Устройство для измерения физическихпараметров жидких флюидов

 

Q Il g C A H g g < 805235

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реаттублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04 12.79 (21) 2692502/18-25 (51) М. Кл.з с присоединением заявки №вЂ”

G0l V5/06 (23) Приоритет— йеуднрстаеннм0 каннтет

СССР ао делам нзееретеннй н еткрмтнй (53) УДК 550.835;

;550.834 (088;8) Опубликовано 15.02.81. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 25.02.81

В. Т. Лахтанов и Я.-М. Е. Р Ъник,.„, - ггъг т ут

1г УХ

Институт геофиаики ии. С. И./Суббатисйа""акт. а;:,u

АН Украинской ССР @аюЛ@г-,;., (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ ФЛЮИДОВ

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, а именно к устройствам для изучения гидродинамического и гидро-. химического режима подземных вод в сква- жинах сейсмоактивных районов.

Известно устройство для измерений концентрации радона в подземных водах самоизливающихся скважин, состоящее из дегаэатора, сцинтилляционной камеры для измерения активности радона, водоструйного насоса, служащего для перевода радона из дегазатора сцинтилляционную камеру, и ин- 10 тенсиметра (1), Недостаток указанного устройства заключается в отсутствии контроля за процессом дегазации жидкости, что в значительной мере влияет на точность измерений. Кроме того, данное устройство применяется только на самоизливающихся скважинах, а функциональные возможности его ограничиваются измерением только одного параметра подземных вод — концентрации радона.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерений концентрации радона в подземных водах, состоящее из полого цилиндрического корпуса, кото рый с помощью герметичной перегородки разделен на два отсека, сообщающихся меж-. ду собой и с атмосферой с помощью системы. коммутационных кранов. Верхний отсек корпуса представляет собой сцинтилляционную камеру для измерений концентрации радона, а нижний — открытый, служит для вмещения исследуемой воды и ее дагеэации (2), Недостатки этого устройства, также как и первого, заключаются в отсутствии контроля за процессом дегазации вод н ограниченности функциональных возможностей уст-, ройства.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем наиболее эффективной дегазации флюида и расширения функциональных возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что в нижнем открытом отсеке корпуса на подвижном основании смонтированы два,пьеэопреобразователя с электродами, укрепленными на верхней и нижних сторонах пьезопреобразователей, при этом, над одним из пьезопреобразователей соосно с ним размещена отражающая ультразвуковые колебания пластина, которая также крепится к основанию, а в верхнем отсеке корпуса размещены генератор электрических импульсов, 805235 блок регистрации акустических парамтров 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 уменьшения электрохимической поляризации верхних электродов и отраЖающей пластины, они покрыты пл ати новой чернью.

На фиг. 1 показаны основные блоки и узлы предлатаемого 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 б, закрепленного в наружном кардановом кольце 7, которое закреплено в двух диаметраль»о противоположных 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 !0 и отражающая пластина 8 присоединены к блоку 13 определения электрических параметров. Нн>кние электроды 11 и 12 присоединены к задающему генератору 14 электрических колебаний и блоку 15 определения акустичесих параметров флюида. При дегазации флюида н 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 и 10 пьезо преобразователей 4 и 5 и отражающая плас тина 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 коммутирующий 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 дегазации. Коммутирующий кран 22 соединяет, нижний отсек 17 с газовым пространством скважины (атмосферой) 23 через канал 24.

Сцинтилляционная камера 20,сочленена с фотоэлектронным умножителем 25, а последний — с блоком 26 усиления и передачи сигналов. Форвакуумный 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 отра>кающая пластина 8 находилась несколько ниже уровня флюида 3 (фиг. 1).

Первый цикл — измерение скорости рас25 пространения 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

30 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, щ многократно отра>каясь от границы раздела фаз (плоскость АА ), регистрируются пьезопреобразователем 4 и блоком 15.

Третий цикл — измерение электрических параметров флюида. Отражающая пластина 8 и верхние электроды 9 и 10 отключают4, ся от общего провода прибора и подкл|очаются к блоку 13, с помощью которого измеряются электропроводность, диэлектрическая, постоянная- флюида и тангенс угла диэлектрических потерь.

Четвертый цикл — дегазация флюида и измерение концентрации радона. Краны 19 и 22 закрыты. В сцинтилляционной камере

20 с помощью форвакуумного насоса 27 создается вакуум. Вакумметр 21 регистрирует давление газа в ни>кием отсеке 17.

Генератор 14 вырабатывает непрерывные синусоидальные колебания, поступающие на пьезопреобразователи 4 и 5, которые

:8@235

5 0

Формула изобретения

25

35 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 регистри» руется активность радона, содер>кашегося . в газе..После этого включается форвакуумный насос 27 и камера 20 вакуумируется.

Пятый цикл — измерение концентрации торона. Краны 19 и 22 открыты. Включается форвакуумиый насос 27 и через сцинтилляционную камеру 20 прокачивается газ, находяшийся в отсеке 17 и газ, засасываемый через канал 24. Включается система 26 регистрации и измеряется фоновая активность газа,,обусловленная радоном и его коротко>кивуюшими изотопами в газовом пространстве скважины. Затем включается генератор 14 (краны 18 и 22 по-прежнему открыты) и прокачка газа ведется одновременно с дегазацией флюида. Выделяемый при этом из флюида газ, содержащий торон, увлекается прокачиваемым газом, поступает в сцинтилляциоиную 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 газонасышенности 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 эадаюший генератор служат как для дегазации флюида, так и для определения скорости распространения и поглощения ультразвука в флюиде, а также измерений колебаний уровня флюида. Верхние электроды пьезопреобразователей и отражающая плас-., тина, применяемые при ультразвуковых измерениях, используются также в качестве электродов при измерениях удельной электропроводности, 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 поглошения ультразвука порядка 0,05 дБ точность определения уровня не худ 1 мм; точность определения удельной электропроводности порядка 0,003%.

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 помощью системы коммутационных кранов, нижний открытый и вмещающий исследуемый флюид и верхний, в котором размешены регистрирующие устройства, например сцинтилляциониая камера для измерения концентрации радона, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем наиболее эффективной дегаэаци 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 пз пьезопреобразователей укреплена отражаюшая ультразвуковые колебания пластина, а в верхнем оТссКс размешены генератор электрических импульсов, блок регистрации акустических параметров флюида, сое-: диненные с нижними электродами пьезо40 преобразователей, блок регистрации элентрических параметров флюида, соединенный с верхними электродами пьезопреобразователей и отра>каюшей пластиной, форвакуумнын насос, подключенный к сцннтилляционной камере, вакуумметр, соединенный с нижним отсеком.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерений путем обеспечения горизонтального по0 ложения несуШего основания независимо от

50 наклона. корпуса устроиства в стволе скважины, основание смонтировано на кардан}foH подвеске и выполнено в форме сферического сегмента, обеспечиваюшего постоянное положение центра тяжести основания ,55 на вертикальной оси, проходяшей через его центр.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерени1 путем уменьшения возникающей пр 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 райо. нов Узбекситана. Ташкент. «ФАН», 1973. с. 41.

2. Noguchi Masavase, Wakita Hiroski.

s А method 1ог continuons measurement of

rodon inground-water for earthquake prediction. Т. Geophys. Res. 1977, 82, № 8.

Фиг.2

Составитель А. Спиридонов

Редактор М. Келемеш . Техред А. Бойкас Корректор Е. Рощко

Заказ 10643/68 Тираж 793 (Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП аПатентэ, г. Ужгород, ул. Проектная, 4