УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД Российский патент 1997 года по МПК G01V5/04 E21B47/10 

Предлагаемое изобретение относится к области гидрогеологических исследований в буровых скважинах и может быть использовано для определения направления потока подземных вод по водоносным горизонтам, вскрытым одиночными скважинами. Оно может быть использовано также для определения направления закачки воды в нефтяные пласты при законтурном обводнении нефтяных месторождений.

Известны механические устройства для определения направления движения подземных вод, содержащие флюгер и магнитную стрелку. Например, в устройстве /1/ магнитная стрелка помещена в неподвижную герметичную камеру, а флюгер скреплен с "U"-образной рамкой, охватывающей герметичную камеру. На рамке закреплены два постоянных магнита. При повороте флюгера по направлению потока рамка с магнитами ориентирует в том же направлении магнитную стрелку. Положение стрелки относительно корпуса устройства определяет с помощью реостатного преобразователя /реохорда/. Для определения положения корпуса относительно стран света в последнем размещена еще одна, свободная магнитная стрелка со своим реостатным преобразователем. Это устройство имеет довольно сложную конструкцию и малую чувствительность по скорости потока порядка 0,01 м/с, т.е. около 900 м/сут.

Более чувствительно устройство /2/, также содержащее флюгер и магнитную стрелку. В нем магнитная стрелка размещена в герметичной камере, жестко связанной с флюгером. На северном конце стрелки нанесена навеска радиоактивного изотопа, а над стрелкой в верхней части герметичной камеры расположен свинцовый экран с прорезью, имеющей форму кольца монотонно увеличивающейся ширины. Начало прорези совпадает с направлением флюгера. Над герметичной камерой располагается детектор радиометра, на который попадает прошедшее через прорезь в экране гамма-излучение радиоизотопа. При измерениях в скважине флюгер ориентируется по направлению потока, магнитная стрелка по магнитному меридиану. Угол между флюгером и стрелкой определяет ширину прорези в экране на пути гамма-излучения и, следовательно, интенсивность радиоактивного излучения, зарегистрированную радиометром, по которой и судят о направлении потока.

Это устройство имеет более высокую, но все еще недостаточную чувствительность, что объясняется большой массой подвижной части устройства, включающей флюгер и герметичную камеру со свинцовым экраном и магнитной стрелкой.

В предлагаемом устройстве, содержащем флюгер и скрепленную с ним герметичную камеру с магнитной стрелкой, последняя скреплена с непрозрачным диском, в котором выполнено прозрачное окно в форме кольца, ширина которого увеличивается пропорционально угловой координате, отсчитанной от северного конца магнитной стрелки, а по обе стороны от диска соосно размещены источник света и фотоприемник с возможностью оптического контактирования через прозрачное окно в диске.

Таким образом, ширина прозрачного окна на пути светового потока от источника к фотоприемнику и, следовательно, величина сигнала, вырабатываемого последним, зависит от угла между флюгером и магнитной стрелкой, т.е. от магнитного азимута потока. Масса подвижного части, включающей флюгер и герметичную камеру с магнитной стрелкой, источником света и фотоприемником, в предложенном устройстве значительно меньше, чем в устройстве прототипе /в основном, из-за отсутствия свинцового экрана/, что обеспечивает повышение чувствительности устройства. Дополнительное преимущество, которое создает предложенное устройство по сравнению с прототипом, это улучшению условий труда, т.к. в нем устранена возможность радиоактивного облучения обслуживающего персонала.

Конструкция устройства поясняется чертежом, на котором изображены:
на фиг.2 продольный разрез устройства;
на фиг.2 поперечный разрез по линии А-А;
на фиг.3 электрическая схема устройства;
на фиг.4 его градуировочный график.

Устройство включает в себя флюгер 1, скрепленный с цилиндрической герметичной камерой 2, выполненной из немагнитного материала. Флюгер 1 вместе с камерой 2 может поворачиваться относительно продольной оси устройства О₁-О₂. Внутри камеры размещена магнитная стрелка 3 с возможностью поворота около той же оси. Стрелка 3 скреплена с тонким непрозрачным диском 4, в котором выполнено прозрачное окно 5, имеющее диском 4, в котором выполнено прозрачное окно 5, имеющее форму кольца, ширина которого увеличивается пропорционально угловой координате, отсчитанной от северного конца магнитной стрелки /фиг. 2/. Внутри камеры 2 по обе стороны от диска 4 прямо над плоскостью флюгера 1 соосно установлены источник света 5 и фотоприемник 7, например, светодиод и фотодиод, образующие оптоэлектронную пару с открытым оптическим каналом, проходящим через прозрачное окно 5 в диске 4.

Электрические выводы 8 от источника света 6 и фотоприемника 7 через полую верхнюю полуось 9 герметичной камеры подведены к кольцам 10 коллектора, с которыми контактируют щетки 11. Кольца 10 и щетки 11 коллектора заключены в переходную камеру 12, установленную без возможности вращения относительно корпуса устройства, который состоит из верхнего, или кабельного, наконечника 13, нижнего наконечника 14 и шести соединяющих их узкие перемычек 15.

Переходная камера 12 заполнена маслом и снабжена сильфоном 16 для выравнивания внутреннего и внешнего давления.

Для уменьшения трения при повороте флюгера верхняя полуось 8 герметичной камеры снабжена шарикоподшипниками 17 18. Флюгер 1 снабжен противовесами 19.

Электрическая схема /фиг. 3/ кроме источник света 6 и фотоприемника 7, включает источник тока 20, миллиамперметр 21 и реостат 22 для регулирования тока питания, а также гальванометр 23 для измерения выходного сигнала и тумблер-выключатель 24.

Перед измерениями в скважине производят градуировку устройства. Для этого подсоединяют его к каротажному кабелю, подключают согласно фиг.3 питание и источника света и измеритель выходного сигнала. С помощью реостата 22 устанавливают рабочий ток по показаниям меллиамперметра 21. Затем устройство закрепляют в зажиме установочного инклинометрического стола, заранее отнивелированного и сориентированного по странам света. Придают устройству вертикальное положение, направляют флюгер на магнитный север и измеряют выходной сигнал фотоприемника по гальванометру 23. Меняют через 10 20^o ориентировку устройства и при каждой из них берут отсчеты по гальванометру 23. По результатам градуировки строят график, пример которого приведен на фиг.4.

При измерении в скважине устройство на каротажном кабеле опускают на нужную глубину и устанавливают напротив водоносного горизонта, местоположение которого определяют заранее по данным каротажа. Под действием напора движущихся вод флюгер 1 поворачивается по направлению потока, магнитная стрелка 3 ориентируется по магнитному полю Земли. После включения питания тумблером 24 и установки того же рабочего тока, что и при градуировке, измеряют выходной сигнал фотоприемника 7 по показаниям гальванометра 23. Величина этого сигнала зависит от магнитного азимута потока, который и находят градуировочному графику /см. фиг.4/.

Использование: в области гидрогеологических исследований. Сущность изобретения: устройство состоит из флюгера и скрепленной с ним герметичной камеры из немагнитного материала, вмещающей магнитную стрелку. Стрелка скреплена с тонким непрозрачным диском, в котором выполнено прозрачное окно в форме кольца, ширина которого увеличивается пропорционально угловой координате, отсчитанной от северного конца магнитной стрелки. По обе стороны от диска размещены источник света и фотоприемник, оптический контакт между которыми осуществляется через окно.

Сигнал, вырабатываемый фотоприемником, пропорционален магнитному азимуту потока. 4 ил.

Устройство для определения направления потока подземных вод, содержащее корпус, флюгер и скрепленную с ним цилиндрическую герметичную камеру, вмещающую магнитную стрелку, ось вращения которой совпадает с осью флюгера и продольной осью устройства, отличающееся тем, что магнитная стрелка жестко скреплена с непрозрачным диском, в котором выполнено прозрачное окно в форме кольца, ширина которого увеличивается пропорционально угловой координате, отсчитанной от северного конца магнитной стрелки, а по обе стороны от диска внутри герметичной камеры размещены соосно источник света и фотоприемник с возможностью оптического контактирования через прозрачное окно в диске и подключены к жилам каротажного кабеля через коллектор, размещенный в корпусе устройства.