JPH10505917A - フローメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フローメータは岩内に形成された掘抜き穴の流れのある領域を探しあてるためのものである。フローメータは穴内の測定部分（３）を穴の残りの部分から実質的に圧力がかかった液密に分離するための分離要素（１）と、測定部分を通ってフローメータの両側の穴部分の間に自由流のリンクを形成する開口流ダクト（４）と、測定部分とその測定部分の外側の穴部分との間で流量および流方向を測定するために測定装置（６）と共に測定中の部分からその測定中の部分の外側に達する測定ダクト（５）とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】 フローメータ 本発明は岩に掘り抜かれた穴内の流れを含む領域を見つけるためのフローメー タに関する。 深い掘抜き穴内における測定により岩を研究するときの重大な問題は測定の遅 さである。穴内の所定深さにおける鉛直方向の流動だけを測定しても実際には岩 内の種々の深さにおける割れ目やこれら割れ目内を流れる流れの量および方向に ついての情報は得られない。一方、穴の全長にわたる数百メートルの多数の部分 により正確な測定をしてその部分の流量や流方向を得ようとすることは何千メー トルの深さに達する長い穴においては非常に時間のかかる作業となる。 掘抜き穴が割れ目や流れのない長い密な岩に開けられることがあるため、本発 明の目的はずっと精密な更なる調査のために深い穴を調査し且つ流れがある領域 を探し当てたりできる新しいタイプのフローメータを生産することにある。 本発明の特徴については請求の範囲を参照されたい。 本発明のフローメータは適当な可撓性および弾性を有する分離要素を具備し、 測定すべき部分が該分離要素により穴から実質的に圧力による液密に分離される 。すなわち前記分離要素が圧力媒体により作動される膨張可能または拡張可能な 構造なしで穴に対して液密に押しつけられるように、前記分離要素は測定中の穴 の表面に押しつけられる弾性材料からなる。さらにフローメータは分離要素によ り画成された測定中の部分を通過して自由に流動できる接続を形成する開口流動 ダクトを備えるため、穴の他の部分で生じた流れによ り分離要素に対して圧力差が形成されず、これら分離要素は調査すべき穴部分を 比較的低圧で十分にシールする。さらにフローメータは測定中の部分から該測定 中の部分の外側の点に達する測定ダクトを具備し、測定ダクトは測定装置を備え 、測定中の部分へ流入または測定中の部分から流出する流れの全てがこの測定装 置により測定される。 用いられる可撓性および弾性を有する分離要素は調査すべき穴の直径より幾分 か大きな自由に変化する外径を有するプレート状またはリング状のゴムまたはプ ラスチック製のディスクであるのが好ましい。さらに穴を真横から見たときにゴ ムまたはプラスチック製のディスクが僅かばかり上方に向かって反ったまたは湾 曲した形状を有し、フローメータ自身の重量によりフローメータが穴内を容易に 下降できるようになっているのが好ましい。フローメータは測定深さにおいて短 い距離だけ引き戻され、ディスクが異なる位置に係止せしめられる。この状態で は分離要素は分離要素自体の内部応力により穴の表面に押しつけられ、分離要素 の液密度合いが増大する。 分離要素として機能する本発明のゴム製のディスクは非常に大きな圧力には耐 えることができない。しかしながら、上記タイプの測定では測定中の部分内にお ける圧力レベルは穴の残りの部分と等しいため、圧力がかかった高い液密特性は 必要ない。しかしながら、液密特性を確実なものとするために、両分離要素を幾 つかの、例えば連続した三つのゴム製のディスクから作製する。本発明のフロー メータの試作品ではゴム製の三つにディスクが用いられ、これは１．５ｍ水柱圧 力に耐えられ、全ての同様な測定環境において十分な液密特性を提供できた。 特に比較的大きくて斜めの穴を調査するときにはフローメータの重量によりゴ ム製のディスクが一方の側にのみ押しつけられるため 、他の側でシールに漏れが生じる。このような利用では別々のディスク形状、プ ラグ形状または他の同様な形状の剛性のあるセンタリング要素を用いるのが好ま しく、センタリング要素は穴の直径と略等しい直径を有し、穴内におけるフロー メータの径方向へのかなりの動きを抑制する。 測定装置は適切な衝撃源と、衝撃源により伝達された衝撃の方向および速度を 測定するためのセンサとを有するのが好ましい。 本発明のフローメータにより測定される掘抜き穴の部分の長さは自由に調節で きるのが好ましい。これは例えば適切な延長片を用いることにより達成され、望 ましい数の延長片を分離要素の間に配置する。こうして一度に測定される穴部分 の長さは例えば１ｍから１０メートル以上まで変えられる。したがって初めに穴 を非常に長い部分で調査し、その後、流れのある部分をもっと短い部分で確認す ることができる。したがって、さらに正確な装置を用いた遅くてさらに正確な流 測定を必要とする穴部分を例えば１ｍの精度で探査できる。 また、フローメータの長さを調節できるように分離要素の間のフローメータ本 体に入れ子式の構造を用いたフローメータを提供することもできる。 本発明のフローメータは従来の技術よりかなり有利である。このフローメータ は数ｋｍの長さの穴を非常に素早く測定でき、流れのある穴部分を探しあて、そ れから他の装置を用いて綿密に調査できる。したがって従来に比べて一つの穴を 測定し調査するのに必要な時間は何ヵ月から数日に短縮される。 以下、本発明のフローメータを示した添付図面を参照して本発明を説明する。 図示した本発明のフローメータは弾性を有するリング状の三つの 分離要素を各端部に備えた開口パイプ７を具備し、これら分離要素１の間で穴２ 内に測定部分３が形成される。開口パイプ７は穴２内において分離要素１により 画成された測定部分３を通る開口流動ダクト４を形成する。 分離要素１は弾性および可撓性を有するゴム製のフランジであり、これらフラ ンジは穴の径方向から僅かばかり逸れて斜め上方へと延びる。フランジの大きさ はフランジの弾性によりフランジが穴の丸い表面に押しつけられるように選択さ れる。すなわちフランジの外径は穴の直径より幾分か大きい。 分離要素１の間の開口パイプ７は二つの開口８を備えるが、これら開口８は開 口流動通路４とは連通せずに測定ダクト５の出発点を形成し、測定ダクト５は開 口パイプ７内を測定装置６まで延び、測定装置６を通ってフローメータ上方の穴 の部分に開口する。 測定装置６は測定路内に配置された衝撃源１０と、衝撃源１０により送られた 衝撃、すなわち衝撃の動きの速度および方向を測定するために衝撃源１０の両側 に配置されたセンサ１１とを具備する。 さらにフローメータは引上げ・制御ケーブル９を備え、フローメータは引上げ ・制御ケーブル９により例えば適切なウインチを用いて測定中の穴内で持ち上げ られたり下げられたりし、測定装置６から得られた測定情報がこの引上げ・制御 ケーブル９により地表に設置された適切な処理装置に伝えられる。 フローメータは以下のように用いられる。引上げ・制御ケーブル９により吊る されたフローメータは所望の測定深さまで測定すべき穴内で下ろされる。測定深 さにおいてフローメータを短い距離（数ｃｍ）だけ引っ張り上げ、プレート状の 分離要素１を穴の表面に液密に押しつける。こうして測定すべき部分３が十分に シールされた状態で穴から分離される。分離要素１が流れや測定部分３の外側の 圧力差の影響を受けないことを確実にするために、開口パイプ７は外側の流れ用 に測定部分３を通過する自由に流動できる流路（矢印Ａ）を提供する。 測定部分３により覆われた領域内の岩１２が割れ目を含み、これら割れ目に流 れ（矢印Ｂ）があると、これら流れにより開口８を通る流れが測定ダクト５へ入 り、測定ダクト５を通って（矢印Ｃ）さらにフローメータの外側に達する。 測定ダクト５内の流量は大きく変化し、これは流れ測定が二つの方法で実行さ れる理由である。一つでは流れ測定が衝撃法により開始され、ここでは水が加熱 サーミスタ１０により瞬間的に加熱され、水内において加熱サーミスタ１０によ り生成された熱衝撃の運動が加熱サーミスタ１０から離れた距離であって加熱サ ーミスタ１０の両側に配置されたセンサ１１により監視される。測定ダクト５の 断面積が分かっているため、流量および流動方向の両方がこの方法で得られる。 この方法は流量が一時間当たり数ｍｌから３０００ｍ１まで変化する流れを測定 するのに用いることができる。 上述の上限以上では、測定結果の発散が増し、流れは冷却法を用いて測定され る。冷却法では加熱サーミスタ１０が加熱され、流量が大きいほど冷却が速いの で、その後、その冷却が監視される。冷却法を用いると、測定範囲を６００００ ｍｌ／ｈ以上まで広げることができる。 所定の部分での測定が終了した後、フローメータを次の場所に容易に動かした り、持ち上げたり、下げたりでき、したがって掘抜き穴の全長にわたって部分毎 に測定を続けることができる。 さらに処理装置は測定中の穴内の水レベルを一定の高さに維持するためのポン プを具備することが好ましい。このことは下端が遮断され且つ上端が開口した長 いサージパイプを用いることで達成され る。この解決策では、一定の高さに配置されたサージパイプ内に穴内の水が流入 すると、サージパイプの内側から水を汲みだす。サージパイプ内の水レベルは変 化するが、穴内では一定の高さ、すなわちサージパイプの上端の高さのままであ る。 さらに処理装置は引上げ・制御ケーブルが引き上げられるように水を穴内へ流 し込むためのポンプを具備する。これによりケーブルが持ち上げられたことによ る水レベルの低下が防止される。こうしてポンプは測定中の圧力状態をできるだ け一定に維持するのに用いられる。 フローメータの使用およびデータの処理の詳細は従来の技術では公知であるた め、本願での詳細な説明は省略する。しかしながら、詳細を概ね要約すると、測 定プログラムが適切に測定コンピュータ内に含まれ、この測定コンピュータが制 御コマンドをフローメータのプロセッサに送信し、このプロセッサから測定結果 を受けとるとなる。測定結果は所望により変換せしめられ、これらはディスプレ イスクリーンに表示され、ファイルに保管される。さらに測定コンピュータは圧 力データ（空気圧および地下水レベル）を読み込み、ポンプを制御し、ケーブル カウンタのパルスを読み込み、ケーブルカウンタのパルスに基づいてウインチを 停止する。プロセッサの測定プログラムはフローメータのプログラム記憶装置に 記憶される。これらプログラムは測定タイミングをはかり、測定チャンネルを選 択し、アナログ／デジタル変換を制御し、測定結果を地表の装置に送るのに用い られる。 以上、添付図面を参照して本発明を詳細に説明したが、請求の範囲により規定 される特許思想の範囲内での異なる実施形態も可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＺ，ＢＹ，ＫＺ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，Ａ Ｌ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ， ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．岩内に形成された掘抜き穴内で流れのある領域を探しあてるためのフロー メータであって、穴内の測定部分（３）を穴の残りの部分から実質的に圧力がか かった液密に分離するための可撓性および弾性を有する分離要素（１）と、前記 測定部分を通ってフローメータの両側の穴部分の間に自由流のリンクを形成する 開口流ダクト（４）と、前記測定部分と該測定部分の外側の穴部分との間の流量 および流方向を測定するために測定装置（６）と共に測定中の前記測定部分から 該測定部分の外側に達する測定ダクト（５）とを具備するフローメータにおいて 、前記分離要素（１）がプレート状のゴムまたはプラスチック製のディスクであ ることを特徴とするフローメータ。 ２．前記ゴムまたはプラスチック製のディスクの縁が測定中の鉛直方向へ延び る穴において上方へ曲がることを特徴とする請求項１に記載のフローメータ。 ３．前記分離要素が重ねて配置された少なくとも二つ、好ましくは三つのゴム 製のディスク（１）を具備することを特徴とする請求項１または２に記載のフロ ーメータ。 ４．前記測定装置（６）が衝撃源（１０）と、該衝撃源により送られた衝撃の 方向および速度を測定するためのセンサ（１１）とを具備する請求項１から３の いずれか一つに記載のフローメータ。 ５．前記分離要素（１）の間のフローメータ本体が流ダクト（４）として働く 中空のパイプ（７）からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに 記載のフローメータ。 ６．前記パイプ（７）が前記分離要素（１）の間に開口（８）を備え、前記測 定ダクトが該開口から始まり、前記パイプの内側を前 記分離要素の他方の側の測定装置（６）まで延びることを特徴とする請求項５に 記載のフローメータ。 ７．前記分離要素（１）の間の距離、すなわち測定すべき前記穴部分の長さを 調節するための調節要素を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一 つに記載のフローメータ。 ８．穴の外側の引上げ装置と測定データ処理装置とに引上げ・制御ケーブル（ ９）を介して接続されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載 のフローメータ。 ９．フローメータに関連して、異なる段階の測定中および穴内のフローメータ の移動中において穴内において水レベルを一定の高さに維持するための装置が設 けられることを特徴とする請求項１から８に記載のフローメータ。