Импульсный эхолот

 

Класс 74d, 6„.

СССР

М 69О82

О ИОАН ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

A. A. Захаров

Импульсный эхолот

Заявлено 8 мая 1944 гола в Народный комиссариат нефтяной промышленности СССР ва М 2б4 (332672) Опубликовано 31 августа 1947 года

Импульсный эхолот предназначается для замеров уровней жидкости в скважинах. При работе этим прибором, как и всяким другим, основанным на измерении времени прохождения волны от устья скважины до уровня, не требуется спус",à какой-лиоо аппаратуры в скважин .

Определение уровней предлагаемым эхолотом сводится к измеречию времени прохождения до уровня и обратно резкого импульса сжатия или разрежения газа, возбуждаемого в устье скважины. Умножением этого времени на известную скорость распространения импульса в межтруоиом пространстве получается расстояние до уровня.

Время в импульсном эхолоте определяется графически, путем записи моментов прихода импульса к устью скважины на узкой (телеграфной) ленте, на которую одновременно наносятся марки времени от часового балансира.

В предлагаемом импульсном эхолоте, согласно изобретению, приемник импульсов выполнен в виде И -образной трубки, у которой концы сэединены с источником импульссв— один непосредственно, а другой— через длинную спиоальную трубку, компенсирующую влияние медленных изменений давления газа в системе, колена же заполнены ртутью и снабжены контактами, в которых при поступлении импульса эта ртуть замыкает цепи электромагнитов-отметчиков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема предлагаемого эхолота, Г оследний состоит из непоказанного на чертеже приспособления для возоуждения импульса сжатия или разрежения газа, контактного приемника 1 импульсов, снабженного компенсатором 2 постоянного илп медленно изменяющегося давления, регистратора импульсов с электромагнитной системой 3, приводящей в движение пишущее перо 4, балансирного контактного устройства 5 для маркировки времени, пера б марок времени с электоомагнитом 7, механизма для передвижения ленты 8 и электрической сухой батареи 9.

Возбуждение импульсов сжатия или разрежения достигается или отсечкой выходящего из скважины под ие42() № б9082 большим давлением газа или специальным пульсатором, создающим ударный импульс сжатия внешним воздействием — резким движением поршня или ударом по соединенному с межтрубным пространством отрезку гофрированной резиновой трубки.

Полученный одним из этих способов ударный импульс давления распространяется в межтрубном пространстве со скоростью, близкой к скорости звука, достигает уровня жидкости в скважине, отражается от него и, возвратившись обратно к устью, воздействует на контактный приемник имп льсов.

Контактный приемник импульсов представляет собою 1Ф -обра: íóþ стеклянную трубку, колена которой наполнены ртутью и имеют впаянные контакты. Средний перегиб залит ртутью не полностью и в нем находится пузырек нейтрального газа (азота).

Контактный приемник имгульсов присоединястся к межтрубному просТраНсТВу резиновой трубкой через отросток в пулъсаторе или т. п.

Возбужденный импульс в момент возникновения, а также импульс, отраженный в момент прихода к устью, вызовут перемещение ртути в приемнике импульсов, и впаянные в трубку электроды в эти моменты зал1кп 1 тся.

Для предотвращени» отклонения ртути в приемнике импульсов от нейтрального положсии» под действием постоянного II медленно измсняю1цегос; давления газа в межтрубном пространстве 1!pFIcll ;íèê импульсов снаожен компенсатором Z в виде длинной трубки, соединяющей кoHцы 1V-образной трубки и приемника.

Постоянное и медленно нарастающее давление таким образом будет подведено K обоим кснцам трубки и пс вызовет никакого отклонения ртути, а резкий кратковрел1енный импульс, распространяясь по трубке компснсатора, придет ко второму концу приемника импульсов с некоторым опозданием и сдвигом по фазе. Так как ртуть в И -образной трубке представляет собою колебательную систему с вполне определешгы" 1 "Iep!10430 дом, То выгодно подоорать длину труоки компенсатора такой, чтобы импульс по проходе через нее воздействовал на ртуть в обратном направлении в тот момент, когда она, выведенная из положения равновесия прямым импульсом, начнет обратное движение. Иными словами целесообразно, чтобы сдвиг фазы, вносимый компенсатором, равнялся бы полупериоду собственных колебаний ртути в И -образной трубке, Следует также добиться того, чтобы длительность самого импульса не превышала этого полупериода. В этом случае вся система будет в резонансе и отклонения ее от положения равновесия под действием импульсов определенной длительности 01 д1 T максимальны.

В цепь контактов включаются оатарея и электромагнитная система, приводящая в движение перо регистратора импульсов. Система устроена подобно двухпозиционном; поляризованному реле и включена в цепь таким образом, что при отклонении ртути в разные стороны в ней проходит ток разных направлений. При отсутствии тока в цепи перо -l остается в одном из крайних положений; при вкл1очении тока перо 4 отклоняется в другое крайнее положение или остается неподвижным — в зависимости от направления тока.

При регистрации импульсов на движущейся ленте 8 перо l записывает колебания ртути в виде:юманой линии с очень резкими переломами, но небольшими отклопсниями, благодар» чему B качестве ленты для предлагаемого эхолота можно применить стандартную телеграфную ленту шириной в 1 сл;. Примерный вид записи показан на чертеже. Резкость переломов, очевидно, оудет способствовать точности интерпретации.

Для графического определения времени между моментами воздействия первичного и отраженного импульса необходимо на ленту рядом с основной записью импульсов одновременно наносить марки времени, В качестве эталона в предлагаемом эхолоте применен стандартный баланси р 5 от будильника, как наиболее,: сшевый и дост1"пныи из псдоопь!х уcTBOHcTB и № 69082 не требующий специальной установки прибора в горизонтальном положении. Заводной механизм для балансира может быть упрощен и рассчитан на работу в течение небольшого промежутка времени (20 — 30 минут).

Точная установка периода достигается обычным регулятором путем изменения длины рабочей части волоска при сравнении с точно идущими часами или секундомером. На вилке балансира на короткой пружинке установлен контакт, который замыкает при отклонении вилки цепь электромагнита 7 пера б марок времени. Перо, притягиваемое электромагнитом, записывает марки времени на ленту в виде уступов, соответствующих длительности замыкания контакта. Вместо описанного устройства нанесения марок времени в импульсном эхолоте возможно применение маятникового отметчика, причем для маркирования времени можно непосредственно использовать энергию короткого качаю1цегося маятника, который отрывает перо от бумаги при переходе через среднее положение. Марки получаются в виде разрывов прямой чернильной линии.

Сравнительно с вышеописанным этот способ имеет один недостаток: для точной работы маятника необходимо прибор устанавливать в строго горизонтальном положении.

Интерпретация ведется счетом числа и дробного значения марок времени между записанными импульсами.

Определение дробного значения производится при помощи простого приспособления в виде прозрачной пластинки с нанесенными на ней сходящимися линиями.

При хороших отражениях импульса от уровня жидкости в скважине и от устья может наблюдаться приход нескольких отражений. В этом случае интерпретацию можно вести до серии нескольких приходов, отчего точность определения уровней естественно возрастет. Количество регистрируемых отра>кенийл зависит от чувствительности приемника и от интенсивности первоначального импульса. Вообще нужно заметить, что чувствительность приемника импульсов в основном зависит от величины пузырька в среднем перегибе И -образной трубки и может Сыть легко регулируема наклоном приемника импульсов в плоскости чертежа; правда, в этом случае нарушится симметрия контактов, но это не имеет существенного значения.

Однако особенно повышать чувствительность приемника не имеет смысла, так как это приведет к регистрации прибором всякого рода помех, происходящих от работы насоса, от выбросов, пульсаций газа и других причин. Гораздо рациональнее итти по линии увеличения интенсивности возбуждаемого импульса, что легко достигается в случае применения пульсатора для возбуждения импульсов.

Необходимо интенсивность первоначального импульса довести до такой величины, чтобы она даже в последующих отражениях превышала интенсивность помех.

Повышать чувствительность приемника импульсов имеет смысл только в случае возможности регистрации отражения от башмака обсадной колонны или реперов и то лишь тогда, когда эти отражения недостаточно интенсивны. Пренебрегать рег1лстрацией этих отражений никогда не следует, так как они являются средством непосредственного определения скорости распространения импульса в межтрубнсм пространстве, что повышает точность определения уровня до точности, соответствующей отсчету времени по хронограмме, т. е. до трех метров.

B отношении уменьшения возможности регистрации помех нужно заметить следующее: как указывалссь, приемн11к 11»1пульссв с компенсатсром представляст сссой колебательную систему; поэтo»» на помехи, действу1ощие в виде импульса, с продолжительностью, большей по;1упериода собственных колебаний. он будет отзываться весьма слабо. Из этих соображений выгоднее собственный1 период сделать по возможности более коротким (это поведет также к уменьшению длины трубки компенсатора). Изменения собственного периода, поми» о изменения общей дли43! № 69082

) — 1

/ а г /./ ==, 1ЙЫщт."т

; 777тУтЖ 1ИИПрф ее> птпрпкпйк

-Р,5гйны столба ртути в vV-образной трубке, можно легко достигнуть наклоном всего приемника импульсов в плоскости, перпендикулярной к плоскости чертежа.

Для еще больщего поглощейия помех возможно применение фильтра в виде U-образной трубки, наполненной ртутью в таком количестве, чтобы получить период колебаний ее, равный собственному периоду колебаний ртути в приемнике импульсов. Этот фильтр включается в подводящую трубку между устьем скважины и приемником 1 импульсов, Предмет изобретения

Импульсный эхолот, действие которого основано на возбуждении импульса сжатия или разрежения газа

Отв, редактор М. М. Акишии

432 замкнутом пространстве и на измерении и записи времени прохождения импульса до контролируемой поверхности и отраженного импульса, отли ч а ющий с я тем, что приемник импульсов выполнен в виде

И7-образной трубки, у которой концы соединены с источником импульсов— один непосредственно, а другой — через длинную спиральную трубку, компенсирующую влияние медленных изменений давления газа в системе, колена же заполнены ртутью и снабжены контактами, в которых при поступлении импульса эта ртуть замыкает цепи электромагнитов-отметчиков.

Р";,àêòîð И. Д. Тихомиров