Импульсный эхолот Советский патент 1947 года по МПК G01F23/16 

Импульсный ЭХОЛОТ предназначается для замеров уровней жидкости в скважинах. При работе этим прибором, как и всяким другим, основанным на измерении врел.ени гфохождения волны от устья скважины до уровня, не требуется спуска какой-либо аппаратуры в скважину.

Определение уровней предлагаемым эхолотом сводится к измерению времени прохождения до уровня и обратно резкого импульса сжатия или разрежения газа, возбуждаемого в устье скважины. Умножением этого времени на известную скорость распространения импульса в межтрубном пространстве получается расстояние до уровня.

Время в импульсном эхолоте определяется графически, путем записи моментов прихода импульса к устью скважины на узкой (телеграфной) ленте, на которую одновременно наносятся марки времени от часового балансира.

В предлагаемом импульсном эхолоте, согласно изобретению, приемник импульсов выполнен в виде 1У-образной трубки, у которой концы соединены с источником импульсов-

один непосредственно, а другой - через длинную спиральную трубку, компенсирующую влияние медленных изменений давления газа в системе, колена же заполнены ртутью и снабжены контактами, в которых при поступлении импульса эта ртуть замыкает цепи электромагнитов-отметчиков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема предлагаемого эхолота.

Последний состоит из непоказанного на чертеже приспособления для возбуждения импульса сжатия или разрежения газа, контактного приемника 7 импульсов, снабженного компенсатором 2 постоянного или медленно изменяющегося давления, регистратора импульсов с электромагнитной системой J, приводящей в движение пишущее перо 4, балансирноге контактного устройства 5 для маркировки времени, пера 6 марок времени с электромагнитом 7, механизма для передвижения ленты S и электрической сухой батареи 9.

Возбуждение импульсов сжатия или разрежения достигается пли отсечкой выходящего из скважины под не429

большим давлением газа или специальным иульсаторол, создающим ударный импульс сжатия внешним воздействием - резким двил ением поршня или ударом ио соединенному с межтрубным пространством отрезку гофрированной резиновой трубки.

Полученный одним из этих способов ударный илшульс давление; распространяется в межтрубнол пространстве со скоростью, близкой к скорости звука, достигает уровня жидкости в скважине, отражается от него и, возвратившись обратно к устью, воздействует на контактный приемник импульсов.

Контактный приемник импульсов представляет собою 1К-образную стеклянную трубку, колена которой наполнены ртутью и имеют впаянные контакты. Средний перегиб залит ртутью не полностью и в нем находится пузырек нейтрального газа (азота).

Контактный приемник импульсов присоединяется к .межтрубиому пространству резиновой трубкой через отросток в пзльсаторе или т. п. Возбужденный импульс в момент возникновения, а также импульс, отраженный в момент прихода к устью, вызовут перемещение ртзти в приелшике импульсов, и впаяиные в трубку электроды в эти моменты замкнутся.

Для предотвращения отклонения ртути в приемнике импульсов от нейтрального положения под действием постоянного и медленно изменяющегося давления газа в межтрубнол пространстве приемник импульсов снабжен компенсатором 2 в виде длинной трубки, соединяющей концы К-образной трубки и нриел;ника. Постоянное и Л1едлеино нарастающее давление таким образом будет подведено к обоим концам трубки и ие вызовет никакого отклонения ртути, а резкий кратковрел1енный илшульс, распространяясь по трубке компенсатора, придет ко второму концу приемника импульсов с некоторым опозданиел5 и сдвигом по фазе. Так как ртуть в И/-образной трубке представляет собою колебательную систему с вполие определенны перио430

дом, то выгодно подобрать длину тр бки ко.мпенсатора такой, чтобы ш пульс по проходе через нее воздействовал на ртуть в обратном направлении в тот момент, когда она, выведенная из положения равновесия прямым импульсом, начнет обратное движение. Иными словами целесообразно, чтобы сдвиг фазы, вносимый колшенсатором, равнялся бы полупериоду собственных колебаний ртути в l-F-образной трубке. Следует также добиться того, чтобы длительность самого импульса не превышала этого полупериода. В этом с;1}чае вся система будет в резонансе и отклонения ее от положения равновесия под действием импульсов определенной длительности максимальны.

В цепь контактов включаются батарея и электромагнитная система, приводящая в движение перо регистратора импульсов. Система устроена подобно двухпозиционном}- поляризованному реле и включена в цепь таким образом, что при отклонении ртути в разные стороны в ней проходит ток разных направлений. При отсутствии тока в цепи перо 4 остается в ОДНОЛ1 из крайних положений; при включении тока перо // отклоняется в другое крайнее положение или остается неподвижным - в зависимости от направления тока.

При регистрации и.мпульсов на движущейся ленте S перо 4 записывает колебания ртути в виде ломаной линии с очень резкими переломами, но небольшими отюЮнениями, благодаря чему в качестве ленты для предлагаемого эхолота можно применить стандартную телеграфную ленту шириной в J см. Примерный вид записи показан на чертеже. Резкость переломов, очевидно, будет способствовать точности интерпретации.

Для графического определения времени ,1ол1енталш воздействия первичного и отраженного импульса необходимо на ленту рядом с основной записью импульсов одноврелаенно наносить марки времени. В качестве эталона в предлагаемом эхолоте применен стандартный балансир 5 от будильника, как наиболее дешевый и доступный из подобных устройств и

не требующий специальной установки прибора в горизонтальном положении. Заводной механизм для балансира может быть упрощен и рассчитан на работу в течение небольшого промежутка времени (20-30 минут). Точная установка периода достигается обычным регулятором путем изменения длины рабочей части волоска при сравнении с точно идущими часами или секундомером. На вилке балансира на короткой пружинке установлен контакт, который замыкает при отклонении вилки цепь электромагнита 7 пера б марок времени. Перо, притягиваемое электромагнитом, записывает марки времени на ленту в виде уступов, соответствующих длительности замыкания контакта. Вместо описанного устройства нанесения марок времени в импульсном эхолоте возможно применение маятникового отл1етчика, причем для маркирования времени можно непосредственно использовать энергию короткого качающегося маятника который отрывает перо от бумаги при переходе через среднее положение. Марки получаются в виде разрывов прямой чернильной линии. Сравнительно с вышеописанным этот способ имеет один недостаток: для точной работы маятника необходимо прибор устанавливать в строго горизонтальном положении.

Интерпретация ведется счетом числа и дробного значения марок времени между записанными импульсами. Определение дробного значения производится при помощи простого приспособления в виде прозрачной пластинки с нанесенными на ней сходящимися линиями.

При хороших отражениях импульса от уровня жидкости в скважине и от устья может наблюдаться приход нескольких отражений. В этом случае интерпретацию можно вести до серии нескольких приходов, отчего точность определения уровней естественно возрастет. Количество регистрируемых отражений зависит от чувствительности приемника и от интенсивности первоначального импульса. Вообще нужно заметить, что чувствительность приемника импульсов

в основном зависит от величины пузырька в среднем перегибе W-образной трубки и может быть легко регулируема наклоном приемника импульсов в плоскости чертежа; правда, в этом случае нарушится симметрия контактов, но это не имеет существенного значения.

Однако особенно повышать чувствительность приемника не имеет смысла, так как это приведет к регистрации прибором всякого рода помех, происходящих от работы насоса, от выбросов, пульсаций газа и других причин. Гораздо рациональнее итти по линии увеличения интенсивности возбуждаемого импульса, что легко достигается в случае применения пульсатора для возбуждения импульсов.

Необходимо интенсивность первоначального импульса довести до такой величины, чтобы она даже в последующих отражениях превышала интенсивность помех.

Повышать чувствительность приел ника импульсов имеет смысл только в случае возможности регистрации отражения от башмака обсадной колонны или реперов и то лишь тогда, когда эти отражения недостаточно интенсивны. Пренебрегать регистрацией этих отражений никогда не следует, так как они являются средством непосредственного определения скорости распространения импульса в межтрубн01М пространстве, что повышает точность определения уровня до точности, соответствующей отсчету времени по хроногралгме, т. е. до трех метров.

В отнощении уменьшения возможности регистрации помех нужно заметить следующее: как указывалось, приелшик илшульсов с компенсатором представляет собой колебательную систему; поэтому на по.мехи, действующие в виде импульса, с продолжительностью, большей полупериода собственных колебаний, он будет отзываться весьма слабо. Из этих соображений выгоднее собственный период сделать по возможности более коротким (это поведет также к уменьшению длины трубки колшенсатора). Изменения собственного периода, помимо изменения общей дли43

ны столба ртути в vV-образиой тру&ке, можно легко достигнуть наклоном всего приемника импульсов в плоскости, перпендикулярной к шгоскости чертежа.

Для еще большего поглощейия помех возможно применение фильтра в виде (7-образной трубки, наполненной ртутью в таком количестве, чтобы получить период колебаний ее, равный собственнол у периоду колеЬавш ртути в приемнике импзльсов. Этот фильтр включается в подводящую трубку между устьем скважины и приемником 7 импульсов.

Предлчет изобретения Импзльсный эхолот, действие которого основано на возбуждении импзльса сжатия или разрежения газа

ИЫудит1лю

1 {UtinymccS § tmrnpyS...HoniimmmHcmk.

в за.мкнутом пространстве и на измерении и записи времени прохождения импульса до контролируемой поверхности и отраженного импульса, отличающийся те.м, что приемник импульсов выполнен в виде И/-образной трубки, у которой концы соединены с источником импульсов- один непосредственно, а другой -через длинную спиральную трубку, компенсирующую влияние медленных изменений давления газа в системе, колена же заполнены ртутью и снабжены контактами, в которых при поступлении импульса эта ртуть замыкает цепи электромагнитов-отметчиков.