Пристрій для стаціонарного акустичного контролю підземних сховищ

І. Пристрій для стаціонарного акустичного контролю підземних сховищ, що заповнені рідиною, який має наземну реєструючу апаратуру з першим блоком ущільнення, підсилювачем, фільтром, третім і четвертим формувачами, лічильниками відстані і часу, індикаторами відстані та часу, з другою схемою вікна дозволу, еталонним генератором, слідкуючу систему положення кіл комутації, з індикатором номера акустичного перетворювача, при цьому перший блок ущільнення з'єднаний з підсилювачем, а вихід підсилювача приєднаний через фільтр до входів третього і четвертого формувачів, вихід третього формувача приєднаний до входу лічильника відстані, вихід четвертого формувача з'єднаний з керуючим входом другої схеми вікна дозволу, еталонний генератор через другу схему вікна дозволу приєднаний до входу лічильника часу, вихід першого блока ущільнення приєднаний до ланцюга обнулювання лічильників І до слідкуючої системи положення кіл комутації, остання з'єднана з індикатором номера акустичного перетворювача, а свердловинний зонд з'єднаний з наземною реєструючою апаратурою каротажним кабелем І включає захисний кожух, другий блок ущільнення, блок керування, перший, другий, третій та четвертий акустичні перетворювачі, блок збудження зондуючих сигналів, підсилювач зворотних сигналів, калібратор з акустичним випромінювачем і приймачем, блок комутації, датчик положення кіл комутації, і при цьому акустичні перетворювачі приєднані до входу підсилювача зворотних сигналів, вихід якого з'єднаний зі входом першого формувача, вихід першого формувача через схему вікна керування приєднаний до встановлювального входу тригера дозволу, акустичний приймач калібратора з'єднаний з входом підсилювача сигналів калібратора, вихід якого приєднаний до входу другого формувача, вихід другого формувача через першу схему вікна дозволу з'єднаний з блоком збудження випромінювача калібратора, одночасно вихід другого формувача з'єднаний з керуючим входом тригераподільника, прямий вихід тригера-подільника приєднаний до входу другого блока ущільнення, вхід чекаючого мультивібратора з'єднаний з блоком керування, а вихід - з керуючим входом схеми вікна керування, прямий вихід тригера дозволу приєднаний до керуючого входу першої схеми вікна дозволу, а його інверсний вихід приєднаний до одного з входів схеми "і", другий вхід якої з'єднаний з інверсним виходом тригера-подільника, вихід схеми "і" приєднаний до керуючого входу тригераподільника, встановлювальний вхід якого з'єднаний з блоком керування, вхід схеми затримки також з'єднаний з блоком керування, вихід схеми затримки одночасно приєднаний до керуючих входів тригера-подільника і тригера дозволу, до входів блока збудження випромінювача калібратора і блока збудження зондуючого сигналу, вихід блока збудження зондуючих сигналів з'єднаний з входом блока комутації, а його виходи приєднані до акустичних перетворювачів і до датчика положення кіл комутації, вихід датчика положення кіл комутації з'єднаний з другим блоком ущільнення, керуючий вхід блока комутації з'єднаний з блоком керування, блок керування з'єднаний з другим блоком ущільнення, вихід якого через каротажний кабель з'єднаний з першим блоком ущільнення, при цьому захисний кожух свердловинного зонда виконаний у вигляді порожнистого циліндра, надітого і закріпленого на одній із секцій розсільної колони, калібратор виконаний у вигляді окремої збірки і закріп О) CM ю кабелю, який відрізняється тим, що свердловинний зонд додатково має другий калібратор, діодний розподільник, дві відкидні підпружинені штанги, перший і другий електромеханічні розмикачі, при цьому блок збудження випромінювача калібратора з'єднаний через блок комутації з акустичними випромінювачами першого і другого калібраторів, а вихід акустичного приймача другого калібратора, підключений до входу підсилювача сигналів калібратора, діодний розподільник підключений до каналу живлення, а його вихід з'єднаний з другим блоком ущільнення і одночасно з першим і другим електромеханічними розмикачами, а наземна реєструюча апаратура додатково кіл комутації, а до його виходу підключені індикатори відстані до стелини і до дна сховища, границі розділу продукт-розсіл, а також Індикатори швидкості пробігу звукових хвиль в продукті та в розсолі. 2 Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що на одному з кінців двох відкидних підпружинених штанг попарно і ортогонально закріплені акустичні перетворювачі. 3. Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що відкидні підпружинені штанги та електромеханічні розмикачі закріплені на збірках поруч з першим та другим калібраторами, при цьому друга збірка закріплена на кінцевій секції розсільної колони. Пропонована корисна модель відноситься до пристроїв, призначених для акустичних вимірів в підземних порожнинах, що використовують як сховища для рідин, які мають різні значення хвильового опору. Пропонований пристрій, зокрема, може бути використаний для контролю підземного сховища (камери), що заповнене хлор-натрієвим розсолом і рідким вуглеводним, шляхом визначення в реальному масштабі часу, положення границі розділу двох рідин відносно потолочини і дна камери. Найбільш близьким до пропонованої корисної моделі за технічною сутністю та кількістю суттєвих ознак є пристрій для стаціонарного акустичного контролю підземних сховищ заповнених рідиною, який має наземну реєструючу апаратуру з першим блоком ущільнення, підсилювачем, фільтром, третім І четвертим формувачами, лічильниками відстані і часу, Індикаторами відстані та часу, з другою схемою вікна дозволу, еталонним генератором, слідкуючу систему положення кіл комутації, з індикатором номера акустичного перетворювача, при цьому перший блок ущільнення з'єднаний з підсилювачем, а вихід підсилювача приєднаний через фільтр до входів третього і четвертого формувачів, вихід третього формувача приєднаний до входу лічильника відстані, вихід четвертого формувача з'єднаний з керуючим входом другої схеми вікна дозволу, еталонний генератор через другу схему вікна дозволу приєднаний до входу лічильника часу, вихід першого блоку ущільнення приєднаний до ланцюга обнулювання лічильників і до слідкуючої системи положення кіл комутації, остання з'єднана з індикатором номера акустичного перетворювача, а свердловинний зонд, з'єднаний з наземною реєструючою апаратурою каротажним кабелем і включає захисний кожух, другий блок ущільнення, блок керування, вач сигналів калібратора, перший і другий формувачі, першу схему вікна дозволу, тригер дозволу, схему затримки, чекаючий мультивібратор, схему вікна керування, тригер-подільник, схему "і", блок комутації, датчик положення кіл комутації, при цьому акустичні перетворювачі приєднані до входу підсилювача зворотних сигналів, вихід якого з'єднаний зі входом першого формувача, вихід першого формувача через схему вікна керування приєднаний до встановлювального входу тригера дозволу, акустичний приймач калібратора з'єднаний з входом підсилювача сигналів калібратора, вихід якого приєднаний до входу другого формувача, вихід другого формувача через першу схему вікна дозволу з'єднаний з блоком збудження випромінювача калібратора, одночасно вихід другого формувача з'єднаний з керуючим входом тригераподільника, прямий вихід тригера-подільника приєднаний до входу другого блока ущільнення, вхід чекаючого мультивібратора з'єднаний з блоком керування, а вихід - з керуючим входом схеми вікна керування, прямий вихід тригера дозволу приєднаний до керуючого входу першої схеми вікна дозволу, а його інверсний вихід приєднаний до одного з входів схеми "І", другий вхід якої з'єднаний з інверсним виходом тригера-подільника, вихід схеми "і" приєднаний до керуючого входу тригераподільника, встановлювальний вхід якого з'єднаний з блоком керування, вхід схеми затримки також з'єднаний з блоком керування, вихід схеми затримки одночасно приєднаний до керуючих входів тригера-подільника і тригера дозволу, до входів блока збудження випромінювача калібратора і блока збудження зондуючого сигналу, вихід блока збудження зондуючих сигналів з'єднаний з входом блока комутації, а його виходи приєднані до акустичних перетворювачів і до датчика положення кіл комутації, вихід датчика положення кіл комутації 52 55 56 20 58 ГІРШИМИ ппигий ТПРТІЙ та иртйрптмм акигтыиииы fir 22 23 63 Комп'ютерна верстка А Крижанівський t лении поблизу захисного кожуха свердловинного зонду на поверхні розсольної" колони, а каротажний кабель, що з'єднує свердловинний зонд з наземною реєструючою апаратурою, та кабель зв'язку, що з'єднує захисний кожух з калібратором, закріплені на поверхні розсольної колони пружинними фіксаторами, а для переходу їх через муфти використаний пристрій попередження пошкодження кабелю (Патент України №52657, МКИ 6 G01V 1/40, (прототип), Опубл. 15.01.2003 p.). При безпосередньому використані вказаного пристрою, неможливо одержати потрібний технічний результат - визначити в реальному масштабі часу положення границі розділу двох рідин відносно потолочини і дна камери. Описаний пристрій є недостатньо технологічним при застосуванні його під час експлуатації підземних, зокрема, сольових сховищ. В основу пропонованої" корисної моделі поставлено задачу створення такого пристрою для стаціонарного акустичного контролю підземних сховищ заповнених рідиною, який би дозволив підвищити технологічність і продуктивність робіт щодо контролю підземних сховищ шляхом створення умов для визначення в реальному масштабі часу положення границі розділу двох рідин відносно потолочини і дна камери. Поставлена задача вирішується у пропонованому пристрої, який, як і відомий пристрій для стаціонарного акустичного контролю підземних сховищ, що заповнені рідиною, має наземну реєструючу апаратуру з першим блоком ущільнення, підсилювачем, фільтром, третім І четвертим формувачами, лічильниками відстані і часу, індикаторами відстані та часу, з другою схемою вікна дозволу, еталонним генератором, слідкуючу систему положення кіл комутації, з індикатором номера акустичного перетворювача, при цьому перший блок ущільнення з'єднаний з підсилювачем, а вихід підсилювача приєднаний через фільтр до входів третього і четвертого формувачів, вихід третього формувача приєднаний до входу лічильника відстані, вихід четвертого формувача з'єднаний з керуючим входом другої схеми вікна дозволу, еталонний генератор через другу схему вікна дозволу приєднаний до входу лічильника часу, вихід першого блоку ущільнення приєднаний до ланцюга обнулювання лічильників і до слідкуючої системи положення кіл комутації, остання з'єднана з індикатором номера акустичного перетворювача, а свердловинний зонд, з'єднаний з наземною реєструючою апаратурою каротажним кабелем і включає захисний кожух, другий блок ущільнення, блок керування, перший, другий, третій, та четвертий акустичний перетворювачі, блок збудження зондуючих сигналів, підсилювач зворотних сигналів, калібратор з акустичним випромінювачем і , бЛОК \jnjad4i приєднані до входу підсилювача зворотних сигналів, вихід якого з'єднаний зі входом першого формувача, вихід першого формувача через схему вікна керування приєднаний до встановлювального входу тригера дозволу, акустичний приймач калібратора з'єднаний з входом підсилювача сигналів калібратора, вихід якого приєднаний до входу другого формувача, вихід другого формувача через першу схему вікна дозволу з'єднаний з блоком збудження випромінювача калібратора, одночасно вихід другого формувача з'єднаний з керуючим входом тригера-подільника, прямий вихід тригера-подільника приєднаний до входу другого блока ущільнення, вхід чекаючого мультивібратора з'єднаний з блоком керування, а вихід - з керуючим входом схеми вікна керування, прямий вихід тригера дозволу приєднаний до керуючого входу першої схеми вікна дозволу, а його інверсний вихід приєднаний до одного з входів схеми "і", другий вхід якої з'єднаний з Інверсним виходом тригера-подільника, вихід схеми "і" приєднаний до керуючого входу тригера-подільника, встановлювальний вхід якого з'єднаний з блоком керування, вхід схеми затримки також з'єднаний з блоком керування, вихід схеми затримки одночасно приєднаний до керуючих входів тригера-подільника і тригера дозволу, до входів блока збудження випромінювача калібратора і блока збудження зондуючого сигналу, вихід блока збудження зондуючих сигналів з'єднаний з входом блока комутації, а його виходи приєднані до акустичних перетворювачів і до датчика положення кіл комутації, вихід датчика положення кіл комутації з'єднаний з другим блоком ущільнення, керуючий вхід блока комутації з'єднаний з блоком керування, блок керування з'єднаний з другим блоком ущільнення, вихід якого через каротажний кабель з'єднаний з першим блоком ущільнення, при цьому захисний кожух свердловинного зонду виконаний у вигляді порожнистого циліндра, надітого і закріпленого на одній із секцій розсольної колони, калібратор виконаний у вигляді окремої збірки і закріплений поблизу захисного кожуха свердловинного зонду на поверхні розсольної колони, а каротажний кабель, що з'єднує свердловинний зонд з наземною реєструючою апаратурою, та кабель зв'язку, що з'єднує захисний кожух з калібратором, закріплені на поверхні розсольної колони пружинними фіксаторами, а для переходу їх через муфти використаний пристрій попередження пошкодження кабелю, а, відповідно до пропозиції, свердловинний зонд додатково має другий калібратор, діодний розподільник, дві відкидні підпружинені штанги, перший і другий електромеханічні розмикачі, при цьому блок збудження випромінювача калібратора з'єднаний через блок комутації з акустичними випромінювачами першого І другого калібраторів, а вихід акуСТИЧНОГО ПРИЙМача лт/гпгп і-ап:к. одночасно з'єднаний з виходами щчиюп-,,.^ „ . „ стані та часу і системою положення кіл комутації, а до його виходу підключені індикатори: відстані до потолочини і до дна сховища, границі розділу продукт-розсол, а також індикатори швидкості пробігу звукових хвиль в продукті та в розсолі Особливістю пропонованої корисної моделі є те, що на одному з кінців двох відкидних підпружинених штанг, попарно і ортогонально закріплені акустичні перетворювачі. Особливістю пропонованої корисної моделі є і те що ВІДКИДНІ підпружинені штанги та електромеханічні розмикачі закріплені на збірках поруч з першим та другим калібраторами, при цьому друга збірка закріплена на кінцевій секції розсольної колони Відстань між збірками визначається розміром сховища по вертикалі Сутність пропонованого пристрою полягає є наступному. Як відомо, штучно утворені в товщі кам'яної солі підземні камери призначені, в основному, для зберігання вуглеводнів і моторного палива Такі камери експлуатують по розсольній схемі шляхом взаємного заміщення у парі розеолпродукт. При експлуатації вказаних камер виникає ряд технологічних задач щодо процесів їх обслуговування. Передусім, це установлення на даний час кількості продукту в сховищі. Оскільки безпосереднім вимірюванням зробити це неможливо, використовують метод балансового розрахунку між об'ємами закоченого І відкаченого продукту Ясно, що з часом, визначена величина і її фактичне значення будуть відрізняться. Невірна інформація погіршує функціонування сховища в цілому і, окрім того, може привести при закачуванні чи відкачуванні продукту до технологічних і навіть екологічних порушень В процесі обслуговування сховища, одночасно виникає задача визначення параметрів продукту та розсолу. Це можна робити лише періодично, шляхом лабораторного аналізу, на проведення якого потрібний значний час. І насамкінець, з геологічних, чи інших причин, можливий обвал стінок чи навіть повне руйнування сховища, що може привести до екологічної катастрофи. Початок такого процесу в більшості випадків виявляється непоміченим, а це ускладнює вчасне прийняття необхідних заходів Можливість вирішення вказаної вище задачі запропонованим пристроєм базується на наступному. Для визначення границі розділу рідин в сховищі, відносно потолочини і дна, використовуються дві відкидні підпружинені штанги, які закріплені на збірках, встановлених на поверхні розсольної колони, перша - ближча до потолочили, друга ближча до дна сховища, на кінцевій секції колони. В робочому положенні, відкидні піпружинені штанги встановлюються перпендикулярно поверхні оозсольної колони На кінцях кожної із відкидних штанзі. Діаграми направленості вказаних акустичних перетворювачів забезпечують відповідно, локацію потолочини і дна сховища. В штатному режимі перший калібратор знаходиться в продукті, а другий - в розсолі. Відстань (база) між акустичними перетворювачами калібратора одна і та ж Ііші-Іклг-Ікл ШВИДКІСТЬ ПробІГу ЗВуКОВИХ ХВИЛЬ НЭ базі калібратора, буде залежати від середовища, в якому він знаходиться. Швидкість в продукті та в розсолі, відповідно, визначається залежностями: \Лі=1кіЛ«іп, Vp=1,tAnp; Д е tan, W , інтервал часу пробігу звукового сигналу на базі калібраторів, розміщених, відповідно, в продукті та в розсолі. При включенні калібраторів в режим "синхрокільця", коли із збудженням зондуючого сигналу, одночасно запускається відповідний калібратор, а надходження сигналу, відбитого від потолочини чи дна сховища, зупиняє його роботу Інтервал часу, та відстань, яку пробіг зондуючий сигнал між посилкою та його надходженням, в продукті та в розсолі, визичаються так: *прп*ГОЛ'іклп,' Inpp = Np i tcnp) 1npn~Nn'1wi '• ' npp~N p -l кл, де Nn, N p число імпульсів на виході калібраторів, розміщених в продукті та в розсолі Відстань пробігу зондуючих сигналів від акустичних перетворювачів до потолочини і до дна Сховища визначиться рівнянням: 1npn=KVn- t n p n ; 1npp=KVp-tnpp, після підстановки, остаточно одержуєм: 1прп=К-Ып-1кл] 1npp~K-Np-1i(n; де К=1/2, коефіцієнт, який враховує подвійний пробіг зондуючого сигналу до поверхні відбиття і назад. Для більш точного визначення швидкості пробігу звукових хвиль в продукті та в розсолі, використовують рівності: Vn-Nn-Wtnpn; p=Np-Wtnpp Таким чином, вказана система запропонованого пристрою, забезпечує виконання першої частини задачі, а саме, здійснює вимір відстані від першого та другого калібраторів до потолочини і до дна сховища, ВІДПОВІДНО, І одночасно вимірює швидкість розповсюдження звукових хвиль в продукті та в розсолі. Акустичне прозвучення середовища, між першим та другим калібраторами, яке використовується для визначення положення границі розділу, базується на різниці, швидкостей розповсюдження звукових хвиль у вказаних середовищах І здійснюється другим та третім акустичними перетворювачами установленими на відкидних підпружиненних штангах. Другий акустичний перетворювач, нижній по положенню, закріплений на першій відкидній підпружиненній штанзі, а третій акустичний перетворювач, верхній по положенню, закріплений на другій відкидній підпружиненній штанзі. При цьому, діаграми направленості акустичних перетворюва; r^nurwur* плня одної. Функціонування мовному, буде визначатись риницеїи о и ^ „ , . ь бази, першого та другого калібраторів, яка з ' tnpp=Np-lKnpi 1npn = Nrf1icn • 1 npp = Np-1 «Лі ' де Nn, N p число імпульсів на виході калібраторів, розміщених в продукті та в розсолі. Відстань пробігу зондуючих сигналів від акустичних перетворювачів до потолочини і до дна сховища визначиться рівнянням: 1npn=K-Vn- t n p n ; 1 прр=К-Vp-tnpp," після підстановки, остаточно одержуєм: де К=1/2, коефіцієнт, який враховує подвійний пробіг зондуючого сигналу до поверхні відбиття і назад. Для більш точного визначення швидкості пробігу звукових хвиль в продукті та в розсолі, використовують рівності: Vn=Nrv1wi/tnPn; Таким чином, вказана система запропонованого пристрою, забезпечує виконання першої частини задачі, а саме, здійснює вимір відстані від першого та другого калібраторів до потолочини і до дна сховища, відповідно, і одночасно вимірює швидкість розповсюдження звукових хвильв продукті та в розсолі. Акустичне прозвучення середовища, між першим та другим калібраторами, яке використовується для визначення положення границі розділу, базується на різниці, швидкостей розповсюдження звукових хвиль у вказаних середовищах і здійснюється другим та третім акустичними перетворювачами установленими на відкидних підпружиненних штангах. Другий акустичний перетворювач, нижній по положенню, закріплений на першій відкидній підпружиненній штанзі, а третій акустичний перетворювач, верхній по положенню, закріплений на другій відкидній підпружиненній штанзі. При цьому, діаграми направленості акустичних перетворювачів зустрічні, відносно одна одної. Функціонування пристрою виконується по розробленому алгоритму, при рішенні початкового рівняння. Якщо позначити відстань між другим акустичним перетво 5297 рювачем і границею розділу - h-i, відстань між третім акустичним перетворювачем і границею розділу - ґі2, а швидкість звукових хвиль в продукті та розсолі, відповідно, Vn, Vp, то інтервал часу розповсюдження звукового сигналу після його проходження через продукт та розеол, між другим та третім (як і між третім та другим) акустичними перетворювачами визначиться залежністю: tPo3= гнЛ/п+пгЛ/р; при цьому tpo3 2 3=tpo3 3,2=tpo3, h|+h2=L, де L - відстань між другим та третім акустичними перетворювачами. Після послідовних перетворень, одержуєм таку залежність: hi=(tp03-VpL)/(VP/Vn-1); а з урахуванням включення калібратор/в в режим "сінхро - кільця" на основі наведених вище рівностєй: Vn=(Nrv1i