CN86104175A - 电离室同位素示踪单井中测定地下水流速流向的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于放射性测井技术领域。发明提供一种单井中同位素示踪测定装置，要求制作简单、造价低廉、操作简便安全，测量精度高。本发明装置主要由投源、测量和定位三系统组成。特别是投源系统中采用医用洗耳球可控制、调节示踪溶液喷出；测量系统中选用直读电离室，可直读出数值矢量；定位系统中采用荧光指南针照像定方位。

Description

本发明属于放射性测井技术领域。涉及用电离室（简称IC）同位素示踪单井中测定地下水流速流向的装置。

用放射性同位素示踪测定地下水流速流向的方法是MOSer（1957）和Mairhofer等人（1963）分别提出的。采用同位素示踪测定地下水流速流向的装置已有多种见诸于世。较早的有接杆计数器;以后有波兰I.B.HAZZA设计的P-32吸附、x胶片显影定向定速装置，日本落合敏郎的三层同位素稀释室测向测速装置，DrOSt和KlOtz等的棉纱网吸附测向、活性炭吸附测向装置，美国专利4051368、英国专利2009921和1598837介绍的中子活化测向测速装置，西德慕尼黑水文地质实验室W.DrOSt1982年的测定地下水渗透流速流向的示踪新式探头，还有中国专利85107160中介绍的热释光同位素示踪测量装置等。但上述各种为有关专业人员熟知的装置都存在一些不足之处。如接杆器只适用于测浅井需地面电子接收设备，且操作麻烦;各种吸附法容易造成污染，对井深及口径都有一定要求，操作困难，中子活化法存在防护问题，成本高;西德的新式探头工艺复杂，探头内部需有三部控制电机、动密封、导气管和8芯电缆，加上地面接收仪器，造价昂贵，推广使用受到限制，热释光同位素测定装置虽测定精度高，制造简便，投源少，但需要两芯电缆和地面测量设备，热释光测量技术要求较高。

本发明的任务是提供一种同位素示踪测定装置而要求避免上述不足，制作简单，造价低廉，操作简便安全，测量精度高。据发明，装置主要是由投源系统、测量系统和定位系统三部分组成，特别是投源系统采用医用洗耳球、测量系统采用直读电离室、定位系统采用指南针螢光照像等，使发明装置达到了发明任务所提出的要求。

下面依据附图进一步阐明发明的各个技术细节。

图1为本发明装置结构示意图，指明了与发明一致的测定装置的结构。

图2是测量系统直读电离室组的组装示意图。

图3是定位系统的螢光指南针示意图。

本发明的构思可用图1、2、3来说明。整个装置是由外壳、投源系统、测量系统和定位系统所组成。见图1，投源系统由测绳（1）重锤（2）、轻质内缸（3）、螺栓（4）和洗耳球（6）所构成。测绳穿过重锤与螺栓相连接，螺栓穿过内缸两侧的槽与外缸（即外壳上部）相连接，内缸上方是重锤，其下方压在洗耳球上。将符合示踪条件的放射性同位素溶液注入洗耳球（6），由于洗耳球（6）喷口安置一带小孔的阻流栓塞（19），可以控制和调节同位素溶液的喷出。注入洗耳球（6）的溶液不宜过满，要留有一定的空间，以保证溶液能全部喷出。测绳（1）为普通钢丝绳，内缸（3）用轻质材料制成，可以上下活动，压在洗耳球上，不会使其变形。当整个装置落到井中测量位置时，沿测绳（1）投下重锤（2）压在内缸（3）上，在重锤（2）的作用下，洗耳球（6）内的同位素溶液通过喷口阻流栓塞（19）进入稀释腔体，与井水均匀混合。

测量系统由置放在金属薄壁密封罩（9）中对称排列的IC（11）组构成，安放在洗耳球喷口下方。IC组中央为带有槽的铅柱（或铜柱）（10），用于屏蔽掉其他方向来的γ射线，密封罩（9）上部半球状铅（或铜）体，可使IC（11）避免受到垂向的照射。在稀释腔体内，与井水均匀混合的同位素溶液，在水流的作用下，示踪同位素沿着水流方向做机械弥散运动，因而同位素在稀释腔体内呈不均匀分布。顺水流方向浓度最高，逆水流方向浓度最低，根据这个原理，通过测量系统IC组的读数矢量，即可判别所测地层地下水的流向。

定位系统由密封盒（18）、指南针（16）、相纸（13）和有机液体（17）所构成。将北极上涂有螢光物质的指南针（16）放置在注满有机液体（17）的密封盒（18）内，盒上放置三张重叠的相纸。螢光指南针（16）在有机液体浮力的作用下，抵消掉部份重力引起的摩擦力，增加了定方位的准确性，在井斜不超过10°的情况下，指南针定位基本没有误差，密封盒（18）用透明材料制成，盒的面盘上涂有两个螢光参考点，放在密封盒面盘上的三张重叠相纸，在测量过程中，由于螢光对相纸长时间爆光而行成潜像。依此可定出基准方位。如果测量时间过长，会在第二、第三张相纸上留下清晰的图象，以保证确定基准方位无误。测量系统与定位系统对照，即可定出地下水的流向。

发明装置的外壳上装有弹簧支架（12），可固定装置位于井的中心位置，提高测量精度，并便于装置上下顺利移动。在外壳中部，即洗耳球下方、定位系统上方的外壳上是细长而光滑的稀释腔窗棱（8）。洗耳球喷出的同位素溶液与窗棱（8）内外的井水均匀混合，井壁内均匀混合同位素的这段空间构成稀释腔体。

地下水为层流情况下，同位素在井中的稀释满足稀释定理：

C=C_o $C=C_o{e}^{-K_1{V}_{c}1}...\left(1\right)$

式中，C为浓度;C_o为初始浓度;V_c为井中流速;t为C到C_o所用的时间;K₁为具有（m^-1）量纲的常数，可由实验确定，装置中IC测量器组所接收的平均照射量x（以伦琴为单位）和投放的同位素的强度为Jr，有如下关系式：

$x=\frac{{\mathrm{KJ}}_r}{V_c}(1-e^{-K_1{V}_{c}1}).....\left(2\right)$

对同一点连续进行两次测量则得如下关系式：

式中t₁和t₂-t₁分别为两次测量时间，将（2）式x₁和x₂比较消去K和Jr，并令R (x₁)/(x₂) 得：

$R=\frac{(1-e^{-K_1{V}_c{t}_1})}{\left(e^{-k_1{v}_c{t}_1}{-e}^{-k_1{v}_d{t}_1}\right)}.........\left(4\right)$

由R值和t₁及t₂-t₁，可得出流速V_c值。

本发明同现有技术相比，投源和测量系统连为一体，可同时测出流速流向，通过直读IC可以直接从目镜中读出照射量数值，使发明装置不用电缆，井上、下无任何电信号传递，因而可用于深井测量，精度保持不变，这是其它同位素示踪测量装置所没有的。选用耐温型直读IC，可以用于石油井的测量，查清油井出水来源。采用螢光照相定方位，比接杆定位、P-32放射照相定位和指南针光源照相定位，构造简单，定位准确、操作方便、安全;与陀螺定位相比，在无磁干扰的井中精度相当，但其造价低廉得多，且可省去电缆及其它设备、操作方便。本发明可用于多孔介质潜水地层测量;用于水库及大坝的渗流监测;用于查清岩溶地区裂隙水走向;用于环境保护等领域。在不止水情况下，测出各含水层流向流速。流向测量误差＜±5%、测量极限为0.01～300米/天。

例1

附图1、2构成发明装置的一个实施例。装置直径65mm，洗耳球容积为30ml，铅（或铜）柱直径50mm，IC直径13mm，长110mm，IC组由6只IC组成，相邻夹角为60°，同位素选用碘-131，一次投放强度不少于1.8×10⁶B_q。

例2

参照图1、2，装置直径80mm左右，铅柱（或铜柱）直径60-70mm，选用8只IC构成一组，其相邻夹角45°，同位素选用碘-131一次投放强度不少于3.7×10⁶B_q。

例3

装置直径95mm，铅柱（或铜柱）直径75mm以上，采用12只IC构成IC组，其相邻夹角为30°，同位素选用碘-131，一次投放强度不少于3.7×10⁶B_q。

从例1-例3，测量流向误差呈依次减小的趋势，即例1误差较大，例3误差最小。

Claims (10)

1、本发明属于放射性测井技术领域。一种同位素示踪法单井中测定地下水流速流向的装置。主要由投源、测量和定位三个系统组成，其特征是：用医用洗耳球投源，直读IC组测量，螢光指南针照像定基准方位。

2、根据权项1所述装置的测量系统，其特征是，至少有6只IC成对称排列安放在铅（或铜）柱侧面槽中。

3、根据权项2，其特征是，由IC组等构成的测量系统位于投源系统的下方、定位系统的上方，与它们连接构成一体。

4、根据权项1所述装置的定位系统，其特征是，指南针上涂螢光材料，安放在密封盒内。

5、根据权项4，其特征是，密封盒用透明材料制成，盒面盘上涂有螢光参考点。

6、根据权项5，其特征是，密封盒面上置放三张重叠相纸。

7、根据权项2，其特征是，IC组安置在金属薄壁密封罩内。

8、根据权项1所述装置的投源系统，其特征是，洗耳球上方压着轻质内缸，下方设置测量系统，其喷口上装有带一小孔的阻流栓塞。

9、根据权项1所述投源系统，其特征是，测绳穿过重锤及轻质内缸，通过螺栓与外缸连接。

10、根据权项4，其特征是，透明密封盒内充满有机液体。

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