Скважинный уровнемер (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСИИХРЕСПУБЛИК 1587 О 1) Е 21 В 47/04 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОП Н АВ СНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУЬ.Ь.:" 4 опротивления ширину 1)(72) В.Н.Капашнико ног мен В 20и И.Г.СковородХ - постоянные;Х - текущая координата,характеризующая положение подвижного контакта переменного сопротивления; де о)((") с) Х стоянные аметр оснолинейное соп ьиХ -по о р -диия 1ивление. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ников(71) Свердловский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. В.В.Вахрушева(56) 1. Шустов В.И. Техника измерений При полевых гидрогеологических исследованиях, И., "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) .(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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения изготовления уровнемера, переменное сопротивление в нем выполнено в виде проводящей пленки постоянной толщины и постоянного поверхностд - 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 токо- проводящей жидкостью, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции, переменное сопротивление в нем выполнено в виде реостата, намотанного на цилиндрическом основании проводом с постоянным линейным сопротивлением и переменным шагом намотки дХ)1158750 Изобретение относится к исследованиям в буровых скважинах, а именнок устройствам для дистанционного измерения величины приращения уровняжидкости в буровых скважинах. 5. Известныприборы,применяемые дляизмерения уровня жидкости в буровыхскважинах, разделяемые по принципу действия на четыре группы; поплавковые,электроконтактные,. электроемкостные 10и гидростатические 111,Известен также пружинно-поршневой датчик, в котором внешнее давление на поршень компенсируют сжатиемцилиндрической пружины,а перемещение 5поршня преобразуют в электрическийсигнал с помощью реостата, подвияе.ныч контакт которого соединен с поршнем 2 . 20Недостаток этого датчика - пониженная чувствительность, связаннаяс трением поршня о стенки цилиндра,в котором он расположен. Этот недостаток не удается полностью устранить даже за счет сообщения поршнюнезатухающих колебаний небольшойамплитуды, преодолевающих трениепокоя, 4 КНаиболее близким к предлагаемому З 0является скважинный уровнемер;содержащий корпус, измерительнуюкамеру, например круглого сечения,заполненную газом, и переменноеэлектрическое сопротивление, подвижный контакт которого выполнен в видерезервуара с гибкой оболочкой, заполненного токопроводящей жидкос"тью 3.Гидростатическое давление столба40жидкости в скважине воздействуетна гибкую оболочку и, сжимая газв измерительной камере, перемещаетуровень токопроводящей жидкости,изменяя величину переменного элект 45рического сопротивления. С цельюобеспечения линейной зависимостивыходного сигнала от внешнего давления измерительной камере приданаформа полости, образованной вращени" 50ем кривой сжатия реального газа,заполняющего камеру, вокруг ее оси. Переменное сопротивление с заданным55 законом изменения его величины взависимости ат перемещения подвижногоконтакта гораздо проще изготовитьи проверить, чем камеру такой сложОднако 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 пере. переменное 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 в зависимости от перемещения Х подвижного контакта меняется по закону где си К - постоянные;Р - поверхностное сопротивиление;- текущая координата,, характеризующая положение 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 Ь Мх где а и 1 - постоянные; 9 - диаметр основания; Я, - линейное сопротивление.0 35 Корпус предложенного уровнемера состоит из металлического цилиндра 1 и двух наконечников: нижнего 2 и верхнего 3, соединенных с цилиндромрезьбой. 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 тивление 6 крепится к изоляционному вкладышу , расположенному между верхним наконечником 3 ицилиндром 1. Пространство внутри цилиндра 1, заключенное Йежду изо ляционным вкладышеми поверхностью токопроводящей жидкости 5, образует измерительную камеру 8 цилиндрической формы, заподненную воздухом или другим газом. От. перемениога 55 сопротивления 6 и металлического цилиндра 1 сделаны электрические выводы 9, пропущенные через каналы ной конфигурации, как в уровнемерепрототипе.Существенное отличие предложенного технического решения от известных заключается в том, что в нем линей ная, зависимость выходного электрического сигнала от измеряемого параметра достигается не за счет придания особой формы иэыерительной камере, а за счет особого выполнения переменного электрического сопротивления, которое при простой форме измерительной камеры (с постоянным сечением ) позволяет скомпенсировать нелинейность зависимости 15 обьема газа в измерительной камере от давления при изотермическом сжатии газа.На фиг. 1 показан скважинный уровне.мер всборе,продольный разрез; на фиг.2 - электрическая схема уровне- мера; на фиг,З - зависимость объема измерительной камеры ( кривая А) имвеличины переменного сопротивления кривая В) от внешнего давления; на фиг.4, - кривая необходимого изменения величины переменного сопротивления в зависимости от положения его подвижного контакта; на фиг.5- пример выполнения переменного сопро" З 0 тивления для первого варианта уровнемера; на фиг. 6 - выполнение переменного сопротивления для второго варианта уровнемера. в верхнем наконечнике 3, заполнен-.ные уплотнителем 1 О.Уровнемер работает следующимобразом,На поверхности (при атмосферномдавлении)уровнемер собирают, заливая в гибкий резервуар 4 такоеколичество токопроводящей жидкости5, чтобы она достигала нижнего краяпеременного электрического сопротивления Ь, о чем можно судить по появлению электрической цепи между выводами 9. Скважинный уровнемер подключают"к каротажному кабелю 11, акабель - к наземному измерительному блоку, собранному, например,по мостовой схеме ( фиг.2). Схему.балансируют перед спуском приборав скважину, устанавливая нулевыепоказания регистрирующего прибора12 с помошью подстроечного сопротивления 13. Прибор опускают в буровуюскважину ниже статического уровня.По мере погружения уровнемера нижеуровня воды увеличивается гидростатическое давление на гибкий резервуар 4 и уровень токопроводящейжидкости 5 в нем повышается, сжимаягаз в измерительнойкамере 8 внутрицилиндра 1. Величина переменногоэлектрического сопротивления 6при этом уменьшается, что вызываетизменение показаний регистрирующего фприбора 12.Как известно, изотермическоерасширение (сжатие) газа описываетсязаконом Бойля-Мариотта (кривая.Афиг.3) Если положить начальное давление равным атмосферному Р =1, то измеряемое давление Р .можно выразить через отношения обьемов газа - начального, Ч и измеряемого Ч: Р "оа учитывая, что камера, в которой находится гаэ, имеет постоянное сечение 5,еЧ 6 Хо Хоь оу 6 К Х(2) где, М - постоянная, равная высоте камеры в начальный момент, при атмосферном давлении; . Х - высота, которой достигнет уровень токопроводящей жидкости в момент измерения, т,е. текущая координата, характери, (7)Ър) зующая положение подвижного контактапеременного сопротивления.Величину переменного сопротивленияК в этот момент можно записать как(Р, и( -1) 31 Хоо щ фф (4)где Р - полное значение переменногосопротивления;а - постоянный коэФфициент пропорциональности, величинукоторого можно найти, прирав.нявО, тогда151, Хк,-Х) Фгде У = )( при К =О (это координатаверхнего конца переменного сопротив"ленин Ц.Величина переменного сопротивления, рассчитанная по формуле (3),линейно .зависит от внешнего давленияР (кривая В на Фиг,З) и соответственно нелинеино зависит от перемещения ИХ.его подвижного контакта (Фиг,4).Если продифференцировать выражение(4) по. У , получим- 1,6)й)( Х, 30С учетом того, что м и )(, величины постоянные, можно с 4 юрмулировать основное условие, которомудолжно удовлетворять переменное со-,противление в предложенном уровнемере, а именно, чтобы величина пере.менного сопротивления линейно зависела от внешнего давления, необходимо, чтобы приращение величиныпеременного сопротивления было обратно пропорционально квадрату перемещения подвижного контакта (фиг.4).В нервом варианте предлагаетсявыполнить переменное сопротивление в виде тонкой проводящей пленкипостоянной толщины и постоянногоповерхностного сопротивления (ом),ширина Ь(К) которой меняется так,чтобы приращение величины перемен"ного сопротивления удовлетворялоусловию (6), Форма предложенногосопротивления приведена на фиг.5.Сопротивление элементарного слояпленки, вырезанного перпендикулярнооси Х , как показано на фиг.5,55составит 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 0 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 намоткиХк), изменение величины переменного сопротивления должно быть равно сопротивлению одного витка) 7. НОР 2Х(к) =(11)аХ,Укаэанные два варианта не исчерпывают всех возможностей выполненияпеременного сопротивления в соответствии с закономерностью, сформулированной в (6), а предлагают лишьнаиболее простые в изготовленииконструкции,Кроме них можно предложить, например, реостат, намотанный с равномерным шагом на плоском основании,профиль которого изменяется всоответствии с кривой на фиг,4,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 5 решения, что и обуславливает положительный эффект последнего.Составитель,И.Войтухедактор Н.Порват Техред Т.Маточка Коррек Л,Пилипенк Зак 4/5 иал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектна 3546/35 ТиражВНИИПИ Государсло делам изо 113035, Москва, Ж40 Подписно венного комитета СССР ретений и открытий Раушская наб., д,