Скважинный уровнемер (его варианты)

 

1. Скважинный уровнемер, содер жащий корпус, измерительную камеру постоянного, например, круглого сечения , заполненную газом, и переменное электрическое сопротивление, подвижный контакт которого представляет собой резервуар с гибкой оболочкой , заполненный токопроводящей жидкостью, отличающийся тем, что, с целью упрощения изготовления уровнемера, переменное сопротивление в нем выполнено в виде проводящей пленки постоянной толщины и постоянного поверхност- . ного сопротивления,.имеющее переменную ширину Ь)г f, .. у, йУ, где « и Хц - пос-гоянные; X - текущая координата, характеризующая положение подвижного контакта1 переменного сопротивления; pf, - поверхностное сопротивление . 2. Скважинный урювнемер, содержа щий корпус, измерительную камеру постоянного сечения, заполненную (Л газом, переменное электрическое сопротивление, подвижный контакт, выполненный в виде резервуара с гибкой оболочкой, заполненного токопроводящей жидкостью, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, переменное сопротивление в нем вьшолнено в виде сл реостата, намотанного на цилиндри 00 ческом основании проводом с посто ел янным линейным сопротивлением и переменным шагом намотки дУ(к) V дХ Н 01X, Л-- , где о и - постоянные; D - диаь;етр основания; f) - линейное сопротивление,

„„SU„„11587 О A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИК

4iqi> Е 21 В 47/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

h-- ж х, х, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3599890/22-03 (22) 03.06.83 (46) 30.05.85. Бюл. В 20 (72) В.Н.Калашников и И.Г.Сковородников (71) Свердловский ордена Трудового

Красного Знамени горный институт им. В.В.Вахрушева (53) 622.243(088.8) (56) 1. Шустов В.M. Техника измерений При полевых гидрогеологических исследованиях, M., "Недра", 1978, с.38-84.

2. Авторское свидетельство СССР

У 636382, кл. Е 21 В 47/04, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

В 509711, кл. Е 21 В 47/04, 1976 (прототип) . (54) СКВАЖИННЫЙ УРОВНЕМЕР (ЕГО ВАРИАНТЫ }. (57) 1. Скважинный уровнемер, содер" жащий корпус, измерительную камеру постоянного, например, круглого сечения, заполненную газом, и переменное электрическое сопротивление, подвижный контакт которого представ" ляет собой резервуар с гибкой оболочкой, заполненный токопроводящей жидкостью, отличающийся тем, что, с целью упрощения изготовления уровнемера, переменное сопротивление в нем выполчено в виде проводящей пленки постоянной толщины и постоянного поверхностного сопротивления, имеющее переменную ширину 11„ где а и Х вЂ” постоянные;

Х вЂ” текущая координата, характеризующая положение подвижного контакта переменного сопротивления;

Pä — поверхностное сопротивление.

2. Скважинный уровнемер, содержащий корпус, измерительную камеру постоянного сечения, заполненную газом, переменное электрическое со противление, подвижный контакт, вьгполненный в виде резервуара с гибкой оболочкой, заполненного токопроводящей жидкостью, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции, переменное сопротивление в нем выполнено в виде реостата, намотанного на цилиндрическом основании проводом с посто янным линейным сопротивлением и переменным шагом намотки дХ(х)

ЭPA Хъ

Д (Х),1К, ) где ь и Х - постоянные; р — диаметр основания;

Р— линейное сопротивление.

1158750

Изобретение относится к исследованиям в буровых скважинах, а именно к устройствам для дистанционного измерения величины приращения уровня жидкости в буровых скважинах. 5 . Известны приборы, применяемые для измерения уровня жидкости в буровых скважинах, разделяемые по принципу действия на четыре группы: поплавковые, электроконтактные,. электроемкостные 10 и гидростатические (l).

Известен также пружинно-поршневой датчик, в котором внешнее давление на поршень компенсируют сжатием цилиндрической пружины,а перемещение I5 поршня преобразуют в электрический сигнал с помощью реостата, подвия ныч контакт которого соединен с поршнем (2j .

Недостаток этого датчика - пониженная чувствительность, связанная с трением поршня о стенки цилиндра, в котором он расположен. Этот недостаток не удается полностью устра- 25 нить даже за счет сообщения поршню незатухающих колебаний небольшой амплитуды, преодолевающих трение покоя, фК

Наиболее близким к предлагаемому щ является скважинный .уровнемер; содержащий корпус, измерительную камеру, например круглого сечения, заполненную газом, и переменное электрическое сопротивление, подвиж-З ный контакт которого выполнен в виде резервуара с гибкой оболочкой, заполненного токопроводящей жидкос"тью (3).

Гидростатическое давление столба

40 жидкости в скважине воздействует на гибкую оболочку и, сжимая газ в измерительной камере, перемещает уровень токопроводящей жидкости, изменяя величину переменного элект45 рического сопротивления. С целью обеспечения линейной зависимости выходного сигнала от внешнего давления измерительной камере придана форма полости, образованной вращени- 50 ем кривой сжатия реального газа, заполняющего камеру, вокруг ее оси.

Однако опыт изготовления известных скважинных уровнемеров показал, что им присущ недостаток, заключающийся в трудности изготовления измерительной камеры, форма которой с большой точностью должна соответствовать указанному выше условию.

Цель изобретения — упрощение изготовления скважинного уровнемера.

Поставленная цель достигается тем, что в скважинном уровнемере, содержащем корпус, измерительную камеру постоянного, например, круглого сечения, заполненную газом, и перепеременное электрическое сопротивление; подвижный контакт которого представляет собой резервуар с гибкой оболочкой, заполненный токопроводящей жидкостью, переменное электрическое сопротивление выполнено в виде тонкой проводящей пленки постоянной тол" щины и постоянного поверхностного сопротивления, ширина которой s зависимости от перемещения X подвижного контакта меняется по закону где с и К вЂ” постоянные;

Р— поверхностное сопротив>и ление; — текущая координата, ° . характеризующая положе ° ние подвижного контакта переменного сопротивления.

Согласно второму варианту в скважинном уровнемере, содержащем корпус, измерительную камеру постоянного сечения, заполненную газом, переменное электрическое сопротивление, подвижный контакт, выполненный в,виде резервуара с гибкой. оболочкой, заполненного токопроводящей жидкостью, переменное сопротивление выполнено в виде реостата, намотанного на цилиндрическом основании проводом с постоянным линейным сопротивлением и переменным шагом намотки Cix(K).

L где O и ̄— постоянные; у — диаметр основания;

Я, - линейное сопротивление.

Переменное сопротивление с заданным законом изменения его величины в зависимости ат перемещения подвижного контакта гораздо проще изготовить и проверить, чем камеру такой слож! 158750

35

Корпус предложенного уровнемера состоит из металлического цилиндра

1 и двух наконечников: нижнего 2 и верхнего 3, соединенных с цилиндром

1 резьбой. На выступ в нижней части 40 цилиндра 1 одет гибкий резервуар 4, заполненный токопроводящей жидкостью 5, которая образует подвижный контакт переменного электрического сопротивления б. Переменное сопро- 45 тивление 6 крепится к изоляционному вкладышу ?, расположенному между верхним наконечником 3 и цилиндром 1. Пространство внутри цилиндра 1, заключенное между изо- $0 ляционным вкладышем ? и поверхностью токопроводящей жидкости S, образует измерительную камеру 8 цилиндрической формы, заполненную воздухом или другим газом. От. перемениога сопротивления 6 и металлического цилиндра 1 сделаны электрические выводы 9, пропущенные через каналы

5S ной конфигурации, как в уровнемерепрототипе.

Существенное отличие предложенного технического решения от известных заключается в том, что в нем линей- 5 ная. зависимость выходного электрического сигнала от измеряемого параметра достигается не sa счет придания особой формы иэыерительной камере, а за счет особого выполнения переменного электрического сопротивления, которое при простой форме измерительной камеры (с постоянным сечением 1 позволяет скомпенсировать нелинейность зависимости 15 обьема rasa в измерительной камере от давления при изотермическом сжатии газа. (На фиг. 1 показан скважинный уровне.мер всборе,продольный разрез; на фиг.2 — электрическая схема уровнемера; на фиг.З вЂ” зависимость объема измерительной камеры (кривая А) и м величины переменного сопротивления вскрывая В) от внешнего давления; на фиг.4. — кривая необходимого изменения величины переменного сопротивления в зависимости от положения его подвижного контакта; на фиг.5пример выполнения переменного сопро" Зо тивления для первого варианта уровнемера; на фиг. 6 — выполнение переменного сопротивления для второго варианта уровнемера. в верхнем наконечнике 3, заполнен-ные уплотнителем 1О.

Уровнемер работает следующим образом.

На поверхности (при атмосферном давлении)уровнемер собирают, заливая в гибкий резервуар 4 такое количество токопроводящей жидкости

5, чтобы она достигала нижнего края переменного электрического сопротивления Ь, о чем можно судить по появлению электрической цепи между выводами 9. Скважинный уровнемер подключают"к каротажному кабелю 11 а кабель — к наземному измерительному блоку, собранному, например, по мостовой схеме (фиг.2). Схему .балансируют перед спуском прибора в скважину, устанавливая нулевые показания регистрирующего прибора

l2 с помощью подстроечного сопротивления 13. Прибор опускают в буровую скважину ниже статического уровня.

По мере погружения уровнемера ниже уровня воды увеличивается гидростатическое давление на гибкий резервуар 4и уровень токопроводящей жидкости 5 в нем повышается, сжимая газ в измерительнойкамере 8 внутри цилиндра 1. Величина переменного электрического сопротивления 6 при этом уменьшается, что вызывает изменение показаний регистрирующего прибора 12.

Как известно, изотермическое расширение {сжатие) газа описывается законом Бойля-Мариотта (кривая.А фиг.3)

Если положить начальное давление равным атмосферному Р =1, то измеряемое давление P ..можно выразить через отношения обьемов газа — начального, V и измеряемого Ч: Р о а учитывая, что камера, в которой находится гаэ, имеет постоянное сечение S, Ч 6 Хо хр р ь о у (, Х (2) где, X — постоянная, равная высоте камеры в начальный момент, при атмосферном давлении; . Х вЂ” высота, которой достигнет уровень токопроводящей жидкости в момент измерения, т.е. текущая координата, характери1158750 ь (к) = ак

Отсюда

1 1(.) =., X (,) Откуда аР- р а1, (7)

%(x) зующая положение подвижного контакта переменного сопротивления.

Величину переменного сопротивления

К в этот момент можно записать как

R = R, — a (P- P,1. А,- и (— 4) (з1

Kî о (4) где Р— полное значение переменного сопротивления; а — постоянный коэффициент пропорциональности, величину которого можно найти, приравняв Р 0 тогда

1S

1, Х, - Х ) Ф где 1 = N npu R =0 (это координата

1 верхнего конца переменного сопротив" ленин Ц.

Величина переменного сопротивления, рассчитанная по формуле (3), линейно .зависит от внешнего давления

Р (кривая В на фиг,3) и соответственно нелинеино зависит от перемещения

g.его подвижного контакта (фиг.4).

Если продифференцировать выражение (4) по X, получим — =а — Ь) м1(Х, 30

С учетом того, что м и t(величины постоянные, можно с4юрмулировать основное условие, которому должно удовлетворять переменное со-, противление в предложенном уровнемере, а именно, чтобы величина переменного сопротивления линейно зависела от внешнего давления, необходимо, чтобы приращение величины переменного сопротивления было обратно пропорционально квадрату перемещения подвижного контакта (фиг.4}.

В ервом варианте предлагается выполнить переменное сопротивление в виде тонкой проводящей пленки постоянной толщины и постоянного поверхностного сопротивления p() ширина Ь(К) которой меняется так, чтобы приращение величины перемен" ного сопротивления удовлетворяло условию (6). Форма предложенного сопротивления приведена на фиг.5.

Сопротивление элементарного слоя пленки, вырезанного перпендикулярно оси Х, как показано на фиг.5, 55 составит

Подставив в (8 ) выражение (6), получаем

Пленочное сопротивление может быть изготовлено различными способами.

Например, посредством напыления на прямоугольную пластину из изолятора порошка из высокоомного сплава (ннхрома, фехраля и др.) по заданной формулой (9) площади или просто вырезано по той же форме из листового высокоомного материала и наклеено на изоляционное основание.

Во втором варианте скважинного уровнемера предлагается переменное сопротивление в виде реостата, намотанного на цилиндрическом основании диаметром D неизолированныи

/ проводом с линейным сопротивлением р (ом/см) и переменным шагом намотки, который можно вычислить из следующих соображений.

При переходе подвижного контакта с одного витка на другой, расстояние между которыми составляет .шаг намотки g X(x), изменение величины переменного сопротивления должно быть равно сопротивлению одного витка =/ gp (10)

С учетом (6) можно записать

4Р 4Р z

4К(1,1= а 1(о

Ха

К Р 2

4Х(„ = K . (11) аХ, Укаэанные два варианта не исчерпывают всех возможностей выполнения переменного сопротивления в соответствии с закономерностью, сформулированной в (6), а предлагают лишь наиболее простые в изготовлении конструкции.

Кроме них можно предложить, например, реостат, намотанный с равномерным шагом на плоском основании, профиль которого изменяется в соответствии с кривой на фиг,4, 1 I 58750 последовательность контактов, соециняющнхся через постоянные сопротивления, величина которых изменяется согласно (6) и т.п.

В любом иэ этих случаев изготовление переменного сопротивления остается более простым делом, чем изготовление измерительной камеры сложной конфигурации в уровнемерепрототипе предложенного технического решения, что и обуславливает положительный эффект последнего.

Составитель,И.Войтух

Редактор Н.Горват Техред Т.Маточка Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3546/35 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г,Ужгород, ул.Проектная,4