電離室同位素示蹤單井中測定地下水流速流向的裝置的製作方法

2023-06-26 13:06:21

專利名稱:電離室同位素示蹤單井中測定地下水流速流向的裝置的製作方法
本發明屬於放射性測井技術領域：
。涉及用電離室(簡稱IC)同位素示蹤單井中測定地下水流速流向的裝置。
用放射性同位素示蹤測定地下水流速流向的方法是MOSer(1957)和Mairhofer等人(1963)分別提出的。採用同位素示蹤測定地下水流速流向的裝置已有多種見諸於世。較早的有接杆計數器;以後有波蘭I.B.HAZZA設計的P-32吸附、x膠片顯影定向定速裝置，日本落合敏郎的三層同位素稀釋室測向測速裝置，DrOSt和KlOtz等的棉紗網吸附測向、活性炭吸附測向裝置，美國專利4051368、英國專利2009921和1598837介紹的中子活化測向測速裝置，西德慕尼黑水文地質實驗室W.DrOSt1982年的測定地下水滲透流速流向的示蹤新式探頭，還有中國專利85107160中介紹的熱釋光同位素示蹤測量裝置等。但上述各種為有關專業人員熟知的裝置都存在一些不足之處。如接杆器只適用於測淺井需地面電子接收設備，且操作麻煩;各種吸附法容易造成汙染，對井深及口徑都有一定要求，操作困難，中子活化法存在防護問題，成本高;西德的新式探頭工藝複雜，探頭內部需有三部控制電機、動密封、導氣管和8芯電纜，加上地面接收儀器，造價昂貴，推廣使用受到限制，熱釋光同位素測定裝置雖測定精度高，製造簡便，投源少，但需要兩芯電纜和地面測量設備，熱釋光測量技術要求較高。
本發明的任務是提供一種同位素示蹤測定裝置而要求避免上述不足，製作簡單，造價低廉，操作簡便安全，測量精度高。據發明，裝置主要是由投源系統、測量系統和定位系統三部分組成，特別是投源系統採用醫用洗耳球、測量系統採用直讀電離室、定位系統採用指南針螢光照像等，使發明裝置達到了發明任務所提出的要求。
下面依據附圖進一步闡明發明的各個技術細節。
圖1為本發明裝置結構示意圖，指明了與發明一致的測定裝置的結構。
圖2是測量系統直讀電離室組的組裝示意圖。
圖3是定位系統的螢光指南針示意圖。
本發明的構思可用圖1、2、3來說明。整個裝置是由外殼、投源系統、測量系統和定位系統所組成。見圖1，投源系統由測繩(1)重錘(2)、輕質內缸(3)、螺栓(4)和洗耳球(6)所構成。測繩穿過重錘與螺栓相連接，螺栓穿過內缸兩側的槽與外缸(即外殼上部)相連接，內缸上方是重錘，其下方壓在洗耳球上。將符合示蹤條件的放射性同位素溶液注入洗耳球(6)，由於洗耳球(6)噴口安置一帶小孔的阻流栓塞(19)，可以控制和調節同位素溶液的噴出。注入洗耳球(6)的溶液不宜過滿，要留有一定的空間，以保證溶液能全部噴出。測繩(1)為普通鋼絲繩，內缸(3)用輕質材料製成，可以上下活動，壓在洗耳球上，不會使其變形。當整個裝置落到井中測量位置時，沿測繩(1)投下重錘(2)壓在內缸(3)上，在重錘(2)的作用下，洗耳球(6)內的同位素溶液通過噴口阻流栓塞(19)進入稀釋腔體，與井水均勻混合。
測量系統由置放在金屬薄壁密封罩(9)中對稱排列的IC(11)組構成，安放在洗耳球噴口下方。IC組中央為帶有槽的鉛柱(或銅柱)(10)，用於屏蔽掉其他方向來的γ射線，密封罩(9)上部半球狀鉛(或銅)體，可使IC(11)避免受到垂向的照射。在稀釋腔體內，與井水均勻混合的同位素溶液，在水流的作用下，示蹤同位素沿著水流方向做機械彌散運動，因而同位素在稀釋腔體內呈不均勻分布。順水流方向濃度最高，逆水流方向濃度最低，根據這個原理，通過測量系統IC組的讀數矢量，即可判別所測地層地下水的流向。
定位系統由密封盒(18)、指南針(16)、相紙(13)和有機液體(17)所構成。將北極上塗有螢光物質的指南針(16)放置在注滿有機液體(17)的密封盒(18)內，盒上放置三張重疊的相紙。螢光指南針(16)在有機液體浮力的作用下，抵消掉部份重力引起的摩擦力，增加了定方位的準確性，在井斜不超過10°的情況下，指南針定位基本沒有誤差，密封盒(18)用透明材料製成，盒的面盤上塗有兩個螢光參考點，放在密封盒面盤上的三張重疊相紙，在測量過程中，由於螢光對相紙長時間爆光而行成潛像。依此可定出基準方位。如果測量時間過長，會在第二、第三張相紙上留下清晰的圖象，以保證確定基準方位無誤。測量系統與定位系統對照，即可定出地下水的流向。
發明裝置的外殼上裝有彈簧支架(12)，可固定裝置位於井的中心位置，提高測量精度，並便於裝置上下順利移動。在外殼中部，即洗耳球下方、定位系統上方的外殼上是細長而光滑的稀釋腔窗稜(8)。洗耳球噴出的同位素溶液與窗稜(8)內外的井水均勻混合，井壁內均勻混合同位素的這段空間構成稀釋腔體。
地下水為層流情況下，同位素在井中的稀釋滿足稀釋定理C=CoC=Coe-K1Vc1...(1)]]>式中，C為濃度;Co為初始濃度;Vc為井中流速;t為C到Co所用的時間;K1為具有(m-1)量綱的常數，可由實驗確定，裝置中IC測量器組所接收的平均照射量x(以倫琴為單位)和投放的同位素的強度為Jr，有如下關係式x=KJrVc(1-e-K1Vc1).....(2)]]>對同一點連續進行兩次測量則得如下關係式
式中t1和t2-t1分別為兩次測量時間，將(2)式x1和x2比較消去K和Jr，並令R (x1)/(x2) 得R=(1-e-K1Vct1)(e-k1vct1-e-k1vdt1).........(4)]]>由R值和t1及t2-t1，可得出流速Vc值。
本發明同現有技術相比，投源和測量系統連為一體，可同時測出流速流向，通過直讀IC可以直接從目鏡中讀出照射量數值，使發明裝置不用電纜，井上、下無任何電信號傳遞，因而可用於深井測量，精度保持不變，這是其它同位素示蹤測量裝置所沒有的。選用耐溫型直讀IC，可以用於石油井的測量，查清油井出水來源。採用螢光照相定方位，比接杆定位、P-32放射照相定位和指南針光源照相定位，構造簡單，定位準確、操作方便、安全;與陀螺定位相比，在無磁幹擾的井中精度相當，但其造價低廉得多，且可省去電纜及其它設備、操作方便。本發明可用於多孔介質潛水地層測量;用於水庫及大壩的滲流監測;用於查清巖溶地區裂隙水走向;用於環境保護等領域。在不止水情況下，測出各含水層流向流速。流向測量誤差＜±5%、測量極限為0.01～300米/天。
例1附圖1、2構成發明裝置的一個實施例。裝置直徑65mm，洗耳球容積為30ml，鉛(或銅)柱直徑50mm，IC直徑13mm，長110mm，IC組由6隻IC組成，相鄰夾角為60°，同位素選用碘-131，一次投放強度不少於1.8×106Bq。
例2參照圖1、2，裝置直徑80mm左右，鉛柱(或銅柱)直徑60-70mm，選用8隻IC構成一組，其相鄰夾角45°，同位素選用碘-131一次投放強度不少於3.7×106Bq。
例3裝置直徑95mm，鉛柱(或銅柱)直徑75mm以上，採用12隻IC構成IC組，其相鄰夾角為30°，同位素選用碘-131，一次投放強度不少於3.7×106Bq。
從例1-例3，測量流向誤差呈依次減小的趨勢，即例1誤差較大，例3誤差最小。
權利要求
1.本發明屬於放射性測井技術領域：
。一種同位素示蹤法單井中測定地下水流速流向的裝置。主要由投源、測量和定位三個系統組成，其特徵是用醫用洗耳球投源，直讀IC組測量，螢光指南針照像定基準方位。
2.根據權項1所述裝置的測量系統，其特徵是，至少有6隻IC成對稱排列安放在鉛(或銅)柱側面槽中。
3.根據權項2，其特徵是，由IC組等構成的測量系統位於投源系統的下方、定位系統的上方，與它們連接構成一體。
4.根據權項1所述裝置的定位系統，其特徵是，指南針上塗螢光材料，安放在密封盒內。
5.根據權項4，其特徵是，密封盒用透明材料製成，盒面盤上塗有螢光參考點。
6.根據權項5，其特徵是，密封盒面上置放三張重疊相紙。
7.根據權項2，其特徵是，IC組安置在金屬薄壁密封罩內。
8.根據權項1所述裝置的投源系統，其特徵是，洗耳球上方壓著輕質內缸，下方設置測量系統，其噴口上裝有帶一小孔的阻流栓塞。
9.根據權項1所述投源系統，其特徵是，測繩穿過重錘及輕質內缸，通過螺栓與外缸連接。
10.根據權項4，其特徵是，透明密封盒內充滿有機液體。
專利摘要
本發明屬於放射性測井技術領域：
。發明提供一種單井中同位素示蹤測定裝置，要求製作簡單、造價低廉、操作簡便安全，測量精度高。本發明裝置主要由投源、測量和定位三系統組成。特別是投源系統中採用醫用洗耳球可控制、調節示蹤溶液噴出；測量系統中選用直讀電離室，可直讀出數值矢量；定位系統中採用螢光指南針照像定方位。
文檔編號G01V9/02GK86104175SQ86104175
公開日1987年12月23日 申請日期1986年6月16日
發明者陳建生, 戴鴻貴 申請人:江蘇省農業科學院原子能農業利用研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan