现代海洋地震勘探震源——气枪系统介绍

现代海洋地震勘探震源——气枪系统介绍

【摘要】随着上个世纪三次石油危机的爆发，世界各国对能源安全越发重视。传统的石油勘探也由陆地为主逐渐的发展到了海洋，上个世纪八九十年代相继有一批大型的海上油田被发现，这在一定程度上缓解了石油的需求压力。海洋地震勘探是目前海洋石油勘探应用最广的一种，由震源激发和数据记录组成，再将采集到的信息进行处理分析得到海洋地层信息。本文主要介绍了海洋地震勘探中震源——气枪系统的类型、工作原理。

【关键词】气枪电磁阀检波器

1 气枪类型及工作原理

气枪制造目前在全球呈现三分天下的格局：BOLT公司、SERCEL公司和ION 公司。虽然各种气枪的结构不完全一样，但它们的原理基本相同，可概括如下：利用压缩机将空气压缩到一定的压力下（一般为2000PSI，现在为了在小容量的情况下获得较好的声源，也有将压力提高到2500PSI，甚至于3000PSI的）通过瞬间释放喷入海水中，从而产生声波信号。压缩空气突然释放到水中，可产生短促、高能的地震脉冲。

气枪均由电磁阀、检波器和枪体三个组成部分。电磁阀负责气枪的激发，检波器负责监视气枪的工作状态。检波器将接收到的电信号传到气枪控制器，通过控制器的处理分析控制气枪的激发时间，使所有的气枪尽可能的控制在同一时刻（瞄准点）触发。多个气枪瞬间的同时激发产生巨大的能量足以穿透底层，采集系统的电缆接收地层的反馈信息完成地震数据采集。

1.1 BOLT气枪（工作原理如图1所示）

图1？BOLT气枪工作原理

（1）从储气瓶出来的额定压力的高压气体经过控制面板分流到各个阵列的气枪。高压气体首先经高压气管进入气枪返回腔，高压气压推动梭阀下移，封住主气室排气口，通过梭阀的中间孔给主气室充入高压气体。

（2）在返回腔和主气室充满高压气体时，返回腔内的梭阀受力面积远远大于主气室内梭阀受力面积，因此高压气体推动梭阀封住主气室排气口，梭阀处于动平衡状态。

（3）当电磁阀通电，吸合电磁阀内的阀芯打开返回腔内高压气体与枪体内部气体通路，给启爆室充高压气体，即返回腔内梭阀内侧充高压气体。使返回腔枪体梭阀内外侧受力相等，整个梭阀在主气室高压气体的推动下失去动平衡，向返回腔方向滑动，同时打开主气室排气口，主气室内的高压气体和返回腔内的高压气体同时迅速释放到水中，产生主脉冲，完成一次点火启爆。

（4）各个枪体的启爆延迟时间由枪体传感器的机械运动转化为电信号传给气枪控制器，气枪控制器根据各个气枪检波器传回来的数据进行处理运算，为下一次气枪启爆提供时间补偿。早启爆的气枪，通过气枪控制器加入修正时间，控制其晚一点启爆；晚启爆的气枪，通过气枪控制器加入修正时间，控制其早一点启爆，使所有气枪在规定的时间目标点启爆。气枪控制器事后调节控制各个气枪的启爆时间，以便下一次启爆达到同步激发的目的。

（5）电磁阀的阀芯吸合持续一段时间（数十毫秒的脉冲宽度）后复位，封住高压气体进入启爆室内，主气室内的高压气体释放完成。

（6）返回腔内高压气体推动枪体梭阀向下移动，封住主气室的排气口，通过梭阀中间孔给主气室充气，达到额定工作压力（2000PSI），充气完成。气枪梭阀达到新的动态平衡，等待下一次激发命令。

1.2 ION-SLEEVE气枪（工作原理如图2所示）

（1）SLEEVE气枪的工作原理和BOLT气枪的工作原理相似，只是电磁阀点火，吸合电磁阀内的阀芯，打开返回腔内高压气体与梭阀下面的启爆室的通路，启爆室充入高压气体，从而使梭阀受力动态平衡被打破，失去平衡，向返回腔方向滑动，打开主气室排气口，主气室和返回腔内高压气体迅速释放到水中，产生主脉冲。

（2）电磁阀的阀芯关闭通向启爆室的高压气体通路，启爆室内无气体。

（3）在返回腔内高压气体的作用下，推动梭阀向主气室方向滑动，关闭主气室排气口。高压进气管内的高压气体通过主气路向主气室内充气。

（4）当主气室内的高压气体压力达到预设的额定压力（2000PSI），梭阀达到新的动态平衡，枪体充气完成，等待下一次激发命令。

1.3 SERCEL-G气枪

（1）G 枪的工作原理也和BOLT枪相似，只是电磁阀通电点火，吸合电磁阀内的阀芯，打开启爆室高压气通路，向启爆室内迅速充高压气体，使枪体梭阀失去平衡，向下方滑动如图-3右图所示，打开主气室排气口，同时封闭返回腔与主气室的连接气路，高压气体迅速释放至水中，产生主脉冲。

（2）电磁阀的阀芯关闭通向启爆室的高压气体通路，启爆室内无气体。

（3）在返回腔内高压气体的作用下，梭阀向上方滑动，如图-4左图所示，关闭主气室，高压供气管向主气室提供高压气体，同时返回腔内的高压气体也向主气室内充气，当气压达到预设的额定压力（2000PSI）时，梭阀达到新的平衡，等待下一次激发命令。

（4）气枪启爆信息通过检波器传给气枪控制器进行处理。

参考文献

[1] 月宝华，刘成北，1998，气枪震源的发展与使用分析上，物探装备

[2] 月宝华，刘成北，1998，气枪震源的发展与使用分析下，物探装备