DE2233490A1

DE2233490A1 - Generator zum erzeugen und einbringen von seismischer energie in insbesondere nachgiebigen untergrund

Info

Publication number: DE2233490A1
Application number: DE2233490A
Authority: DE
Inventors: Dale Everett Miller
Original assignee: Continental Oil Co
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 1971-08-24
Filing date: 1972-07-07
Publication date: 1973-03-08
Also published as: NO133571C; IT964606B; AT321000B; NL7208615A; DD99236A5; DK133640B; IL39870A0; JPS5121601B2; SU572225A3; EG11054A; ZA724675B; FR2150302B1; US3727717A; FR2150302A1; ES404940A1; BR7205774D0; IL39870A; JPS4830601A; CA953813A; OA04136A

Description

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^r'

Dr.F/F

7. 7. 1972

CONTINEHTAL OIL COMPANY Ponca City, Oklahoma 7^601 V.St.A.

Generator zum Erzeugen und Einbringen von seismischer Energie in insbesondere nachgiebigen Untergrund

Die Erfindung betrifft einen Generator zum Erzeugen und Einbringen von seismischer Energie in insbesondere nachgiebigen. Untergrund mit einer in eine Bewegung auf den Untergrund zu versetzbare» Basis.

Zum Erzeugen von Schwingungsenergie und zu ihrem Einbringen in den Erdboden für die Zwecke der seismischen Prospektion sind bereits verschiedene - meist als Vibratoren bezeichnete - Generatoren bekannt. Ein Beispiel dafür ist in der US-PS 2 668 128 beschrieben. Einige solche Vibratoren wie beispielsweise der in der US-PS 3 ^82 6^8 beschriebene Vibrator sind für die Erzeugung seismischer Wellen in einem flüssigen Medium gebaut, und wieder andere Vibratoren wie beispielsweise der in der US-PS 3 365 019 beschriebene Vibrator sind für einen Einsatz in sumpfigem Gelände konstruiert.

Neuerdings ist außerdem eine Konstruktion für einen seismischen Vibrator vorgeschlagen worden, bei der einer Füllkamraer eines Luftkissenfahrzeugs Luft über einen Luftmodulator zugeführt werden soll, wobei die Jüllkaiarner und der Luftmodule tor so konstruiert sein aollen, daß sie eine modulierte Druckuelle schaffen, die auf die Erdoberfläche aufgebracht v/erden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Generator der eingangs erwähnten Art zu schaffen, dor bei einfachem Aufbau und wirtschaftlicher Betriebsweise die Ei'zeugung voa seismischer Energie und ihre Einkopplung in das Erdreich mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht und sich insbesondere auch für einen Einsata auf weichem Untergrund und unregolmäßigez" Oberfläche eignet.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Baals eine Druckluftquelle angeschlossen ist, die zwischen Basis und Untergrund ein Luftpolster erzeugt und aufrechterhält, über das hinweg aus der Bewegung der Basis resultierende Kräfte auf den Untei^grund übertragbar sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Energiegenerators wird die erzeugte seismische Energie auf dem Wege einer Übertragung von Kräften über ein Luftpolster in das Erdreich eingekoppelt, wodurch Störungen der Energieübertragung durch Oberflächenunebenheiten oder ein Nachgeben des Erdbodens ausgeschlossen werden. Gleichzeitig ergib sich ein hoher Wirkungsgrad für die Energieübertragung und ein einfacher und damit kostengünstiger Aufbau für den Generator, der außcvit sehr bequem und wirtschaftlich zu betreiben ist.

Die Erfindung ist zahlreicher Ausgestaltungen und Weiterbildung er. fähig, die Gegenstand von Unteransprüchen sind.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausfü'irungsbeispiels für ihren Bau und ihre Anwendung veranschaulicht; da!< .1 zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Generator in teilwei;.-< aufgeschnittener Seitenansicht,

Fig. 2 die Basis und den Schurz des Generators von Fig. 1 in Unteransicht und

Fig. 3 den Generator von Fig. 1 bei Anbringung an einem Luftkisi-r■ fahrzeug, das zwei solcher Geiaratoren trägt.

Der in Fig. 1 und 2" dargestellte Generator 10 dient zum Erzeuger; seismischer Energie und zum Übertragen und Einkoppeln dieser Energie in eine Erdoberfläche 12» Seine wesentlichen Bestandteile sind eine Basis 1*f mit einer Oberseite 16, einer Unterseite 18 und einen Außenrand 20, ein Schurz 22, der rund um einen Abschnitt der Unterseite ΐδ der Basis 1*f daran angesetzt ist und gemeinsam damit und nit der Erdoberfläche 12 eine Füllkammer 2k bildet, eine Bewegungseinrichtung 26

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BAD ORiGfNAL

mit einem mit der Basis Ik verbundenen Abschnitt und eine Druckluftversorgung 28, die zwischen die Basis 1^f und die Erdoberfläche 12, also in die Füllkammer Zk, Druckluft einspeist und so ein Luftpolster 30 entstehen läßt. Die Basis 1^· wird über das Luftpolster 30 ±n einem Abstand 32 oberhalb der Erdoberfläche 12 getragen und läßt sich durch die Bev/egungseinrichtung 26 in eine solche Bewegung mit vertikaler Allgemeinrichtung versetzen, daß sie unter Einwirkung auf das Luftpolster 30 eine Kraft entstehen läßt« die unter Einkopplung über das Luftpolster 30 auf die Erdoberfläche 12 übertragen wird.

Der dargestellte Generator 10 ist zwar so gebaut, daß er eine Quelle für seismische Energie schafft, die sich mit hohem Wirkungsgrad in sumpfigem, schlammigem, marschartigem und felsigem Gelände und im Wasser einsetzen läßt, er stellt jedoch ganz allgemein eine Quelle für seismische Energie dar, die sich in jedem beliebigen Gelände und in jeder beliebigen Umgebung wirkungsvoll zum Einsatz bringen läßt, so daß der oben und im folgenden verwendete-Begriff- "Erdoberfläche" als Oberfläche jedes, solchen¹ Geländes, oder Mediums zu verstehen ist.

Die Basis 1*t ist bei bevorzugter Ausführung aus einem relativ steifen, leichten Material gebaut, um das Ausmaß ihrer Durchbiegung zu vermindern und ein optimales Maximum an vertikaler Verschiebung als Ergebnis einer bestimmten während des Betriebes des Generators über die Bewegungseinrichtung 26 an die Basis 1*f angelegten Kraft au erreichen.

Die Druckluftvereorgung 28 enthält eine Druckluftquelle 3**» die so gebaut ist, daß sie Druckluft mit einem vorgegebenen Druckpegel und einem vorgegebenen Durchcatz abgibt, damit sich das zum Abstützen eier Baeiß 1*f im Abstand 32 oberhalb der Erdoberfläche 12 erforderliche Luftpolster 30 ausbildet. Die Druckluftquelle 3k ist mit der .Basis 1*» über ein Paar flexibler Druckluftleitungen 36 verbunden, von denen jede rund um je eine die Basis 1't durchquerende Durchtrittsöffnung angeschlossen ist, so daß die Druckluftqüelle J>k die Druckluft über die Drucki-uftloitungen 36 und die Durchtritteöffimngen 38 zwischen dor T-va-Ao 1't und der Erdoberfläche 12 einspeist»

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Bei einer Ausführungsform werden der Druckpegel und der Durchsatz der Druckluft für jede Druckluftleitung 36 getrennt geregelt, bei einer anderen Ausführungsform dagegen bildet jede Druckluftleitung eine Verlängerung einer gemeinsamen aus der Druckluftquelle J>k gespeisten Hauptleitung. Die genaue Anzahl der Durchtrittsöffnungen und der Druckluftleitungen 36 sov/ie ihre räumliche Verteilung über die Basis 14 können für spezielle Anwendungsfälle variiert werden, wobei die Details jeder besonderen Konstruktion so bestimmt werden, daß sich eine gleichförmige Verteilung der das Luftpolster 30 bildenden Druckluft ergibt.

Die Bewegungseinrichtung 26 umfaßt einen mit der Oberseite 16 der Basis 1*f verbundenen Vibrator *fO, einen Vibratorantrieb hZ und ein Verbindungskabel Mf, das insbesondere bei hydraulischer Ausführung des Vibrators kO als Schlauchverbindung ausgebildet sein kann. Der Vibrator ^fO steht in Antriebsverbindung mit der Basis 1*f und bewirkt bei seiner Betätigung deren Verschiebung in vertikaler· Sichtung. Bei einer Ausführungsform sind der Vibrator ^fO und der Vibratorantrieb *f2 so gebaut, daß sie eine momentane Stoßkraft erzeugen, welche die Basis ^h eine vorgebbare Strecke in vertikaler Richtung verschiebt, während bei einer anderen Ausführungsform der Vibrator *fO eine Schwingkraft auf die Basis 14 ausübt, die diese beispielsweise in vorgebbaren Zeitintervallen um eine vorgebbare Strecke in vertikaler Eichtung verschiebt. Der Vibrator kO selbst kann irgendein Transduktor bekannter Bauart äum Erzeugen seismischer Energie sein, also beispielsweise hydraul:· och, pneumatisch, elektromechanisch oder mechanisch arbeiten, wobei die Grund übe riegung die ist, daß er der Basis 1*f bei seiner Betätigimg durch den Vibratorantrieb k2 in dadurch geregelter Weise eine Bewegung in vertikaler Eichtung aufprägen soll.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Schurs ein Stück von der Basis Ik nach abwärts auf die Erdoberfläche 12 zu, und er besteht aus einem relativ flexiblen Material, so daß er bei etwaigen Berührungen mit der Erdoberfläche 12 während des Betriebe« des Generators 10 nicht beschädigt oder gar zerstört werden kann. Der Schurz 22 vermindert die Leckverluste an Druckluft aus der Füllkiiiu'ier 2't

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und wirkt so bei der Aufrechterhaltung des Luftpolsters JQ. mit. Dessenungeachtet ist es bei einer anderen■Ausführungsform möglich, den Schurz 22 wegzulassen und dafür die Druckluftversorgung 28 so auszulegen, daß sie einen zusätzlichen Zustrom an Druckluft liefert, der zur Kompensation der dann größeren Leckverluste an der Eüllkammer 2k ausreicht.

Während des Betriebes des Generators 10 wird aus der Druckluftquelle ~$k Druckluft mit einem Druckpegel und einem Durchsatz in die Füilkammer 2k eingespeist, die ausreichen, um das Luftpolster 30, daß die Basis Λk und die darauf sitzenden Geräte im Abstand 32 von der Erdoberfläche 12 hält, zu bilden und die Leckverluste an Druckluft zu kompensieren, die allgemein durch einen Luftspalt kS zwischen dem Schurz 22 und der Erdoberfläche 12 entweicht. Die Höhe der vom Generator 10 erzeugten seismischen Energie steht in Zusammenhang mit der fraktionellen Änderung des Luftvolumens und der resultierenden Druckpegeländerung in der das Luftpolster 30 bildenden Luft bei Verschiebung der Basis Ik durch die Bewegungseinrichtung 26 um eine gegebene vertikale Strecke. Angemerkt sei dazu, daß bei zunehmendem Abstand 32, also zunehmender Dicke des Luftpolsters J>0 eine größere Vertikalverschiebung der Basis Λk erforderlich ist, um eine gegebene Druckpegeländerung zu erzeugen und eine gegebene seismische Kraft auf die Erdoberfläche 12 zu übertragen. Da außerdem die an die Erdoberfläche 12 anzulegende seismische Kraft von dem Produkt aus der Druckpegeländerung im Luftpolster 30 und dessen Fläche abhängt, muß die Fläche des Luftpolsters JQ und folglich die Fläche der Basis 1A- für die Ausübung einer größeren seismischen Kraft auf die Erdoberfläche 12 unter der Annahme einer konstanten Druckpegeländerung im Luftpolster 30 proportional zur gewünschten Kraftvergrößerung ebenfalls vergrößert werden. Die vorstehenden allgemeinen Zusammenhänge bestimmen zusainnen mit anderen Konstruktionsüberlegungen wie Gestehungskosten, Fertigun^sschwierigkeiten und der Anbringung weiterer Geräte ganz allgemein die spezielle Größe, Form und Materialauswahl für den Bau der Basis Ak. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch die Fläche des das Luftpolster 30 bildenden Teils der Basis Ik groß genug, um bei einem gegebenen statischen Druckpegel für das Luftpolster 30 das statische Gewicht des Generators 10 tragen zu können«

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Bei einer Aus führung s form können die Druckluftquelle ~$k- und der Vibratorantrieb kZ auf der Basis 1^ abgestützt sein, während sie bei einer anderen Ausführungsform auf einem getrennten Trägerfahrzeug sitzen, das außerdem die primäre Antriebskraft für den Transport und die Einstellung eines oder mehrerer Generatoren 10 aufbringt. Bei dieser letzterwähnten Aueführungsform braucht bei der Konstruktion des Generators 10 selbst keine Rücksicht auf die Abstützung des zusätzlichen Gewichts der Druekluftquelle ~$k· und des Vibratorantriebs k2 genommen au werden, und es ist dann kein entsprechender Konstruktionskompromiß erforderlich.

Ein Ausführungsbeispiel für ein solches Trägerfahrzeug 50 ißt in Fig. 3 schematisch veranschaulicht, wobei dieses Trägerfahrzeug 50 als Luftkissenfahrzeug ausgebildet ist. Bas dargestellte Trägerfahrzeug 50 besitzt eine Hauptluftversorgung 52, die eine in der Zeichnung eelbst nicht dargestellte, durch eine Basis 5^ und einen diese umgebenden Schurz 56 gebildete Füllkammer mit Druckluft speist. Die Hauptluftversorgung 52, die im typischen Falle durch einen Kompressor oder ein Gebläse gebildet wird, schafft über die Druckluft in der Füllkammer ein das Trägerfahrzeug 50 tragendes Luftpolster.

Bei dem dargestellten Beispiel sind am Trägerfahrzeug 50 über Ausleger 58 bzw. 60 zwei Generatoren 10a und 1Qb für die Erzeugung seismischer Energie aufgehängt, die in Bau und -ßetriebsweise dem oben in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschriebenen Generator 10 entsprechen. Die Ausleger 58 und 60 sind auf dem Trägerfahrzeug fjü beweglich montiert und können jeweils auf einer Seite davon darüber hinausgeschwenkt werden. Dabei hängen die Generatoren 10a und 10b jeweils am Ende eines Tragkabels 62 und lassen sich über den jei^eiligen Ausleger 58 bsw. 60 in vorgebbare Stellungen oberhalb der Erdoberfläche bringen.

Bei dieser Ausführungsforra liefert die Hauptluftversorgung 52 gleich auch die Druckluft für eine Druekluftquelle 3^a für die Generatoren 10a und 1Gb, die ebenso wie ein Vibratorantrieb 4·2a für die Vibratoren ^O der Generatoren 10a und 10b auf dem Trägerfahrzeug 50

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angeordnet ist und davon getragen wird. Für die Verbindung der Druckluft quelle Jka. mit den Füllkaramern Zk der Generatoren 10a und 10b
sorgen Druckluftleitungen 56, und der Vibratorantrieb *f2a ist mit den Vibratoren kO über Verbindungskabel kk verbunden. Anstelle der bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 für einen bestimmten Anwendungsfall
dargestellten zwei Generatoren 10a und 10b können natürlich auch mehr Generatoren gleicher Art vorgesehen sein, die alle vom gleichen Trägerfahrzeug 50 getragen werden und über die darauf angeordnete .Druckluftquelle jksL mit Druckluft und über den Vibratorantrieb *f2a mit Antriebskraft für ihre Vibratoren 4o gespeist werden.

Der oben im einzelnen beschriebene Generator stellt ein wirtschaftliches und leistungsfähiges Gerät zum Erzeugen seismischer Energie und zu ihrem Einkoppeln in den Erdboden über ein Luftpolster dar, das sich in jeder Art von Gelände, also auf weichem Erdgrund, auf Betonboden
oder auf gewachsenem Fels mit Erfolg einsetzen läßt. Die mit dem
Generate*· erzeugte seismische Energie kann ßtoßenergie oder Schwingungsenergie sein, wobei die Auswahl durch die Erfordernisse des
jeweiligen Änwendungsfalles bestimmt wird.

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Claims

Patentansprüche

ΐΛ Generator zum Erzeugen und Einbringen von seismischer Energie in insbesondere nachgiebigen Untergrund mit einer in eine Bewegung auf den Untergrund zu versetzbaren Basis, dadurch gekennzeichne1 ₁ daß an die Basis (14) eine Druckluftquelle (J>kj jAa) angeschlossen ist, die zwischen Basis und'Untergrund ein Luftpolster (jJO) erzeugt und aufrechterhält, über das hinweg aus der Bewegung der Basis resultierende Kräfte auf den Untergrund übertragbar sind.
2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (14) mindestens einen Teil der Druckluftquelle (3*f; 3*fa) und einer Bewegungseinrichtung (26) für ihre eigene Bewegung relativ zum Untergrund trägt.

3* Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Unterseite (18) der insbesondere plattenförmig ausgebildeten Basis (14) ein nach unten auf den Untergrund zu gerichteter Schurz (22) angesetzt ist, der gemeinsam mit der Basis unter Verminderung der Druckluftverluste eine Füllkammer (2¹O begrenzt.

h. Generator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Schurz (22) aus relativ flexiblem Material besteht.

5. Generator nach Anspruch 3 oder *f, dadurch gekennzeichnet, daß der Schurz (22). in der Betriebsstellung dea Generators (10; 10a, 10b) oberhalb des Untergrundes endet.

6. Genorator nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzei chiiet, daß die Basis (.14). kreieförmig ausgebildet ist.

7. Generator nach einem dftr Ansprüche; 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (1*0 aus biegesteifem Material besteht.

8. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekenn ζ ei el; κ. t, daß die Basis (1¹O wit einem von cincra Vibratorantrieb (42; 42a) h r botrc ibburen Vibrator (¹K)) gekoppelt ifit.

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9. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis (14) eine insbesondere vertikal gerichtete momentane Stoßkraft zu ihrer Verschiebung relativ zum Untergrund um.eine vorgebbare Strecke aufprägbar ist. "

10. Genei'ator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis (14) eine inabesondere vertikal gerichtete Vibrationskraft zu ihrer Verschiebung relativ zum Untergrund um eine vorgebbare Strecke in vorgebbaren Zeitintervallen aufprägbar ist.

11. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftquelle (3^; 3^a) Druckluft mit vorgebbarem Durchsatz und vorgebbareni Druck an die Basis (14) abgibt und damit zwischen dieser und dem Untergrund ein sie in einem vorgebbaren Abstand (32) davon haltendes Luftpolster (30) erzeugt.

12. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (1*0 mindestens eine über eine flexible Drucklüftleitung (36) an die Druckluftquelle (3^; 3^a) angeschlossene Durchtrittsöffnung (38) für den Durchtritt von Druckluft in das Luftpolster (30) zwischen Basis und Untergrund enthält.

13· Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (.1*f) mit einem sie über bewegliche Koppelglieder in bestimmtein Abstand (32) vom Untergrund haltenden Trägerfahrzeug (50) verbunden ist, das eine an eine Hauptluftversorgung (52) angeschlossene Füllksminer aufweist.

1*f. Generator nach Anspruch 13i dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerfahrzeug (50) die Druckluftquelle (3^a) für die Speisung der Basis d'l·) mit Druckluft und den Vibratorantrieb (42a) für die Bewegung der Basis relativ zum Untergrund trägt.
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