Устройство для измерения физическихпАРАМЕТРОВ жидКиХ флюидОВ Советский патент 1981 года по МПК G01V5/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ ФЛЮИДОВ

ёлок регистрации акустических парал- тров флюида, которые подключены к ни/кним электродам пьезопреобразователей, а также блок регистрации электрических параметров флюида, соединенный с верхними электродами пьезопреобразователей и отражающей пластиной. В верхнем отсеке размещаются также форвакуумный насос, подключенный к сцинтилляционной камере, и вакуумметр, соединенный с нижним отсеком.

Кроме того, с целью обеспечения горизонтального положения несущего основания независимо от наклона корпуса устройства в стволе скважины, основание смонтировано на карданной подвеске и выполнено в форме сферического сегмента, что обеспечивает постоянное положение центра тяжести основания на вертикальной оси, проходящей через его центр, а для уменьщения электрохимической поляризации верхних электродов и отра)Кающей пластины, они покрь ты платиновой чернью.

На фиг. 1 показаны основные блоки и узлы предлагаемого устройства; на фиг. 2 - аксонометрическая проекция несущего основания.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1, опускаемый .в скважину 2, заполненную флюидом- 3, два пьезопреобразователя 4 и 5, погружаемые ниже уровня флюида (плоскость АА), смонтированные в верхней плоскости ББ несущего основания 6, закрепленного в наружном кардановом кольце 7, которое закреплено в двух диаметрально противополол ных точках корпуса 1. Кардановая подвеска несущего основания 6 обеспечивает установку верхней плоскости ББ основания в горизонтальное положение независимо от наклона корпуса устройства в стволе скважины. На основании 6 так же установлена отражающая ультразвуковые колебания пластина 8, смонтированная в плоскости, строго параллельной плоскости пьезопреобразователя 5. Верхняя сторона пластины 8 покрыта изолирующим материалом. Верхние электроды 9 и 10 пьезопреобразователей 4 и 5 изолированы от нижних электродов 11 и 12 при помощи эпоксидной смолы. Электроды 9 и 10 и отражаюи ая .пластина 8 присоединены к блоку 13 определения электрических параметров. Нижние электроды И и 12 присоединены к задающему генератору 14 электрических колебаний и блоку 15 определения акустичесих параметров флюида. При дегазации флюида и всех ультразвуковых измерениях верхние электроды 9 и 10 пьезопреобразователей 4 и 5 заземлены - присоединены к общему проводу в блоке 13. Задающий генератор 14 служит для возбуждения пьезопреобразователей 4 и 5. Верхние электроды 9 н 10 пьезо преобразователей 4 и 5 и отражающая пластина 8 служат в качестве регистрирующих электродов для определения электрических параметров флюида (удельная электропроводность, диэлектрическая постоянная, тангенс угла диэлектрических потерь) совместно с блоком 13. Герметичная перегородка 16 отделяет нижний отсек 17 от верхнего. Через фильтр 18 и коммутирующими кран 19

нижний отсек 17 связан со сцинтилляционной камерой 20, служащей для измерения концентрации радона. Вакуумметр 21 соединен с нижним отсеком корпуса и служит для измерения давления газа при дегазаQ ции. Коммутирующий кран 22 соединяет нижний отсек 17 с газовым пространством скважинь (атмосферой) 23 через канал 24. Сцинтилляционная камера 20 .сочленена с фотоэлектронным умножителем 25, а последний - с блоком 26 усиления и передачи

сигналов. Форвакуумиый насос 27 подключен к сцинтилляционной камере 20 и служит для создания вакуума в ней.

Устройство работает следующим образом. С помощью каротажного кабеля устройство опускается в исследуемую скважину и погружается в флюид настолько, чтобы отражающая пластина 8 находилась несколько ниже уровня флюида 3 (фиг. 1).

Первый цикл - измерение скорости распространения и поглощения ультразвука в флюиде. Коммутирующий кран 22 открыт, верхние электроды 9 и 10 и отражающая пластина 8 заземлены. Генератор 14 вырабатывает электрические колебания небольшой мощности (дегазация флюида при этом

0 не происходит), поступающие на пьезопреобразователь 5, который преобразует их в импульсы ультразвуковых колебаний. Последние, отражаясь от пластины 8, регистрируются пьезопреобразователем 5 и блоком 15.

Второй цикл - измерение колебаний уровня флюида. С выхода генератора 14 электрические колебания поступают на пьезопреобразователь 4, который преобразует их в ультразвуковые колебания. Последние,

0 многократно отражаясь от границы раздела фаз (плоскость АЛ ), регистрируются пьезопреобразователем 4 и блоком 15.

Третий цикл - измерение электрических параметров флюида. Отражающая пластина 8 и верхние электроды 9 и 10 отключают.. ся от общего провода прибора и подключаются к блоку 13, с помощью которого измеряются электропроводность, диэлектрическая .постоянная- флюида и тангенс угла диэлектрических потерь.

Ч.етвертуй Цикл - дегазация флюида и измерение концентрации радона. Краны 19 и 22 закрыты. В сцинтилляционной камере 20 с помйщью форвакуумного насоса 27 создается вакуум. Вакумметр 21 регистрирует давление газа в нижнем отсеке 17. Генератор 14 вырабатывает непрерывные синусоидальные колебания, поступающие на пьезопреобразователи 4 и 5, которые

преобразуют их в ультразвуковые колебания, под действием которых происходит дегазация флюида. Процесс дегазации продолжается строго определенное время, после чего генератор 14 выключается и вакумметр 21 регистрирует давление газа в отсеке. Затем открывается кран 19 и часть газа из отсека поступает в сцинтилляционную камеру 20, кран 19 закрывается и регистрируется активность радона, содержащегося в газе. .После этого включается.форвакуумный насос 27 и камера 20 вакуумируется. Пятый цикл - измерение концентрации торона. Краны 19 и 22 открыты. Включается форвакуумный насос 27 и через сцинтилляционную камеру 20.- прокачивается газ, находящийся в отсеке 17 и газ, засасываемый через канал 24. Включается система 26 регистрации и измеряется фоновая активHqcTb газа, .обусловленная радоном и его короткоживующими изотопами .в газовом пространстве скважины. Затем включается генератор 14 (краны 18 и 22 по-прежнему открыты) и прокачка газа ведется одновременно с дегазацией флю.ида. Выделяемый при этом из флюида газ, содержащий торон, увлекается прокачиваемым газом, потупает в сцинтилляционную камеру,- где регистрируется его активность. Оптимальная скорость прокачки газа находится при эталонировке прибора, в лабораторных условиях. После измерения активности торона, генератор 14 выключается, кран 19 закрывается, камера 20 вакуумируется и устройство готово к новому циклу измерений. Длительность циклов измерений выбирается, исходя из конкретных гидродинамической и гидрохимической обстановок исследуемого района.

Использование блока ультразвуковоой . дегазации в предлагаемом устройстве обеспечивает эффективную (почти стопроцентную) дегазацию флюида. Это повышает точность определения концентрации радона, а контроль газовыделения при дегазаци дает информацию о газонасыщеиности флюида, что представляет интерес в связи с изменением суммарной концентрации газов как индикаторов проявления сейсмической активности исследуемого района. Расширение функциональных возможностей устройства достигнуто без существенного усложнения его конструкции, так как ряд блоков и узлов устройства выполняет несколько функций. Например, пьезопреобразователи и задаюш.ий генератор служат как для дега- зации флюида, так и для определения скорости распространения и поглощения ультразвука в флюиде, а также измерений колеба- НИИ уровня флюида. Верхние электроды пьезопреобразователей и отражающая пластина, применяемые при ультразвуковых измерениях, используются также в качестве электродов.при измерениях удельной элек-: тропроводности, диэлектрической проницаемости и тангенга угла диэлектрических потерь флюида.

Опытная проверка работы отдельных блоков и узлов устройства в лабораторных условиях показала их работоспособность и

высокие технические характеристики: порог чувствительности и определения концентрации радона Порядка 10 кн/л; точность определения скорости ультразвука порядка 0,05%; точность определения коэффициента поглощения ультразвука порядка 0,05 дБ

точность определения уровня не хуже 1 мм; точность определения удельной электропроводности порядка 0,003°/о.

Формула изобретения

15

1. Устройство для измерения физических параметров жидких флюидов, состоящее из полого цилиндрического корпуса, разделенного герметичной перегородкой на два отсека, сообщающихся между собой и атмосферой с по.мощью системы коммутационных кранов, нижний открытый и вмещаю1ций исследуемый флюид и верхний, в котором размещены регистрирующие устройства, например сцинтилляционная камера для измерения концентрации радона, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем наиболее эффективной дегазаци флюида и расширения функциональных возможностей устройства, в нижнем отсеке размещено подвижное основание, на котором смонтированы два пьезопреобразователя с электродами, укрепленными на верхней и нижней сторонах пьезопреобразователей, кроме того, над одним из пьезопреобразователей укреплена отражающая у.аьтразвуковые колебания пластина, а в верхнем отсеке размещены генератор электрических импульсов, блок регистрации акустических параметров флюида, соединенные с нижними электродами пьезопреобразователей, блок регистрации электрических параметров флюида, соединенный с . верхними электродами пьезопреобразователей и отражающей пластиной, форвакуумный насос, подключенный к сцинтилляционной камере, вакуумметр, соединенный с нижНИМ отсеком.

: 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерений путем обеспечения горизонтального поrQ ложеиия несущего основания независимо от наклона, корпуса устройства в стволе сква.жины, основание смонтировано на карданной подвеске и выполнено в форме сферического сегмента, обеспечивающего постоянное положение центра тяжести основания ,-SS ;на вертикальной оси, проходящей через его центр.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений

путем yMeHbrnenffH возникающей при измерениях электрических параметров флюида электрохимической поляризации верхних электродов и отражающей пластины, последние покрыты платиной чернью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Мавлянов Г. А. и др. Гидрогеохимические особенности сейсмоактивных районов Узбекситана. Ташкент. «ФАН, 1973. с. 41.

2.Noguchi MasavasH, Wakita Hiroski. A method for continuons measurement of rodon inground-water for earthquake prediction. T. Geophys. Rts. 1977, 82, № 8.