Устройство для измерения глубины скважин Советский патент 1987 года по МПК E21B47/04 

Изобретение относится к исследованиям скважин и предназначено для измерения глубины технологических скважин в горнодобывающей промышленности.

Цель изобретения - повышение точное- ти измерений.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы электрических сигналов на выходах отдельных блоков устройства.

Устройство для измерения глубины скважин содержит генератор 1 тактовых импульсов, связанный с генератором 2 зондирующих импульсов, блоком 3 регулируемой задержки и счетчиком 4, электроакустический преобразователь 5, блок 6 усиления, сим- метричный триггер 7 и ключ 8, генератор 9 счетных импульсов, цифровой индикатор 10, термочувствительный элемент 11, блок питания (не показан). Устройство для измерения глубины скважины конструктивно состоит из двух частей: излучателя-приемни- ка и приборной части, связанных между собой кабелем. Излучатель-приемник содержит электроакустический преобразователь с конусной насадкой и термочувствительный элемент 11, размещенный на передней части конусной насадки.

Блок 3 регулируемой задержки выполнен на основе заторможенного мультивибратора, причем регулировка длительности задержки производится потенциометром.

Импульсы с генератора 1 подаются на вход блока 3, а выходные импульсы задержки регулируемой длительности с его выхода подаются на один из установочных входов триггера 7, задерживая возможность его срабатывания (и устройства в целом) под действием импульсов, поступающих с блока 6 усиления на второй установочный вход триггера 7, на время действия импульса задержки.

Генератор 9 счетных импульсов выполнен в виде мультивибратора, частота генерации которого зависит от температуры воздуха в скважине. Эта зависимость обеспечивается путем включения во времязадающую цепь генератора 9 термочувствительного элемента (термистора) 11. Счетные импульсы с выхода генератора 9 подаются на сигнальный вход ключа 8.

Устройство работает следующим образом.

Излучатель-приемник устанавливают в устье скважины таким образом, что его конусная насадка закрывает скважину, а термочувствительный элемент 11 оказывается размещенным внутри скважины, и включают питание.

Генератор 1 тактовых импульсов вырабатывает импульс 12 (фиг.. 2), который устанавливает счетчик 4 импульсов в исходное состояние. Импульс 12 поступает также на блок 3 регулируемой задержки и запускает его. В результате на выходе этого блока вырабатывается импульс 13, который удер

живает триггер 7 в положении, обеспечивающем открытое состояние связанного с ним ключа 8. При этом счетчик 4 начинает заполняться импульсами 14, поступающими с генератора 9 счетных импульсов. Кроме того, импульс 12 запускает генератор 2 зондирующих импульсов, с выхода которого электрический импульс поступает на электроакустический преобразователь 5, где он преобразуется в акустический сигнал, распространяющийся вдоль скважины. Отразившись от места нарушения, которое может быть в скважине, или от забоя, акустические сигналы возвращаются к электроакустическому преобразователю 5, где преобразуются в электрические импульсы соответственно 15 и 16. Далее усиленные и продетектированные блоком 6 усиления сигналы 16 и 17 поступают на второй вход триггера 7, который срабатывает от импульса 16, прищедщего первым после окончания действия импульса 12 задерх ки, приложенного к первому входу триггера 7.

После срабатывания триггера 7 ключ 8 закрывается, и поступление счетных импульсов 18 на счетчик 4 прекращается. Число, полученное на цифровом индикаторе 10, характеризует расстояние от электроакустического преобразователя до места нарушения. Установив потенциометром длительность импульса задержки, превосходящей время распространения акустического импульса от электроакустического преобразователя 5 до места нарушения и обратно, получают на цифровом индикаторе 10 расстояние до забоя скважины.

Измеренная глубина скважины определяется соотношением

,

(1)

где L - глубина скважины, м;

V - скорость распространения звука в

скважине, м/с;

Т - время распространения акустического сигнала от излучателя-приемника до забоя и обратно, с. С учетом того, что скорость распространения звука в воздухе определяется соотношением

.t, где УО - скорость распространения звука в

воздухе при , м/с; а - температурныйкоэффициент,

м.с. град ; t - температура воздуха в скважине °С,

,

где п - число импульсов, полученное на цифровом индикаторе;

X - интервал времени между счетными импульсами, с;

/ - частота следования счетных импульсов, Гц,

соотношение (1) приобретает вид

L(Vo+ait),(2)

гдеK -(Vo+at),

откуда

f(V,+at)

(3)

Для того, чтобы полученное на индикаторе цифровое значение соответствовало измеренному расстоянию в метрах, необходимо выполнить условие: К. Тогда соотношение (3) приобретает вид

(Ь+аО..

(4)

Подставив в соотношение (4) значения Vo и а, получаем зависимость частоты j генератора счетных импульсов от температуры /, соблюдение которой исключает влия- ние изменений температуры воздуха в скважине на точность измерений

/ 16550+29,5/.

Устройство работоспособно в скважинах и трубах диаметром от 50 до 140 мм и глубиной до 70 м. Точность измерений 8- 10 см. Измерения производятся в следую- шем порядке. Ручки управления устанавливают в такое положение, что блок 3 регулируемой задержки вырабатывает импульсы 13 минимальной длительности, а блок 6 усиления имеет максимальное усиление.

Электроакутический преобразователь 5 начинает излучать в скважину с периодом 0,6 с акустические сигналы, и на цифро- вом индикаторе 10 с такой же периодичностью появляются отсчеты, характеризую- ш,ие расстояние до ближайшего нарушения в скважине или, при их отсутствии, до забоя скважины. Значение измеряемого расстояния в первых циклах измерений мо- жет несколько изменяться, что свидетельствует о том, что температура термочувствительного элемента еше не уравнялась с температурой воздуха в скважине. Однако через несколько секунд значение измеря- емого расстояния стабилизируется, а это значит, что оно свободно от температурных погрешностей.

0

5

Далее ручкой управления блока регулируемой задержки увеличивают длительность импульса 13 до тех пор, пока на цифровом индикаторе 10 не появит ся новый отсчет, характеризуюший расстояние до второго нарушения ствола скважины. Указанные операции продолжают до тех пор, пока на цифровом индикаторе 10 не прекратится появление отсчетов (на цифровом индикаторе виден непрерывный счет импульсов). Это свидетельствует о том, что последнее из измеренных расстояний является расстоянием до забоя скважины. Далее указанные измерения могут быть проведены (повторены) при уменьшенных коэффициентах yciLio- ния блока 6 усиления. При эт(1М гл. ян.гнется меньшее количеепн: iiapyii einni менее значительные из них оетлются меченными.

Таким образом, ис110.1ь.) уетройст- ва позволяет производить ие только измерения глубины екпажин, но и . 1ить нарушения стволов скважии и е выеокоГ точностью измеряль расстояния лм меег этих HapyiueHMii.

Формула изобретен и

Устройство для измерения луОииы скважин, содержашее электроакуешческий преобразователь, вход которого подключен к выходу генератора зондируюших импульсов, а выход через последовательно соединенные блок усиления, симметричный триггер и ключ - к счетному входу счетчика импульсов, выход которого соединен с цифровым индикатором, и генератор счетных импульсов, подключенный к сигнальному входу ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено генератором тактовых импульсов и блоком регулируемой задержки, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с запускающим входом генератора зондируюших импульсов, установочным входом счетчика импульсов и входом блока регулируемой задержки, выход последнего подключен к установочному входу симметричного триггера, а генератор счетных импульсов выполнен термозависимым, с термочувствительным элементом, включенным во времязадающую цепь генератора.

Г

/2

fd

Изобретение относится к области исследования технологических скважин (С) в горнодобывающей промышленности. С целью повышения точности измерений глубины С устр-во снабжено генератором (Г) тактовых импульсов и блоком 3 регулируемой задержки. При включенном питании Г 1 запускает в работу Г 2 зондируюнхих импульсов, счетчик импульсов 4 и блок 3. Выходной импульс блока 3 удерживает симметричный триггер 7 в положении, обеспе- чиваюш,ем открытое состояние связанного с ним ключа 8. Через него осуш,естБляется заполнение счетчика 4 импульсами с Г 9 счетеоом ных импульсов. Частота генерации Г 9 находится в прямой зависимости от т-ры окружающей среды. Это обеспечивается включением во времязадающую цепь Г 9 термочувствительного элемента 11. С выхода Г 2 эл. импульс поступает на электроакустический преобразователь (ЭАП) 5. Он излучает в С периодически акустические сигналы. Отраженные от С сигналы возвращаются в ЭАП 5 и преобразуются в эл. импульсы. Усиленные и продетектированные блоком 6 усиления сигналы поступают на второй вход триггера 7, который, закрывая ключ 8, отключает счетчик 4. На цифровом индикаторе 10 с той же периодичностью появляются отсчеты-, характеризующие расстояние от ЭАП 5 до места нарушения. Путем последовательного увеличения длительности задержки измеряют рассто яния до всех нарушев{ий в С. Отсутствие на индикаторе 10 отсчетов свидетельствует о регистрации расстояния до забоя С. Ее глубина определяется по измеренным параметрам аналитически. 2 ил. f 2SOMKC N5 СО О5 ;& СХ) Фиг.1