Устройство для измерения физическихпараметров жидких флюидов

О П И С А Н И Е пц 805235ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРееттублик(23) Приоритет -йнуднрстаеннмН каннтет СССР ао делам нзобрвйннй н открмтнй(53) УДК 550,835; ;550.834 (088;8) Опубликовано 15.02.81, Бюллетень6 Дата опубликования описания 25.02.8 В. Т. Лахтанов и Я.-М. Е. Ръник,.,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ ФЛЮИДОВИзобретение относится к геофизическомуприборостроению, а именно к устройствамдля 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, водоструйногонасоса, служащего для перевода радона издегазатора сцинтилляционную камеру, и ин втенсиметра 11,Недостаток указанного устройства заключается в отсутствии контроля за процессомдегазации жидкости, что в значительной мере влияет на точность измерений. Кроме того, данное устройство применяется толькона 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, состоящееиз полого цилиндрического корпуса, который 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 12,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 подвиж. ном основании смонтированы два,пьеэопре. образователя 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,блок регистрации акустических параь 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 уменьшения электро- химической поляризации верхних электродов и отражающей пластины, они покрыты платиновой 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 диаметрально 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 1 О 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. Нижние 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 1 О 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 1 О 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 устрой ство опускается в исследуемую скважину ипогружается в флюид настолько, чтобы отракающая пластина 8 находилась несколько ниже уровня флюида 3 (фиг. 1).Первый цикл - измерение скорости рас пространения и поглощения ультразвука вфлюиде, 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. Послед.ние, отражаясь от пластины 8, регистрируются пьезопреобразователем 5 и бло.ком 15.Второй цикл - измерение колебанийуровня флюида. С выхода генератора 14 электрические колебания поступают на пьезопреобразователь 4, который преобразует их в ультразвуковые колебания, Последние, 4 о многократно отракаясь от границы раздела фаз (плоскость АА ), регистрируются пьезопреобразователем 4 и блоком 15.Третий цикл - измерение электрическихпараметров флюида. Отражающая пластина 8 и верхние электроды 9 и 10 отключают, ся от об 1 цего провода прибора и подклочаются к блоку 13, с помощью которого измеряются электропроводность, диэлектрическая, постоянная флюида и тангенс угла диэлектрических потерь.50.Четвертый цикл - дегазация флюида иизмерение концентрации радона. Краны 19 и 22 закрыты. В сцинтилляционной камере 20 с помощью форвакуумного насоса 27 создается вакуум. Вакумметр 21 регистрирует давление газа в никием отсеке 17.Генератор 14 вырабатывает непрерывные синусоидальные колебания, поступающие на пьезопреобразователи 4 и 5, которые895235 5О Формула изобретения 20 25 ЭО 35преобразуют 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, содеркашегося в газеПосле этого включается.форвакуумный насос 27 и камера 20 вакуумируется.Пятый цикл - измерение концентрации торона. Краны 19 и 22 открыты. Вкл 1 очается форвакуумиый насос 27 и через сцинтилляционную камеру 20. прокачивается газ, находяшийся в отсеке 17 и газ, засасывае.мый через канал 24, Включается система 26 регистрации и измеряется фоновая активность газаобусловленная радоном и его короткокивуюшими 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 изме.нением 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 поглошения ультразвука в флюиде, а также измерений колебаний уровня флюида. Верхние электродыпьезопреобразователей 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 1 Окн/л; точность определения скорости ультразвука порядка 0,05%; точность определения коэффициента поглошения ультразвука порядка 0,05 дБ точность определения уровня не хуке 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 открытыи и вмещающий исследуемый флюид и верхний, в котором размешены регистрирующие устройства, на. пример 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 отсеке размещены генератор электрических импульсов, блок регистрации акустических параметров флюида, сое-: диненные с нижними электродами пьезо 40 преобразователей, блок регистрации элентрических параметров флюида, соединенный с верхними электродами пьезопреобразователей и отракаюшей пластиной, форвакуумныи 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 поО ложения несуаего основания независимо от50Энаклона. корпуса устроиства в стволе скважины, основание смонтировано на кардан.ной подвеске и выполнено в форме сферического сегмента, обеспечиваюшего постоянное положение центра тяжести основания,55 на вертикальной оси, проходящей через егоцентр,3. Устройство по п. 1, отличающееся тем,что, с целью повышения точности измерени 1путем уменьшения возникающей прн измерениях электрических параметров флюида электрохимической поляризации верхних электродов и отражающей пластины, последние покрыты платиной чернью. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе8052351. Мавлянов Г. А. и др. Гидрогеохими.ческие особенности сейсмоактивных райо нов Узбекситана. Ташкент. ФАН, 1973.с, 41.2. ИодцсЬ 1 Мазачази, ЮаЫ 1 а Н 1 гозЫ.5 А тейод 1 ог соп 11 пиопз аеазнгеаеп 1 оЕгодоп 1 пдгоипд-юа 1 ег аког евгйциаМе ргейс 11 оп. Т. беорЬуз, йеэ. 1977, 82,8..по д113035, МФилиал ППП Составитель А. СпиридоновТехред А, Бойкас Корректор Е. РощкоТираж 193 . ( Подписное.Государственного комитета СССРелам изобретений и открытийосква, Ж - 36, Раушская наб., д. 4/5аПатентэ, г. Ужгород, ул. Проектная, 4