对提高炮孔堵塞效果具有重要的影响。
7.王传松，汪竹义，刘国霖，潘昭汉.炮孔堵塞料包研究[J].人民长江1997.(第28卷06)：35
从原材料的选择、配比设计、性能试验、使用方式和现场试验等方面介绍了炮孔堵塞料包(其成分包含ZQ粉∶砂∶水比例为1∶1∶2.5的砂浆，水泥用量的2％(或3％)的74型速凝剂和3％(或5％)的K型促硬剂以及膨胀反应物P粉)的研制情况。
8.傅菊根.炮孔中堵塞材料运动规律及堵塞长度研究[J].淮南矿业学院学报1996.(第16卷03)：13～17
分析了炮孔堵塞材料的作用机理，受理情况及在炮孔中运动速度规律。根据爆破理论，得到了炮孔堵塞材料的最大长度和最佳长度。
9.梁波，王传松.三峡RCC围堰拆除爆破炮孔封堵效果模拟实验[J].湖北水力发电2007.(06)40～43
介绍了三峡工程RCC围堰拆除爆破在水下40m深处进行，为了验证炮孔封堵材料的密实性和粘着抗力而进行了模拟实验情况。此文章与本发明有一定的关联。
发明内容
本发明的目的是提供一种地震勘探震源炮孔的封堵方法，该封堵方法在同等条件下提高了地震勘探的探测深度和勘探精确度，也减弱了地震勘探爆破作用对环境的影响。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：地震勘探震源炮孔的封堵方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)地震勘探封孔剂成型筒的准备：地震勘探封孔剂成型筒由内衬、多孔的塑料外壳组成；内衬的材料为无纺布，内衬为圆筒形，内衬的一端为密封端，内衬的另一端为开口端；塑料外壳为圆筒形，塑料外壳的右端为密封端，塑料外壳的左端为开口端，塑料外壳上开有孔洞，孔洞的面积之和占塑料外壳总面积的40％～80％；
2)按照震源炮孔的直径大小选取塑料外壳，塑料外壳的直径小于震源炮孔直径6～15mm；将封孔剂从内衬的开口端装入内衬内，密实到要求的装药密度，然后将装封孔剂的内衬放入塑料外壳的内腔内，形成一节地震勘探封孔剂药柱；
3)震源炮孔装填完震源药包后，将2～6节地震勘探封孔剂药柱相互连接起来，形成地震勘探封孔剂药柱组，装入震源炮孔内，一定要确认落到震源炮孔底；地震勘探封孔剂药柱组的长度为震源炮孔直径的10～30倍；地震勘探封孔剂药柱组装入震源炮孔时，使震源炮孔中的水淹没地震勘探封孔剂药柱组。
所述的震源炮孔中的水淹没地震勘探封孔剂药柱组1米。
地震勘探震源炮孔的封堵方法的作用原理：是在多孔管状的塑料外壳内装有遇水后快速膨胀的封孔剂，在震源炮孔装填完炸药后，将地震勘探封孔剂药柱组装入充水的震源炮孔中，封孔剂吸水后体积迅速膨胀，1小时内直径可增大1.5～2倍，强力堵塞炮孔。封孔剂遇水膨胀后，体积可增大2～5倍，对炮孔壁产生10～30Mpa的压强。由于地震勘探的地层一般为软岩区域，膨胀的封孔剂会很深地嵌入到炮孔壁之中，如图7所示。封孔剂遇水膨胀后，由于有弹塑性较好的塑料外壳约束，在自由膨胀条件下塑料外壳被胀大、胀薄、部分筋条断裂，但整体不裂不散；装入震源炮孔后，由于受孔壁的约束，其径向膨胀要比自由条件下小，塑料外壳完整性将保留的更好。也正是孔壁的约束作用，封孔剂因膨胀受阻而对孔壁实施膨胀压力，使软岩的孔壁被胀大；当封孔剂的膨胀压力与孔壁的约束抵抗力达到平衡时，封孔剂已深深地嵌入到孔壁之内，形成锲体卡在堵塞段。由于封孔剂具有整体成型，在孔壁约束下产生10～30Mpa的压强，使此时封孔剂材料与常规封堵材料相比，其内应力、抗剪强度、密度、波阻抗、内摩擦阻力都成倍增加。
本发明与目前常规的震源炮孔封堵技术的最大区别是：常规震源炮孔堵塞不管是用钻孔石屑、砂、水或其他混合材料进行的堵塞，都是自然填塞的无预应力封堵方法。本发明的堵塞技术是填塞材料是膨胀性的，并能产生较大膨胀力嵌入进孔壁。
本发明的有效力效果是：
1、提高了炸药的爆炸功：保证震源药包(炸药)充分反应，阻缓爆炸气体快速扩散，提高爆炸反应温度和压力，使之放出最大热量和减少有毒气体生成量，提高炸药的热效率，使更多的热量转变为机械功。
2、增加了爆炸能传递给岩石的比冲量：增加爆炸压力作用时间，增加爆炸能量传递给岩石的比冲量，使更多的爆炸能转化为弹性振动能量，也就是增大了地震勘探所需的纵波能量。
3、提高了地震波的精度：统一的优质堵塞，将使在同一测线上排列的炸药爆炸后传递给岩石的震动冲量更同步，爆炸激起的向下起始波平稳而不离散，反射波的精度也会大大提高，有利于后期的信号处理和判据准确性，因此提高了地震勘探的精度和可靠性。它可把同等条件下的勘探深度和精度提高30％-50％，也就是说原来能精确可靠得到勘探结论的深度是1000米，现在可能会是1500米。
4、加大了探测深度：由于在同等条件下提高了炸药爆炸传递给岩石的比冲量，使震源波能得以提高，这会加大探测深度，提高石油勘探效率与效果，所带来的经济效益是难以预估的。
5、减弱了上向波能和对地表的破坏：良好的堵塞，减弱了爆炸向上传播的能量比率，减弱了地表反射波对测试精度的影响，降低了检波器对参数分析的误判率；另一方面，上向波能的减弱，也使波到达地表后产生反射和透射波的能量减小，使对地表环境的破坏减小，安全性提高；
6、避免了飞石等危害：密实的堵塞将不会再出现冲孔，避免了飞石等危害，消除了安全隐患。减弱了地震勘探爆破作用对环境的影响。
7、解决了震源药包能量过早扩散和损失过大的技术难题。
8、具有施工简单、易于掌握、封堵效果好、使用安全等优点，且成本低廉。
附图说明
图1是地震勘探封孔剂成型筒的结构示意图；
图2是图1沿A-A线的剖视图；
图3是地震勘探封孔剂成型筒的塑料外壳的结构示意图；
图4是地震勘探封孔剂成型筒的内衬的结构示意图；
图5是图4沿B-B线的剖视图；
图6是封孔剂膨胀前的示意图；
图7是封孔剂膨胀后的示意图；
图中：1-塑料外壳；2-内衬(采用无纺布)；3-接缝；4-封孔剂；5-密封端；6-外螺纹(或称外丝扣)；7-内螺纹(或称内丝扣)；8-孔洞；9-地面，10-震源炮孔，11-地震勘探封孔剂药柱，12-震源药包(炸药)。
具体实施方式
地震勘探震源炮孔的封堵方法，它包括如下步骤：
1)地震勘探封孔剂成型筒的准备：地震勘探封孔剂成型筒由内衬2、多孔的塑料外壳1组成；内衬2的材料为无纺布，内衬2为圆筒形，内衬2的一端为密封端，内衬2的另一端为开口端；塑料外壳1为圆筒形，塑料外壳1的右端为密封端，塑料外壳1的左端为开口端，塑料外壳1上开有孔洞8(布满了孔洞8)，孔洞8的面积之和占塑料外壳总面积的40％～80％；
2)按照震源炮孔10的直径大小选取塑料外壳1，塑料外壳1的直径小于震源炮孔10直径6～15mm(才能顺利装入震源炮孔中)；将封孔剂(如：地震勘探封孔剂)从内衬的开口端装入内衬2内，密实到要求的装药密度，然后将装封孔剂的内衬2放入塑料外壳1的内腔内，形成一节地震勘探封孔剂药柱11；
3)震源炮孔10装填完震源药包12后，将2～6节地震勘探封孔剂药柱相互连接起来(如采用首尾螺纹连接，可以边装边连接)，形成地震勘探封孔剂药柱组(不能拆分使用，要取整节为设计单位)，装入震源炮孔内，一定要确认地震勘探封孔剂药柱落到震源炮孔底(震源药包12上面)；地震勘探封孔剂药柱组的长度为震源炮孔直径的10～30倍(震源炮孔的直径不同，则地震勘探封孔剂药柱的节数不同)；
地震勘探封孔剂药柱组装入震源炮孔时，使震源炮孔10中的水淹没地震勘探封孔剂药柱组(震源炮孔中一定要有较深的水，无水就不能膨胀；装入地震勘探封孔剂药柱组之前或之后，要往震源炮孔中灌水。封孔剂装入震源炮孔后1小时体积可膨胀2倍以上，直径可增大1.5倍，并将随着时间的增长而进一步膨胀；1小时后既能有效封堵震源炮孔，便可起爆震源药包。封孔剂装入炮孔中的封堵作用3个月不会失效)。
如图1、图2、图3、图4、图5所示，地震勘探封孔剂成型筒，它由内衬2、塑料外壳1组成；内衬2的材料为无纺布，内衬2为圆筒形；内衬2的一端为密封端，内衬2的另一端为开口端，封孔剂4位于内衬2内(从开口端装入内衬2内，密实到要求的装药密度)；内衬2的接缝3采用无缝成型、缝纫或胶粘相连接；内衬2位于塑料外壳1的内腔内；如图3所示，塑料外壳1为圆筒形，塑料外壳1的右端部外壁上设有外螺纹6，塑料外壳1的右端为密封端，塑料外壳1的密封端为半圆形；塑料外壳1的左端为开口端，塑料外壳1的左端部内壁上设有内螺纹7；塑料外壳1的右端部外径与塑料外壳1的左端部内径相对应，外螺纹6与内螺纹7相配合(相配套)；塑料外壳1的内腔直径为45～115mm，塑料外壳1的内腔长度为400～800mm；塑料外壳1上开有孔洞8(布满了孔洞8)，塑料外壳1上的孔洞8为圆形、椭圆形、矩形或三角形等几何形，孔洞8的面积之和占塑料外壳总面积的40％～80％。内衬2的直径、长度与塑料外壳1的内腔的直径、长度相对应(内衬2的直径为45～115mm，内衬2的长度为400～800mm)。塑料外壳1的材料为聚氯乙稀或聚乙烯，塑料外壳1的厚度0.5～3.0mm，其厚度随直径的不同而增减。
塑料外壳1的两端部分别采用外螺纹、内螺纹，可使多个地震勘探封孔剂成型筒首尾连接，施工方便、快捷。
所述的地震勘探封孔剂的制备方法，它包括如下步骤：
1)原料的选取：按各原料所占重量百分数为：过烧CaO 40％～97％、强度等级为32.5以上(含32.5)的水泥2％～40％、无机材料1％～30％，选取过烧CaO、强度等级为32.5以上的水泥(含32.5)和无机材料添加剂，备用；所述的无机材料为石英砂或重钙粉类的硬质粉料；所述的水泥为普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、高铝酸盐水泥、特种白水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比；
2)将过烧CaO磨成粒径为过60目筛下的细粉，加入强度等级为32.5以上的水泥，进行搅拌或磨拌，时间为5～20分钟；然后再添加无机材料，进行第二次搅拌或磨拌，时间为10～20分钟；即得地震勘探封孔剂。
Claims (2)
1. 地震勘探震源炮孔的封堵方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)地震勘探封孔剂成型筒的准备：地震勘探封孔剂成型筒由内衬、多孔的塑料外壳组成；内衬的材料为无纺布，内衬为圆筒形，内衬的一端为密封端，内衬的另一端为开口端；塑料外壳为圆筒形，塑料外壳的右端为密封端，塑料外壳的左端为开口端，塑料外壳上开有孔洞，孔洞的面积之和占塑料外壳总面积的40％～80％；
2)按照震源炮孔的直径大小选取塑料外壳，塑料外壳的直径小于震源炮孔直径6～15mm；将封孔剂从内衬的开口端装入内衬内，密实到要求的装药密度，然后将装封孔剂的内衬放入塑料外壳的内腔内，形成一节地震勘探封孔剂药柱；
3)震源炮孔装填完震源药包后，将2～6节地震勘探封孔剂药柱相互连接起来，形成地震勘探封孔剂药柱组，装入震源炮孔内，确认落到震源炮孔底；地震勘探封孔剂药柱组的长度为震源炮孔直径的10～30倍；地震勘探封孔剂药柱组装入震源炮孔时，使震源炮孔中的水淹没地震勘探封孔剂药柱组。
2. 根据权利要求1所述的地震勘探震源炮孔的封堵方法，其特征在于：所述的震源炮孔中的水淹没地震勘探封孔剂药柱组1米。
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