JPS5911854B2 - 地下の成層の圧力を遠隔指示するための圧力計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地層の圧力の遠隔指示装置に関する。

石油探鉱においては原油および天然ガスの貯溜層の圧力
のせん孔によって正確に知ることが重要である。

このため永年にわたり各種型式の孔底圧力計が利用され
てきた。

これらの圧力計のうちには記録装置を自蔵しているもの
もあった。

導線の下端に取付けた圧力計はせん孔内に降下される。

圧力の測定記録後に圧力計は回収され孔内の圧力計の読
取り値から地層放生の知見を得るのである。

せん孔底の圧力を信号として刻々確認しながら、地表面
にこの信号を導電線で送信する型式の圧力計もある。

本発明は後者のタイプの圧力計の改良に関するもので、
地層に穿ったせん孔に圧力計を降ろし導電ケーブルでこ
の圧力計を吊り下げて測定するものである。

この圧力計は、周波数で検出した層圧力を示す交流信号
を発生する。

従来の交流信号による読取りを地表面に伝送してくるタ
イプの圧力計によく見られる難点は層温度の変化に対応
する校正を精度よくなし得なかったことである。

また校正の精度を維持することも困難であった。

降下型の圧力計は、せん孔の底までケーシングするかも
しくはしないで数千フィートの深さにまで降ろすのが普
通である。

この作業は出来る限り迅速に行わねばならない。

そのため圧力計は無理なしかも荒々しい扱いを受けざる
を得ないがそれにもかかわらず高精度で圧力を遠隔指示
することが可能でなければならない。

本発明は圧力計がさらされる過酷な状況にもかかわらず
後述する如く温度変化に対する自己補償機能を具有せし
めて正確に地層下の圧力を遠隔指示するように構成した
圧力計を提供しようとするものである。

本発明はまたきわめて微小な圧力変化をも検出し得る改
良された装置を組込んだ圧力遠隔指示装置を提供する。

圧力計の精度を維持するために特に圧力計ハウジングの
伸縮を固定子部材の伸縮により補償するように構成して
せん孔内の温度変化やハウジングの位置する深度すなわ
ち地層の特異性に対応した温度変化により派生する圧力
測定値の温度による誤差を自己補償する特有の校正機能
を組込み、容量型の信号送信により装置の安定性を著し
く増大したものである。

本発明の構成と作用効果について以下図示実施例に従っ
て詳述する。

第１図において、せん孔に降ろして地下の成層を探る圧
力計の一部が示されている。

これは降下部分と称することにする。

圧力計は下方部分１２を有する筒状ノ・ウジング１０を
含む。

上方部分１０と下方部分１２の間は絶縁プラグ１４がつ
ないでいる。

ハウジングの下方部分１２はハウジングの下端を閉鎖し
たダイヤフラム部分１６を含み、このダイアフラムの外
面１６Ａは圧力計が配置される外圧にさらされる。

ハウジング下方部分１２の内側には筒状部分１２の内面
に小さなだな２０を形成するわずかに縮径した部分１８
が設けである。

第２図から明らかなごとく、下方の筒状体部分１２内に
は椀状の固定子部材２２が取付けである。

この固定子部材の下方表面２４は、筒状体１２内にある
ときダイアフラムの内面１６Ｂと平行になっている。

固定子部材の側壁２６の外径は縮径部分１８の内径より
も小さくなっている。

好適な構成では、この側壁２６は切欠２８を備え固定子
部材２２と筒状の下方部分１２の熱膨張係数の差を補償
するようにこの固定子部材に撓み性をもたせである。

側壁２６に切欠２８を設けたため切欠２８同士の間で側
壁部分が僅かに曲ったり撓んだりすることができる。

この結果、ハウジング下方部分１２が降温で収縮した場
合すなわち内径が小さくなった場合、切欠２８が存在し
ないとすると円筒状の固定子部材２２は圧縮されざるを
得なくなる。

しかるに切欠が存在すればとの固定子部材２２は圧縮さ
れ得ることになる。

すなわち、切欠同士の間の側壁部分は僅かに内向きに撓
曲されて切欠の幅を縮めるが固定子部材そのものは何ら
圧縮しないですむのである。

固定子部材２２の上部開放端には下方の筒状部材１２の
たな状部分２０と係合する外径が張出した唇状部３０が
形設されている。

この唇状部３０とたな状部分２０との係合により固定子
部材の下面２４とダイアフラム１６との相対的な位置決
めが正確になされることになる。

こうしてハウジング１０下方部分１２のたな状部２０に
固定子部材２２の唇状部３０が直接に接して着設されて
いるため、ハウジング全体がせん孔内環境の温度上昇に
さらされた場合、ノ・ウジング下方部分１２が半径方向
に膨張するすなわち直径がふくらみこれと同時にその軸
線方向にも膨張するすなわち伸長することになる。

こうして下方部分１２が伸長すると固定子部材２２の容
量面３４ダイアフラム内面１６Ｂとの間の間隔が大きく
なりこの結果サヤパシタンスが小さくなる。

他方、上述の如くダイアフラム１６の直径が大きくなる
からキャパシタンスが増大する。

これらがたがいに相殺し合い全体の容量値が温度変化に
対して自律的に補償し安定した精度を保つことができる
のである。

勿論温度が降下したときは上記と逆になるのである。

固定子部材２２はセラミック材料で作られると好都合で
ある。

第１，２図に示す本発明の実施例では、固定子部材の下
面２４にはこの下面を内側の円形容量面３４と外側の環
状の容量面３６に分割する円形の隆起３２が設けである
。

容量面３４゜３６は導電性材料で作られ、好適例ではこ
れらの領域においてセラミック固定子部材２４に金属化
処理コーティングのかたちで行っている。

第２図に示すように、容量面３４には小さな開口３８が
形成されて接続用導体が保持できるようにされ、同様に
して容量面３６との接続には開口４０が利用される。

容量面３４．３６はダイアフラム１６に近接しておりし
かも導電材料からできているのでダイアフラムと容量関
係を形成する。

圧力計に対して圧力変化が加わると、ダイアフラムと固
定子部材の容量面との間のキャパシタンスが変化して圧
力の検出測定を可能にする。

固定子部材は高温接着剤またはねじ式の保持リング（図
示せず）により筒状体内部に固定される。

固定子部材を筒状体に保持せしめるものはこれ以外の手
段であってもよい。

第１図を再び参照して、椀状の固定子部材２２の内部に
は環状の空心誘導子４４を載設した支持体スプール４２
が装定しである。

この支持体スプール４２内部には後述する目的でスイッ
チング素子４６が配置され得る。

支持体スプールの上端を支持体ディスク４８が覆いこの
ディスク面に発振用トランジスタ５０が取付けられてい
る。

下方のハウジング部分１２の上端は絶縁プラグ１４によ
り封止されている。

実際には、この下方ハウジング部分１２の内部は真空に
して汚染を最少限にしこれにより温度による再現性の低
下を最小化している。

上方の筒状部分１０には後述するように電子回路が内蔵
されている。

埋込み式の絶縁ブロック５２は下方ハウジング部分１０
の内部から導体を貫通させる一方この・・ウジング内の
真空シールを保つ手段になる。

真空チューブ５６は下方ハウジング部分１２の内側を排
気する手段として絶縁プラグ１４から封止状態を保った
まま伸長している３上方の筒状ハウジング部分１０の上
端はディスク５６で閉じられてハウジング内部が汚染さ
れないようになされている。

このディスクの絶縁部分５６Ａは出力信号コネクタ６０
を支持しており、コネクタ６０は圧力計からの信号を地
表面に伝送し得るとともに電子回動の作動電源を具備し
た配線（図示せず）の端子を受膜している。

第３図は固定子部材２２の異型例を示す。

この例では固定子の下面２４に第２図の例におけるよう
な隆起３２が設けてなく、その代りにこの固定子部材の
下面２４全体が一枚の導電面をなしていて円形の容量面
３４を形成している。

この例では固定子とダイアフラム１６との唯一の容量関
係だけが達成される。

第２図と第３図との各側の差は後述する。

第５図は第１．２．３図に示す構成の装置に用いるため
の回路の基本ダイアフラムである。

基本となる圧力応答発振回路は６２で示されている。

この回路はダイアフラム１６および固定子部材２２の容
量面の作るコンデンサと誘導子４４および発振用トラン
ジスタ５０とその他の回路素子を含んでいる。

発振器６２は実用されている公知のタイプの発振回路で
あればどのようなものでもよい。

発振回路６２の出力側６２Ａは第４図に示す信号処理回
路に直結することができ、この回路はまた・・ウジング
１０に内蔵して信号コネクタ６０につなぎここから地表
面に信号を伝送するようにすることができる。

地表面では発振器６２の出力はダイアフラム１６の受け
る圧力を指示するために用いられる。

しかし、第５図に示すように好適例ではクリスタル６６
Ａによって制御されるごとき固定周波数発振器６６、ミ
クサ回路６８に送給された出力６６Ｂ、ミクサ回路の出
力側から信号処理回路６４への信号送出の糸路を採る。

応答の直線性を改善するために、発振回路６２は機器の
応答し得る全圧力範囲にわたって発振器６２が約１０な
いし２０係程度変化するように設計することが好ましい
。

発振器６２からの出力信号を固定周波数発振器６７と結
合することにより、両発振器の発振周波数の差を表わす
信号を得て、この出力周波数を大幅に拡張して現用ケー
ブルの信号伝送帯域幅特性に最もよく適合するものを活
用する。

第５図にはスイッチング素子４６（装置内の配置につい
ては第１図参照）が組込まれている。

スイッチング素子４６は電子−機械素子または固体素子
でよい。

図解上の便のため、電子−機械式継電器を示してあり、
その中央極は発振器６２０入力側６２Ｂに接続されてい
る。

スイッチング素子４６の２つの極はコンデンサ７０．７
２に接続されている。

コンデンサ７０はダイアフラム１６と固定子部材２４面
の内側の円形容量面３４とによって形成され、またコン
デンサ７２はダイアフラム１６と固定子部材面の外側リ
ング状容量面３６とによって形成される。

後述する手段によりスイッチング素子４６が起動される
と、ケーブルコネクタ６０を径て地表面に伝送される信
号を選択することができる。

スイッチング素子４６を図示のように、すなわち、コン
デンサＴＯが発振器６２の出力を決定するものとすると
、発信された周波数信号はダイアフラム１６の変形をも
たらした圧力を表わすことになる。

スイッチング素子４６が別の位置まで起動されると、ダ
イアフラム６６の外側リング状容量面３６に対する反り
は微小であるから基準周波数出力が得られ、キャパシタ
ンス７０が発振回路６２内にあるときの周波数出力の変
化は圧力計の他のパラメータに基因する変化特に温度の
作用を表わすものとなる。

このように、コンデンサ７２を用いると、圧力計の読み
に当あって温度の校正に有用な基準信号を発生させるこ
とになる。

第４図において、圧力計の所望の読取りを制御し得る詳
細な回路が例示されている。

ここで第１図を振返って見るに、温度検出器７３は筒状
体１０に内蔵され、特に、絶縁プラグ６４内に装定され
ている。

要素７３は、よく知られているので改めて図示しないが
所定の回路を経て温度応答出力信号を発生する。

導体７３Ａはこの温度信号を信号選択回路８０に送り込
む。

信号処理回路６４からの導体６４Ａも信号選択回路８０
に入れられる。

この信号選択回路の出力８０Ａはラインドライブスイッ
チ８２を経てピン６０に送り込まれ、このビン６０はせ
ん孔内で発信された信号を地表面に伝送するケーブル８
４に接続されている。

地表面には表示計器８６が設けてあり、地底の機器が発
信した交流信号を受信する回路を形成している。

読取り装置８６にはせん孔底の圧力を温度補正値ととも
に表示するための信号の周波数記録およびその変換手段
が設けられると好都合である。

この地表での読取り装置は特に本発明の枠内にあるとは
考えられないので省略する。

地表面には直流電源８８が設置され降下用機器および制
御装置９０の作動用直流電力源をなしている。

制御装置９０は電源８８によりケーブル８４からライン
ドライブスイッチ８２に直流電圧の正負の瞬間的サージ
を印加するはたらきをする。

電圧サージを受信するとラインドライブスイッチ８２に
よりこれはロッキング制御回路９２に加えられて、信号
選択装置８０に対して９２Ａで出力信号を作り出し、か
くして８０Ａにおける信号出力は発振器６２のもたらし
た圧力値にもまた温度検知器７３のもたらした温度の値
にも応答するととになる。

さらに、ロッキング制御回路９２はスイッチング素子４
６を起動するための信号を出力側９２Ｂに発生して地表
の制御装置９０の発信した適当な信号を受けて、発振器
６２の出力は圧力応答コンデンサ７０からもまた前述し
た基準コンデンサ７２からも取出されることになる。

ラインドライブスイッチ８２は導体８４を蓄電コンデン
サ９４に接続して配線を浮動状態にすることができる。

コンデンサ９４による電圧は電圧調整回路９６に送られ
てここから電圧は様々な降下用回路要素に印加される。

かくして、唯一本の絶縁導線８４により脈動直流電力を
降下型圧力計器に搬送しこれと同時に所望の交流信号を
地表の表示計器８６に伝送することが可能となった。

第４図の回路は本発明の実施例の図解に便利なように示
したものにすぎず、本発明による圧力計の発信する圧力
応答信号は唯１本の導体ケーブルを用いて地表面に伝送
されることが可能である。

上述のもの以外に本発明の降下型圧力計には様様の回路
を変更して組込み得ることは言う迄もない。

次に本発明の実施態様を以下列挙する。

（１）固定子部材はセラミック材料で作られており上記
容量面は固定子表面に金属性材料層を固着せしめてなる
圧力計。

（２）固定子部材には唇状部から閉じた底部にかけて複
数のスロットを形設してなる圧力計。

（３）固定子の閉じた底部の外面に第１の容量面を形成
する第１の導電性の表面および第２の容量面を形成する
第２の導電性の表面を有し、これら容量面はたがいに絶
縁されていること、ならびに、上記第１および第２の容
量性の表面を交流信号を独立して発信する回路装置に選
択的に接続するスイッチ手段を有することを特徴とする
圧力計。

（４）第１の容量性の表面は上記底面の軸線に同心的な
円形に固定子部材の外部底面に形成されており、第２の
容量性の表面は上記第１の円形表面と同軸的な導電材料
の環として形成されており、上記第２の表面の内径は上
記第１の円形表面の外形よりも大きくしてなることを特
徴とする圧力計。

（５） 固定子部材と同軸的に支持されかつ少なくと
も局部的に固定子の開いた頂部椀状部分にめり込んだ円
形の支持用スプール、ならびに、上記支持用スプールに
支持されかつ上記回路手段と接続された誘導性の部材を
有し、該誘導性の部材と上記容量性の部材とは上記ハウ
ジングのダイアフラム端部および固定子底面の上記導電
性部分によって発振器の下方筒状部分として形成され、
その出力周波数がダイアフラムの圧力による変形にもと
づく容量変化を表わすこと、を特徴とする圧力計。

（６）上記誘導性の部材は環状をなしていること。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のせん孔圧力計の縦断面、第２図
は固定子部材の斜視図、第３図は別の固定子部材を示す
第２図と同様の斜視図、第４図は本発明による圧力計を
組込んだ回路のブロック図、第５図は固定子部材の別々
な部分を利用して記録するための装置のブロック図を示
す。 １０・・・・・・ハウジング、１６・・・・・・ダイア
フラム、１６Ａ・・・・・・ダイアフラム外面、２２・
・・・・・固定子部材、３４，３６・・・・・・導電性
の表面、６０．８４・・・・・・導電ケーブル、１８・
・・・・・縮径した内径部分、２０・・・・・・たな状
部、３０・・・・・・唇状部、７３・・・・・・温度検
出要素、４６・・・・・・スイッチ素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 閉鎖された端部にダイヤフラムを一体化してなるハ
   ウジングであって、前記ダイヤフラムに隣接してたな状
   部を一体的に周設する縮径した内径部分を具備し前記ダ
   イヤフラムの外面が前記ハウジング内の被測定圧力にさ
   らされるようにした筒状ハウジング；絶縁性材料で作ら
   れていて底部が閉鎖され頂部が開放された椀状の固定子
   部材であって、該固定子部材の外径が前記ハウジングの
   縮径した内径部分の内径よりも僅かに小さく、且つ、前
   記頂部にあって外径が張出した唇状部を有し、該唇状部
   の外径が前記ハウジングの縮径した内径部分の内径より
   も大きく前記ハウジングの内径よりも僅かに小さくして
   なり、それによって、前記唇状部が前記ハウジングの前
   記たな状部に量定された時前記固定子部材の前記閉鎖さ
   れた底部を、前記ハウジングの閉鎖された端部を形成す
   る前記ダイヤフラムの内表面に隣接して離隔状態で正確
   に位置決めせしめ、前記固定子部材の前記底部の外面の
   少なくとも一部の形作る導電性表面が前記ハウジングの
   ダイヤフラム部分と容量関係を形成しこの場合前記ハウ
   ジングの温度変化による伸縮をこれに応じた前記固定子
   部材の伸縮により補償するようにしたこと；上記ハウジ
   ングに接続され遠隔の部位に電気的信号を搬送するため
   の導電ケーブル；上記ダイヤフラムと固定子部材とによ
   り形成されるコンデンサに接続しており、上記ダイヤフ
   ラムと固定子部材との間隔に応答して交流信号を発信し
   その出力が上記導電ケーブルに接続されてなる回路手段
   ；を特徴とする圧力遠隔指示装置。