Устройство для исследования термальных вод в скважинах

 

Союз Советскик

Социалистически к

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ к ьвтовскомм свидативьсте (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 200779 (23) 2800455/18-25 (51) М. Кл. с присоединением заявки М(3) Приоритет—

G 01 и 27/00

Государственный комитет

ССС P ио демам иэобретений и открытий

Опубликовано 1509,81. Бюллетень 89 34

Дата опубликовани я описания 15.09.81 (53) УДК 54З.25З (088. 8) А.В.Зотов, В.A.Приходько. A.ß.Ксенэанко и. E.Ã.Øeéìèí

I (72) Авторы изобретения

Институт геологии рудных месторожденйй, пе1 рографии, минералогии и геохимии AH СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМАЛЬНЫХ

ВОД В С КВАЖИ НАХ

Изобретение относится к устройст= вам для дистанционного измерения параметров раствора потенциометрическим методом, в частности для измерения рй и других характеристик природных термальных вод в скважинах, Известно устройство для измерения в скважинах температуры расхода и электропроводности растворов, состоя- 1О щее иэ погружного зонда, содержащего датчики, преобразователи аналоговых сигналов в частоту и регулятор напряжений, из кабеля и регистрирующего прибора с блоком питания на дневной поверхности f1).

Однако устройство не может быть использовано для измерений одной иэ важнейших геохимических характеристик природных вод (величины рН) иээа высокого сопротивления стеклянно- 2О го электрода. Кроме того, оно не позволяет производить точные измерения при повышенных температурах (выше +40 С).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для исследования термаль-. ных вод в скважинах, состоящее из погружного зонда, содержащего блок датчиков, подключенных ко входу пе- ЗО редающего многоканального преобразователя, соединенного со стабилизатором напряжения, который через одножильный каротажный кабель подключен к блоку питания и приемному преобразователю с регистрирующим прибором, причем датчик для измерения рН подключен к преобразователю через высокоомный усилитель 2 ).

Однако и данное устройство не может бить использовано для измерения эле кт рохимических хар акте рис ти к растворов при повышенных температурах, присущих термальным водам, так как современные электронные приборы, из которых изготовлены усилитель и преобразователь, при повышенных температурах работают неустойчиво и не обеспечивают требуемой точности измерений, а свыше 85 С полностью теряют работоспособность.

Цель изобретения — повышение точности измерений и увеличение времени функционирования устройства в широком диапазоне температур.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, состоящем из погружного зонда, содержащего блок датчиков, подключенных ко входу передающего многоканального преобразоЙб4089 нателя, соединенного со стабилизатором напряжения, который через одножильный каротажный кабель подключен к блоку питания и приемному преобразователю с регистрирующим прибором, передающий многоканальный преобразователь и стабилизатор напряжения расположены внутри цилиндра с высокой теплоемкостью, помещенного в сосуд

Дьюара.

Кроме того, устройство дополнительно содержит стабилизатор тока, .соединенный через одножильный каротажный кабель со стабилизатором напряжения, а также с блоком пита-, ния и приемным преобразователем, блок антоматической калибровки, соединенный с приемным преобразователем.

Введение сосуда Дьюара с массивным цилиндром из теплоемкого материала предотвращает перегрев электронных приборов погружного зонда и выход их из строя. обеспечиная рабочую температуру последних н интервале 20-80 С. Блоки автоматической калибровки и компенсации температурного дрейфа нуля обеспечивают повышение то ности измерений, устраняя последствия нестабильности работы электронных приборов зонда н широком интервале температур. Повышение точности измерения также достигается за счет применения системы электропитания, состоящей из стабилизатора напряжения и стабилизатора тока, которая снижает саморазогрев электронной части зонда.

На чертеже изображен погружной зонд и регистрирующий прибор на поверхности.

Зонд представляет собой корпус 1, в котором закреплены датчики 2 и сосуд HI Ioapa 3. В сосуде HbIoapa размещены много кан аль ный передающий преобразователь 4, усилитель 5 с высокоомным входом и стабилизатором 6 напряжения, находящиеся внутри массивного цилин.цра 7 из материала с нысокой теплоемкостью. Зонд соединяется с регистрирующим прибором одножильным каротажным бронированным кабелем 8 с теплостойкой изоляцией., Регистрирующий прибор, состоящий из приемного преобразователя 9 и индикатора 10,дополнительно снабжен блоком 11 автоматической компенсации дрейфа нуля и блоком 12 автоматической калибровки. Между блоком 13 питания и кабелем помещен стабилизатор

14 тока. Изготовленный опытный экземпляр погружного зонда состоит иэ титанового корпуса, к которому прикреплен сменный блок датчиков. Блок датчиков состоит из датчика температуры, стеклянного высокоомного высокотемпературного электрода для измерения рН, трех платиновых для измерения Е, двух сульфидсеребряных для определения концентрации серонодорода и одного хлорсеребряного электрода сравнения. Платы электронных приборов расположены внутри массивного медного цилиндра и вместе с ним помещены в сосуд Дьюара, Сосуд Дьюара герметично закрыт пробкой, в которой имеются проходные контакты. Для контроля температуры внутри сосуда имеется внутренний датчик температуры.

Работа устройства продолжается до тех пор, пока температура н сосуде

Дьюара не превысит +80 С, т.е. в течение 3-4 ч.

Электронная часть зонда состоит иэ высокоомного усилителя и передающего многоканального преобразоваf5 теля. Высокоомный усилитель предназначен для подключения стеклянного нысокоомного электрода для измерения рН и имеет входные сопротивления к „>10-12 Ом. Преобразонатель предло ставляет собой передающую часть системы передачи информации с временным разделением каналов и предназначен для поочередного преобразования входных напряжений от каждого из 15-ти датчиков в измерительные импульсы, временное положение которых пропорционально сигналу датчика.

Измерительные импульсы поступают через разделительный Фильтр блока питания зонда на оцножильный каротажный кабель с фторпластоной изоляцией, на котором происходит спуск погружного зонда в скважину. С наземного прибора по каротажному кабелю н погружной зонд поступает напряжение питания, а с погружного зонда в наземный прибор поступают измерительные импульсы. В назеином приборе из" мерительные импульсы восстанавливаются и 3аполняются счетными HMITvJIb

4Q сами, поступающими затем на дноичнодесятичный счетчик. Результат счета числа импульсов в дноично-десятичном коде поступает через схему памяти на дешифратор кода, откуда сигнал посту4 пает на циФровой индикатор, где происходит высвечивание результата счета числа импульсов, т.е. результата измерения. Схема памяти запоминает из информации о всех 15-ти каналах, поступающей со счетчика, только информацию одного выбранного для индикации канала.

Опрос всех датчиков осуществляется с частотой 20 Гц. За время каждогс цикла производится компенсация дрейз5 фа нулей операционных усилителей, для чего применен известный принцип компенсации в цифровом виде. Измеренный дрейф операционных усилений передается по одному иэ вспомогательщ ных каналов в приемный преобразователь 9 и далее н схему 11 компенсации дрейфа нуля, где записывается в запоминающее устройство, после чего автоматически вычитается иэ каждого д результата измерения. Калибровка по

864089

DC pH MB

Глубина скважины м

Eh мВ

75 6,75

73 6,35

82 6,30

120

120

108 6,15

190 125 6,20

120 6,00

127 .6,15

215

225

61,5

140 6, 10

230

153 . 6,15

220 встроенному источнику опорного напряжения и измерения напряжений каждого датчика также производятся за время каждого цикла и учитываются как в схеме компенсации дрейфа нуля так и при высвечивании на табло результата измерения.

Блок питания погружного зонда представляет собой инвертор, преобразующий стабильный ток. поступающий через кабель с наземного прибора в ряд стабилизированных напряжений, необходимых для питания электрической схемы высокоомного по- торителя и преобразователя зонда (-12В, +12B

+5В), а также обеспечивает гальваническую развязку электронной части от земли таким образом, что потенциал каждого электрода в диапазоне от

-1B до +1B измеряется относительно электрода сравнения. Главное назначение система стабилизатора 14 тока 2О (стабилизатор 6 напряжения) заключается в том, что с целью предельно возможного уменьшения тепла, выделяемого стабилизатором 6 напряжения, которое увеличивает саморазогоев ч спускаемого зонда, стабилизатор б напряжения питается стабилизированным током от стабилизатора 14 тока.

Такое построение системы питания дает возможность компенсировать воз— действия дестабилизирующих факторов, (изменение coïooòêâëåíèÿ каротажного кабеля 8 в результате изменения длины каротажного кабеля, его температуры), не в спускаемом зонде, как это делается обычно, а в наземном устройстве. устройство позволяет измерять указанные выше параметры непосредственно в скважинах в широком интервале температур (до 200 C) и глубин (до 40

2км).

Опытный экземпляр изготовлен и испытан при температуре до 160 С и о глубине до 100м. Посредством него проводят поинтервальные измерения рН, окислительно-восстановительного потенциала Eh и потенциометрические определения концентрации сероводорода в скважине Р 9 íà парогидротермальном месторождении. Зонд снабжают двумя медными термометрами сопротивления для измерения температуры соеды и внутри сосуда Льюара, стандартным высокотемпературным стеклянным электродом ЭСП-31-06 для измерения рН, тремя гладкими платиновыми элект- 55 родами для измерения окислительновосстановительного потенциала и двумя сульфидсеребряными электродами для измерения концентрации сероводорода.

Последние готовят электролитичес- 6() ким методом. В качестве электрода сравнения используют хлорсеребряный электрод в 3,5н. KC 3 с фторопластовым сильфоном для обеспечения истекания раствора через ключ. Все устройство питается от батареи напряжением 40 8.

Чтобы уменьшить потребление энергии, прибор Ы зонд включают только в момент измерения, Время выхода в режим, не более 10 с.

Результаты измерений индицируют на цифровом табло наземного прибора; показ ан ия темпер ату рных датчиков в ОС электродных цепей — в мВ. Показания каналов считываются поочередно посредством ручного переключателя.

Погрешность измерений температуры

+1 С, ЭПС высокоомной цепи (рН)

+ЗмВ, ЭПС низкоомных цепей (Eh Н2 S)+1 мВ.

Для определения рН проводят калибровку электродной системы по трем стандартным буферным растворам. Применяют два вида калибровки, дающих сходимье результаты: в лабораторном автоклаве и непосредственно в скважине.

Последняя состоит в поочередном опускании зонда на ту же глубину, на которой производились измерения, Но с электродами, помещенными в один из буферных растворов, отделенный от окружающей среды гибкой (для перецачи давления} мембраной. При непрерывном нахождении зонда в скважине с температурой водл 80-155" C работоспособность устройства (т.е. время, пока температура электронной части зонда не поднимается вьпае 80 C) сохраняется в течение 3-4 ч.

Результаты измерений рН и Eh приве дены в таблице.

864089

Формула изобретения з 7770/62 исное тент", ул. Проектная, 4

Предлагаемое устройство обеспечивает получение более точных и надежных характеристик природных термальных вод как н научных целях, так и при разведке месторождений минеральных вод и при гидрохимических поисках рудных тел, способствует выработке эффективных мер при борьбе с зарастанием скважин на парогидротермальнйх и других месторождениях.

1 ° Устройство для исследования термальных нод в скнажинах, состоящее из погружного зонда, содержащего блок датчиков, подключенных ко входу передающего многоканального преобразователя, соединенного со стабилизатором напряжения, который через одножильный каротажный кабель подключен к блоку питания и приемному преобразонателю с регистрирующим прибором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью он точности измерений в широком диапазоне температур и увеличения времени функционирования, передающий многоканальный преобразователь и стабилизатор напряжения расположены внутри цилиндра с высокой теплоемкостью, помещенного в сосуд Дьюара.

2. Устройство по п.i о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит стабилизатор тока, соединенный через одножильный каротажный кабель со стабилизатором напряжения, а также с блоком питания и приемным преобразователем.

3. Устройстно по пп.1 и 2, о т л и чающее с я тем, что оно дополнительно содержит блок компенсации дрейфа нуля, соединенный с приемным преобразователем.

4. Устройство по пп.1-3, о т л и 5 ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит блок автоматической калибровки, соединенный с приемным преобразователем.

Источники информации, 20 принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CltlA У 4015194, кл. 324.1, опублик.1977.

2. Ben - Yaatcov S, Kap l an 1. R.

75 Hion pressure pH sensor for oceanographi c app l i cat ions.- J . ."The revi еи оГ scienti f1 c instruments", ч.39,,Р 8, 1968, р.3-5 (прототип) .