DE102018201515A1

DE102018201515A1 - Autonomes Chemikalieneinspritzsystem für Öl- und Gasbohrlöcher

Info

Publication number: DE102018201515A1
Application number: DE102018201515.5A
Authority: DE
Inventors: Maurice Slot; Nathan Smith; Thomas Rogala
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2018-08-02
Also published as: GB2559686B; GB201801619D0; US20180216982A1; NO20180163A1; BR102018002230A2; BR102018002230B1; US10859420B2; GB2559686A

Abstract

Ein Verdrängungsdosierungssystem misst die Hubwegrate eines Freikolbens in einem Zylinder mit bekanntem Volumen zur Bestimmung der Durchsatzrate eines Fluids aus dem Zylinder heraus. Das System kann des Weiteren den Einlass- und den Auslassdruck oder den Differenzialdruck zwischen dem Fluideinlass und -auslass messen und aufzeichnen. Das Steuerprogramm positioniert ein Vierwegeventil, das als eine einstellbare Dosierungsaustrittsöffnung wirken kann, als Reaktion auf die gemessene Durchsatzrate und/oder Änderungen bei dem Einlass- und dem Auslassdruck dahingehend, die gewünschte Strömungsrate zu erzielen. Zum Ende jedes Hubs wird das Vierwegeventil dahingehend neu positioniert, die Fluidströmung durch den Dosierungszylinder umzukehren. Das System kann die Ventilpositionseinstellungen sowohl für Vorwärts- als auch Rückwärtshübe basierend auf der gemessenen für einen kompletten Hub des Kolbens in dem Zylinder bei einer gewissen Ventilposition erforderlichen Zeitdauer oder einer gemessenen Bewegungsrate des Freikolbens ändern.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen:
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 1. Februar 2017 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/453,351 , auf deren Inhalte hier in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird.
Erklärung über staatlich geförderte Forschung oder Entwicklung: KEINE
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Chemikalieneinspritzsysteme für Öl- und Gasbohrlöcher. Insbesondere bezieht sie sich auf autonome Steuersysteme zum Einspritzen von chemischen Behandlungsmitteln in Flüssigphase in Unterwasserbohrlöcher.
Beschreibung der Verwandten Technik, einschließlich unter 37 CFR 1.97 und 1.98 offenbarter Informationen
Verschiedene chemische Mittel werden zur Steuerung der Korrosion, von Hydraten, von Asphaltenen, Paraffinen, von Ablagerungen und dergleichen in Kohlenwasserstoffbohrlöcher eingespritzt. Diese chemischen Mittel befinden sich in der Regel in der Flüssigphase und werden unter Verwendung eines Chemikalieneinspritzsystems mit einer gewählten Rate in das Bohrloch gepumpt. Bei Unterwasserbohrlöchern können die Chemikalienquelle und die Pumpe auf einer Förderplattform positioniert sein und sie sind gewöhnlich über eine Versorgungsleitung mit dem Bohrlochkopf verbunden. Wenn die Dosierung des chemischen Mittels lediglich an der Oberfläche durchgeführt wird, verursacht jegliches Leck in der Versorgungsleitung oder ihren Verbindungsstücken eine falsche Angabe der Menge an chemischem Mittel, die in das Bohrloch eingespritzt wird. Darüber hinaus kann jedes Unterwasserbohrloch sein eigenes Einspritzsystem auf der Plattform und seine eigene verbindende Versorgungsleitung erfordern.
Gewisse Dosierungssysteme des Stands der Technik setzen eine variable Austrittsöffnung - eine einstellbare Austrittsöffnung, die die Fernsteuerung der Strömung an jedem Bohrloch gestattet - ein. Andere Dosierungssysteme des Stands der Technik basieren auf einer Druckausgleichsströmungssteuerung - ein einstellbarer Druckregler und eine festgelegte Austrittsöffnung können eine konstante Strömung an jedem Bohrloch aufrechterhalten.
Oftmals ist die Dosierung der Strömung über eine große Reichweite hinweg für die Lebensdauer des Bohrlochs notwendig. Die Austrittsöffnungsdosierung ist im Hinblick auf die Reichweite eingeschränkt und unterliegt Filmbildung, Verstopfung und unterschiedlichen Fluideigenschaften.
Die Partikelverunreinigung in langen Chemikalieneinspritzleitungen ist unvermeidbar und kann die kleinen Austrittsöffnungen, die zur Dosierung und Steuerung erforderlich sind, verstopfen. Filter an den Leitungen sind eine zusätzliche Komplikation, die Einfluss auf die Zuverlässigkeit des Systems hat, die Investitionskosten erhöht und eine regelmäßige Wartung erfordert (wodurch die Betriebskosten erhöht werden).
Das US-Patent Nr. 6,973,936 von Richard R. Watson offenbart ein Fluideinspritzsystem, dass die Verteilung von Fluid von einer Zufuhrleitung zu einem gewählten Bohrloch bei einer einstellbaren Rate steuert. Ein Freikolben („eine Fluidbarriere“) unterteilt einen Zylinder in eine erste und eine zweite Kammer. Ein Mehrpositionsventil umfasst eine erste Position zum dahingehenden Durchlassen von Fluid aus der Zufuhrleitung in die erste Kammer, Fluid aus der zweiten Kammer zurück durch das Ventil zu einem Einspritzpunkt zu verdrängen, und eine zweite Position zum dahingehenden Durchlassen von Fluid aus der Zufuhrleitung in die zweite Kammer, Fluid aus der ersten Kammer zurück durch das Ventil zu dem Einspritzpunkt zu verdrängen. Ein Steuersystem, das mit einem Positionssensor in Verbindung steht, erfasst die Verschiebung des Freikolbens in ausgewählte Positionen zeitlich und stellt selektiv eine variable Ventilöffnung zum Einstellen der Durchsatzrate, Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Position und periodischen Vergrößern der Ventilöffnung zur Reinigung ein.
US-Patent Nr. 8,555,914, 9,255,465 und 9,523,262 , auf deren Inhalte hier in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird, offenbaren Verfahren zur autonomen Steuerung eines Chemikalieneinspritzsystems für Öl- und Gasbohrlöcher. Unter Verwendung der in US-Patent Nr. 6,973,936 offenbarten Einrichtung und der in US-Patent Nr. 8,555,914, 9,255,465 und 9,523,262 offenbarten Verfahren stehen keine direkten Informationen zur Position des Freikolbens, außer an seinen Hubgrenzen zur Verfügung. Dies kann für Einspritzsysteme mit niedrigen Durchsatzraten - z. B. ein oder zwei Gallonen pro Tag - problematisch sein. Wenn der Kolben während des Hubs festgeht oder das Fluidzufuhrsystem anderweitig verstopft wird, wird diese Situation möglicherweise für einen längeren Zeitraum nicht detektiert. Bei Verwendung der Systeme des Stands der Technik öffnet das System in dem Bestreben der Beseitigung der Verstopfung das Ventil erst dann weiter, wenn die erwartete Zeitdauer für einen kompletten Kolbenhub abgelaufen ist. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kann als eine Einrichtung und ein Steuerprogramm für ein Verdrängungsfluiddosierungssystem ausgeführt sein, das die zur dahingehenden Bewegung eines Freikolbens (oder einer anderen Fluidbarriere) in einem Zylinder (oder einem anderen Dosierungskörper) mit bekannten Abmessungen, sich eine gewisse Strecke zu bewegen, erforderliche Zeitdauer misst und dadurch eine durchschnittliche Durchsatzrate während dieser Bewegung des Kolbens bestimmt. Das System kann des Weiteren den Einlass- und Auslassdruck oder den Differenzialdruck zwischen dem Fluideinlass und -auslass messen und aufzeichnen. Die Steuerung kann Durchsatzratenbefehle von einer Client-Unterwassersteuergondel annehmen und die Durchsatzrate durch Öffnen eines Vierwegeventils zum Teil, jedes Mal wenn das Ventil umgeschaltet wird, festzulegen.
Das Steuerprogramm legt die Position eines Vierwegeventils, das als eine einstellbare Dosierungsauslassöffnung wirken kann, als Reaktion auf die gemessene Durchsatzrate und/oder Änderungen bei dem Einlass- und dem Auslassdruck zur Erzielung der gewünschten Durchsatzrate präzise fest. Bei Beendigung jedes Hubs wird die Position des Vierwegeventils zum Umkehren der Fluidströmung durch den Dosierungszylinder neu festgelegt.
Das System kann gespeicherte Ventilpositionseinstellungen für sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtshübe basierend auf der gemessenen Zeitdauer, die dazu erforderlich ist, den Kolben eine bekannte Strecke zu bewegen, ändern. Auf diese Weise kompensiert das System iterativ jegliche Änderungen bei den Fluideigenschaften und dem Fluiddruck. Gewisse Ausführungsformen der Erfindung umfassen darüber hinaus einen optionalen Reinigungszyklus, der das Ventil schrittweise progressiv öffnet und, falls nötig, das Ventil zur Beseitigung einer Verstopfung der Ventilaustrittsöffnung in beiden Fluidströmungsrichtungen vollständig öffnen kann. Es hat sich herausgestellt, dass eine Schieberventil konstruktion mit Scherdichtung die am besten für einen zuverlässigen Betrieb geeignete Konfiguration ist, wenn Hochdruckfluide mit Hartpartikeln verunreinigt sind. Die standardmäßige Betriebsprozedur zum Beseitigen der Verstopfung eines Ventils dieser Art besteht darin, es in die vollständig geöffnete und vollständig geschlossene Position zu bewegen. Dadurch wird gestattet, dass die angesammelten Partikel hindurchgehen und die Dichtungselemente jegliche weiteren Behinderungen forttreiben oder abscheren. Durch den Einsatz dieser Ventilkonstruktion für das Vierwegepositionsventil mit zwei Positionen und durch die Steuerung des Ventilaktuators als Reaktion auf die Zeitdauer des Zylinders erfolgt eine präzise Strömungssteuerung mit exzellenter Verunreinigungsresistenz.
Die Betätigung des Vierwegesteuerungsventils mit zwei Positionen kann mit einem herkömmlichen Schritt motor erzielt werden, der einen Kugelgewindetrieb dahingehend antreibt, Drehung in lineare Bewegung umzuwandeln. Es hat sich herausgestellt, dass diese Kombination für eine sehr hohe Präzision bei der linearen Position des Ventils sorgt. Diese Präzision gestattet, dass das Ventil zum Teil geöffnet wird, wodurch jedes Mal, wenn das Ventil umgeschaltet wird, eine präzise Austrittsöffnung erzeugt wird.
Wenn das Ventil dahingehend umgeschaltet wird, Strömung zu der ersten und dann der anderen Seite des Zylinderkolbens zu gestatten, wird die Durchsatzrate durch die präzise Austrittsöffnung, die von dem zum Teil geöffneten Ventil erzeugt wird, reguliert. Bei gewissen Ausführungsformen wird eine Verweilzeit, nachdem der Zylinderkolben seinen Hubweg zurückgelegt hat und die Strömung aufgehört hat, einbezogen. Dadurch wird eine präzise Steuerung des in einem gewissen Zeitraum in den Öl- oder Gasbohrlochproduktionsstrom eingespritzten Chemikalienvolumens bereitgestellt.
Ein System gemäß der Erfindung kann dahingehend konstruiert sein, allen gegenwärtig zur Steuerung der Korrosion, von Hydraten, von Asphaltenen, von Paraffinen und von Ablagerungen in Kohlenwasserstoffbohrlöchern verwendeten Chemikalien Rechnung zu tragen. Änderungen bei der Viskosität oder der Dichte des Fluids erfordern keine Neukalibrierung des Verdrängungsdosierungssystems. Prüfdaten können der Client-Unterwassersteuergondel gesendet werden.
Die Verwendung mehrerer Systeme gemäß der Erfindung kann eine Behandlungschemikalienströmungsgarantie für mehrere Unterwasserbohrlöcher von einer einzigen Versorgungsleitung bereitstellen.
Figurenliste

1A ist ein Schemadiagramm einer Chemikalieneinspritzeinrichtung des Stands der Technik.
1B ist eine schematische Zeichnung eines Chemikalieneinspritzsystems, das mit einem Linearsensor zum Erfassen einer Position des Freikolbens in dem Dosierungszylinder ausgestattet ist.
2 ist ein Diagramm der durch ein bestimmtes beispielhaftes Steuerungsventil erzeugten Strömung als Funktion der Anzahl an Schritten, die ein Schrittmotor, der den Aktuator des Ventils antreibt, zurücklegt.
3A und 3B sind separate Teile eines Ablaufdiagramms eines ersten Verfahrens zur Steuerung der in 1B dargestellten Einrichtung.
4A und 4B sind separate Teile eines Ablaufdiagramms eines zweiten Verfahrens zur Steuerung der in 1B dargestellten Einrichtung.
5A und 5B sind separate Teile eines Ablaufdiagramms eines dritten Verfahrens zur Steuerung der in 1B dargestellten Einrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1A stellt schematisch ein Chemikalieneinspritzsystem 10 des Stands der Technik dar, das einen Dosierungskörper 12 umfasst, der mit einem Steuersystem (ECM - Electronic Control Module; elektronisches Steuergerät) 14 und einem Mehrpositionsventil 16, das von einem Aktuator 45 angetrieben wird, verbunden ist. Der Dosierungskörper 12 weist eine Bohrung zum Fassen von zu einem Bohrloch zuzuführendem chemischem Fluid auf. Ein axial beweglicher Freikolben 22 in der Bohrung 20 unterteilt den Dosierungskörper 12 in eine erste und eine zweite Kammer 24, 26 mit variablem Volumen. Der Freikolben 22 wird mit einem Dichtungsglied, wie z. B. einem O-Ring, an dem Dosierungskörper 12 abgedichtet. Der Dosierungskörper 12 und der Freikolben 22 umfassen herkömmlicherweise eine Zylinder-Kolben-Anordnung, wie gezeigt wird. Ein erster und ein zweiter Einlass-Auslass-Kanal sind zum Leiten von Fluid in die erste und die zweite Kammer 24, 26 und daraus hinaus vorgesehen. Eine Zufuhrleitung 33 führt chemisches Fluid bei hohem Druck durch einen Mehrpositionsventil 16 zu dem Dosierungskörper 12 zu.
In einer in 1A gezeigten ersten Ventilposition, deren Konzept durch die Ausrichtung von parallelen Leitungssegmenten 18 auf die Leitungen 31 und 33 dargestellt wird, strömt Fluid von einer Zufuhrleitung 33 durch das Mehrpositionsventil 16, die Leitung 29 und in die Kammer 26. Wenn das Fluid in die Kammer 26 strömt, wird der Freikolben 22 durch den Fluiddruck zu einem Ende des Dosierungskörpers 12 gedrückt, wodurch das Volumen der ersten Kammer 24 verringert und das Fluid aus dem Dosierungskörper 12 heraus verdrängt wird. Aus dem Dosierungskörper 12 austretendes Fluid strömt durch die Leitung 27 zurück durch das Ventil 16 und heraus durch die Leitung 31 und ein Rückschlagventil 47' zu einem Einspritzpunkt in dem Bohrloch.
In einer zweiten Position (nicht gezeigt), deren Konzept durch Verschieben der gekreuzten Strömungsleitungen 15 im Ventil 16 nach links zur Ausrichtung auf die Leitungen 31 und 33 visualisiert werden kann, strömt Fluid von der Zufuhrleitung 33, durch das Mehrpositionsventil 16, die Leitung 27 und in die Kammer 24. Wenn Fluid in die Kammer 24 strömt, wird der Freikolben 26 durch den Fluiddruck zu einem Ende des Dosierungskörpers 12 gedrückt, wodurch das Volumen der Kammer 26 verringert und das Fluid aus dem Dosierungskörper 12 heraus verdrängt wird. Aus dem Dosierungskörper 12 austretendes Fluid strömt durch die Leitung 29, zurück durch das Ventil 16 und heraus durch die Leitung 31 zu demselben Einspritzpunkt in dem Bohrloch. Somit kann durch wiederholtes Umkehren der Richtung des Mehrpositionsventils 16, nachdem der Freikolben 22 eine ausgewählte Position erreicht hat, das Fluid kontinuierlich von der Leitung 33 zu der Leitung 31 und somit zu dem Einspritzpunkt in dem Bohrloch geleitet werden.
Positionssensoren 38 und 40 sind zum Erfassen gewisser diskreter im Voraus ausgewählter Positionen des Freikolbens 22 enthalten. Die Positionssensoren 38, 40 stehen durch herkömmliche Mittel, wie z. B. durch Verdrahtung, Lichtleitfaser oder Funksignal, mit dem Steuersystem 14 in Verbindung, wie durch die gestrichelten Linien 39, 41 dargestellt wird. Wenn der Freikolben 22 die im Voraus ausgewählten Positionen erreicht, geben die Positionssensoren 38, 40 dem Steuersystem 14 Bescheid, woraufhin das Steuersystem 14 die Position des Mehrpositionsventils 16 selektiv umkehren kann, um die Richtung des Hubwegs des Freikolbens 22 umzukehren.
Da die ausgewählten Positionen bekannt sind, ist auch die relative Verschiebung des Freikolbens 22 bekannt, die einer bekannten volumetrischen Verdrängung von Fluid aus dem Dosierungskörper 12 entspricht, die als das Produkt der Verschiebung des Freikolbens 22 und der Querschnittsfläche der Bohrung 20 berechnet wird. Das Steuersystem 14 umfasst einen internen Zeitmesser zur zeitlichen Erfassung der Verschiebung des Freikolbens 22 zwischen den ausgewählten Positionen gemäß den Signalen von den Positionssensoren 38, 40. Eine volumetrische Durchsatzrate ist somit auch bekannt, die als die volumetrische Verdrängung geteilt durch die Verschiebungszeit berechnet werden kann. Das Mehrpositionsventil 16 umfasst eine variable Ventilöffnung zur Steuerung der Strömung zwischen der Zufuhrleitung 33 und dem Dosierungskörper 12. Das Steuersystem 14 stellt selektiv die variable Ventilöffnung als Reaktion auf die zeitlich erfasste Bewegung des Freikolbens 22 ein. Wenn die Kolbenbewegungszeit zu lang ist, wodurch angezeigt wird, dass die Durchsatzrate weniger als die gewünschte Durchsatzrate beträgt, kann das Steuersystem 14 die variable Ventilöffnung zur Erhöhung der Durchsatzrate vergrößern. Umgekehrt kann das Steuersystem 14, wenn die Kolbenbewegungszeit zu kurz ist, wodurch angezeigt wird, dass die Durchsatzrate mehr als die gewünschte Durchsatzrate beträgt, die Ventilöffnung zur Reduzierung der Durchsatzrate selektiv verkleinern. Die Durchsatzrate der Fluidzufuhr zu dem Bohrloch wird dadurch gesteuert.
Wie in 1A gezeigt wird, sind die ausgewählten Positionen des Freikolbens 22 vorzugsweise die Positionen des Freikolbens 22, wenn er ein Ende des Dosierungskörpers 12 erreicht hat. Die ausgewählten Positionen des Freikolbens 22 könnten alternativ dazu an irgendeiner Stelle im Bereich des Hubwegs des Freikolbens 22 liegen und müssen nicht an den Enden des Dosierungskörpers 12 liegen. Bei typischen Ausführungsformen gemäß der Darstellung befinden sich die Positionssensoren 38, 40 an im Wesentlichen derselben axialen Position wie die ausgewählten Positionen. Herkömmliche Positionssensoren, wie z. B. federbelastete Stifte oder magnetische oder Infrarot-Näherungssensoren können verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen ist es vorstellbar, dass die Positionssensoren nicht axial auf die ausgewählten Positionen ausgerichtet sein müssen. Ein Positionssensor kann ferner optionale Druckmessumformer (DMU) 49 und 49' umfassen. Diese Arten von Positionssensoren können die Position implizit erfassen, wie z. B. wenn es in Leitung 31 einem plötzlichen Druckabfall gibt, wenn der Freikolben ein Ende des Dosierungskörpers 12 erreicht. Optionale Kanalventile an dem Freikolben 22 können zum Abdichten der Auslässe des Dosierungskörpers 12, wenn der Freikolben 22 ein Ende des Dosierungskörpers 12 erreicht, enthalten sein. Dadurch kann der Druck in der Leitung 31 drastischer verringert und somit eine eindeutigere Anzeige, dass der Freikolben 22 das Ende seines Hubwegs erreicht hat, bereitgestellt werden. Solch eine Anzeige kann ein Back-up zur Untermauerung oder zum Ersatz der Positionssensoren 38 und 40 bereitstellen.
Die Begriffe „erste Position“ und „zweite Position“ in Verbindung mit Ventil 16 beziehen sich allgemein auf die resultierende Strömungsrichtung anstatt eine feste Position der Komponenten des Ventils 16, da es allgemein einen Einstellbarkeitsgrad in jeder der beiden Positionen zum Einstellen der Durchsatzrate gibt.
Hall-Effekt-Vorrichtungen, die bei der Bewegungserfassung und Bewegungsbegrenzungsschaltern verwendet werden, können eine verstärkte Zuverlässigkeit in extremen Umgebungen bieten. Da es in dem Sensor oder Magneten keine beweglichen Teile gibt, wird die typische Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen elektromechanischen Schaltern verbessert. Darüber hinaus können der Sensor und der Magnet in einem geeigneten Schutzmaterial eingekapselt sein. Hall-Effekt-Vorrichtungen sind bei entsprechendem Packaging immun gegenüber Staub, Schmutz, Schlamm und Wasser. Durch diese Eigenschaften sind Hall-Effekt-Vorrichtungen in einem System gemäß der vorliegenden Erfindung zur Kolbenpositionserfassung im Vergleich zu alternativen Mitteln, wie z. B. optischer und elektromechanischer Erfassung, besonders bevorzugt.
Die Steuerung der Strömung bis zu einigen wenigen Gallonen pro Tag bei einem Druckabfall von mehreren hundert Pfund pro Quadratzoll erfordert eine sehr kleine Austrittsöffnung von nur wenigen Tausendstel Zoll. Das bei einer besonderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendete Ventil ist ein Schieberventil mit Scherdichtung mit einem Verhältnis zwischen maximalem und minimalem Volumenstrom von 2880:1. Dieses Ventil stellt die erforderliche kleine Austrittsöffnung bereit und kehrt die Strömung für jede Verdrängungsladung um, so dass eine Verstopfung vermieden wird.
Bei gewissen Systemen des Stands der Technik werden Filter zur Vermeidung einer Partikelverstopfung kleiner Strömungssteuerungsaustrittsöffnungen verwendet, jedoch erfordern diese Filter in der Regel eine Wartung unter Wasser, die sehr kostenintensiv ist. Bei Vorrichtungen des Stands der Technik sind auch Kapillaraustrittsöffnungen verwendet worden, die für eine gegebene Strömungsdrosselung eine größere Fläche aufweisen, und diese können zur Einstellung ihres Bohrungsdurchmessers durch ein kegeliges Gegenschraubgewinde veranlasst werden, so dass Durchsatzraten geändert werden können und eine zeitweilige größere Öffnung dazu verwendet werden kann, für die Entfernung einer Verunreinigung zu sorgen. Bei jeder dieser Lösungen ist die Dosierung über einen weiten Bereich von Durchsatzraten hinweg eine separate notwendige Aufgabe, die teure Strömungstechnik erfordert; die Strömung kann durch den Druckverlust über eine Austrittsöffnung mit unbekannter Drosselung hinweg nicht genau gemessen werden, wie auch bei Partikelteilverstopfung. Die vorliegende Erfindung kann Mittel zur Erzeugung der kleinen Dosierungsaustrittsöffnung mit einem Vierwegeschieberventil, das zur Vermeidung einer Verstopfung durchweg umgeschaltet wird und zum Gestatten des Hindurchgehens von Partikeln auch vollständig geöffnet werden kann, umfassen. Darüber hinaus stellt das System eine sehr genaue Dosierung der Strömung bereit, die gegenüber teilweiser Verstopfung oder Änderung bei den Fluideigenschaften oder Film bildung an der Austrittsöffnung - alles Zustände, die gegenwärtig sind und herkömmliche Messgeräte, die auf einem Druckabfall über eine Austrittsöffnung hinweg basieren, nichtig machen können - immun ist.
Die Druckmessumformer 49 und 49' können der Steuerung mehr Informationen zur Feststellung des Ventilöffnungsgrads zuführen, jedoch können sie die Durchsatzrate nicht messen oder prüfen. Die Messung und Prüfung der Durchsatzrate wird von den Zeiterfassungsschaltungen und dem Linearpositionssensor 46 an dem Verdrängungszylinder bereitgestellt. Bei gewissen Ausführungsformen kann bzw. können ein oder mehrere zusätzliche Sensoren zur Erfassung des gesamten Hubwegs des Kolbens in dem Zylinder vorgesehen sein.
Wenn der Kolben in dem Verdrängungszylinder den Hub nicht zum erwarteten Zeitpunkt durchführt, ein Zustand, der eine Verstopfung anzeigt, kann die Steuerung das Vierwegeventil dahingehend in die vollständig geöffnete Position antreiben, das Hindurchgehen von Fremdkörpern zu gestatten.
Eine Austrittsöffnung kann nicht als eine zuverlässige Unterwasser-Strömungsmessvorrichtung verwendet werden, da sie Verstopfung und Filmbildung (Beschichtung) durch die Chemikalien, die durch sie hindurchgehen, unterliegt. Die Chemikalien, die in einem Chemikalieneinspritzsystem für ein Kohlenwasserstoffbohrloch eindosiert werden, können Filmbildungseigenschaften als ein gewünschtes Merkmal aufweisen. Gewöhnliche Strömungsmessvorrichtungen des Stands der Technik verwenden zur Strömungsanzeige eine Messung des Druckverlusts über eine Austrittsöffnung hinweg. Wenn kein kostengünstiges Druckabfall-Messsystem verwendet werden kann, sind herkömmliche Alternativen kostenintensiv. Darüber hinaus kommt keine andere Messvorrichtung, wie z. B. auf Turbinenbasis, Ultraschallbasis, Wirbelbasis oder Basis thermischer Masse, der Reichweite eines Verdrängungszylinders gemäß der vorliegenden Erfindung gleich; sie sind alle auf eine Gesamtreichweite von 100:1 bis 200:1 beschränkt. Das bedeutet, dass sie akkurat 1 Gallone pro Tag (GPD) bis zu etwa 200 GPD messen können. Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung kann 1 GPD bis zu über 3000 GPD messen. Des Weiteren sind viele Bohrlochbehandlungschemikalien nichtnewtonsche Fluide - d. h., ihre Viskosität ändert sich mit dem Druck nichtlinear, eine Eigenschaft, die eine akkurate Strömungsmessung für den Großteil der Messtechnologie des Stands der Technik erschwert, jedoch keine Auswirkungen auf ein System hat, das einen Verdrängungszylinder einsetzt.
Das Chemikalieneinspritzsystem kann einen Prozessor umfassen und das Verfahren kann als Anweisungen für den Prozessor, die in einem Speichermedium gespeichert werden können, implementiert sein. Der Prozess kann damit beginnen, dass ein Bediener die gewünschte Durchsatzrate der einzuspritzenden Chemikalie eingibt. Die Durchsatzrate kann die Bemessung von Volumeneinheit pro Zeiteinheit aufweisen. Die Durchsatzraten für Chemikalieneinspritzsysteme, die in Verbindung mit Öl- und Gasbohrlöchern in der inländischen Energiewirtschaft verwendet werden, werden oftmals in Gallonen pro Tag (GPD) ausgedrückt. Bei gewissen Ausführungsformen kann das Eingeben der gewünschten Strömungsrate durch einen Bediener, der sich auf einer Offshore-Förderplattform befindet, erfolgen und der Befehl kann an die Steuerung an oder in der Nähe des Unterwasser-Bohrlochkopfs über ein Versorgungskabel übertragen werden. Der Befehl kann auch über ein Telemetriesystem von einer Onshore-Anlage oder einer anderen Offshore-Einheit übertragen werden.
Bei einer bestimmten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Initialisierung des Systems Antreiben des Ventilaktuators bis zu einer mechanischen Grenze durch dahingehendes Ansteuern eines Schrittmotors, der den Aktuator antreibt, sich eine Anzahl an Schritten in eine Richtung zu bewegen, die die Anzahl an Schritten überschreitet, von der zuvor bestimmt wurde, dass sie dem kompletten Hubweg des Aktuators entspricht. Eine oder mehrere Umkehrungen des Aktuators gefolgt von dem Versuch einer „Vorwärts“-Bewegung, die länger als die Rückwärtsbewegung ist, können dazu verwendet werden, sicherzustellen, dass der Aktuator hart an der mechanischen Grenze ist. Somit kann, obgleich die Ausgangsposition des Ventils beim Anfahren des Systems unbekannt sein kann, eine Initialisierungsroutine zur Bewegung des Ventils in eine bekannte Position verwendet werden. Das System kann Ventilausgangseinstellungen (Anzahl an Schritten) für sowohl Vorwärts- als auch Rückwärts-Ventilpositionen aus der Eingabe der gewünschten Durchsatzrate, einer gespeicherten Strömungskurve (z. B. 2) und Ventilansprechpositionsdaten - d. h. die Anzahl an Schritten von der geschlossenen Ventilposition zu dem Punkt, an dem sich die Ventilaustrittsöffnung in einer gewissen Richtung zu öffnen beginnt - bestimmen. Bei einer bestimmten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Initialisierung das Bewegen des Ventilaktuators aus der Position der mechanischen Grenze in eine „mittige“ geschlossene Position (als 19 in 1A und 1B gezeigt), die als die Mitte zwischen der „Vorwärts“-Ventilansprechposition und der „Rückwärts“-Ventilansprechposition definiert wird. Beispielhaft, unter Verwendung der Strömungskurve von 2, beträgt, wenn die gewünschte Strömungsrate 40 GPD beträgt und sich die Vorwärts-Ventilansprechposition 33 Schritte von der „mittigen“ geschlossenen Position befindet, die Vorwärts-Ventilausgangseinstellung 171 Schritte von der Mitte (138 + 33) . Es hat sich herausgestellt, dass die Ventilansprechposition ventilabhängig ist und von Ventil zu Ventil variieren kann und/oder sich nach Wartungsarbeiten an dem Ventil oder dem Ventilaktuator ändern kann. Die Vorwärts- und Rückwärts-Ventilausgangseinstellungen können in für diese Funktion vorgesehene Register geladen werden.
Strömungskurvendaten können in Form einer digitalisierten Strömungskurve, wie z. B. der in 2 dargestellten Kurve, vorliegen. Bei einer bestimmten bevorzugten Ausführungsform sind die Strömungsdaten für jeden Schritt eines durch einen Schrittmotor betätigten Ventils tabellarisch aufgelistet. Bei anderen Ausführungsformen können die Strömungskurvendaten in Form einer mathematischen Darstellung vorliegen - z. B. Steigungs- und Abschnittswerte für eine im Wesentlichen lineare Strömungskurve. Bei Ausführungsformen, bei denen digitalisierte Kurven verwendet werden, kann das System Mittel zur Interpolation zwischen Datenpunkten unter Verwendung von herkömmlichen Kurvenanpassungsmethoden umfassen.
Bei gewissen Ausführungsformen (nicht gezeigt) können die anfänglichen Systemeingaben die Auswahl einer bestimmten Strömungskurve, die einer bestimmten Chemikalie oder einem bestimmten chemischen Gemisch, die bzw. das einzuspritzen ist, oder einer gewissen Eigenschaft des einzuspritzenden Fluids - beispielsweise das spezifische Gewicht des Fluids, die Viskosität des Fluids, die Konzentration eines Wirkstoffs (von Wirkstoffen) in einem Lösungsmittel oder dergleichen - zugeordnet ist, umfassen. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann die anfängliche Eingabe einen Korrekturfaktor, den das System zur Modifizierung einer zuvor gespeicherten allgemeinen Strömungskurve zur Verwendung mit einer speziellen Chemikalie oder Chemikalieneigenschaft verwenden kann, umfassen - d. h., die gespeicherte Strömungskurve kann für verdünnte wässrige Lösungen sein und ein bereitgestellter Korrekturfaktor gestattet dem System die Anpassung der Kurve für ein Fluid mit erheblich verschiedenen rheologischen Eigenschaften. Es versteht sich jedoch, dass ein System gemäß der vorliegenden Erfindung automatisch Anpassungen für Fluide mit anderen Eigenschaften vornimmt und die individuelle Anpassung der Strömungskurve für ein spezielles Fluid nur bei den Ausgangseinstellungen der Ventilposition und den ersten Berechnungen von Ventileinstellkorrekturen einen Vorteil bietet.
Während das Fluid strömt können die Ausgaben der Druckmessumformer 49 und 49' regelmäßig geprüft werden und ein Differenzialdruck (ΔP) kann von der Steuerung 14 gespeichert werden. Bei einer bestimmten bevorzugten Ausführungsform wird ein laufendes durchschnittliches ΔP zusammen mit den drei letzten ΔP-Werten in einem FIFO-Stapel gespeichert. Zusätzliche Filteralgorithmen können zur Beseitigung oder Reduzierung des Einflusses von Druckspitzen, zu denen es während eines Hubs kommen kann, angewendet werden.
Eine Ventileinstellungskorrektur kann ferner durch einen Faktor, der sich auf eine Änderung bei dem durchschnittlichen ΔP von dem vorherigen Kolbenhub bezieht, verfeinert werden. Bei gewissen Ausführungsformen kann der ΔP-Korrekturfaktor eine Funktion (insgesamt oder zum Teil) von ausgewählten ΔP-Werten, z. B. den drei letzten ΔP-Werten, die in dem FIFO-Stapel der dargestellten Ausführungsform gespeichert sind, sein. Besonders bei relativ langsamen Durchsatzraten kann eine Änderung bei ΔP unmittelbar vor dem Ende des Hubs das ΔP, zu dem es wahrscheinlich während des nächsten Vorwärts hubs kommt, besser angeben.
Die ΔP-Korrektur kann sich von empirisch bestimmten Werten der Durchsatzrate bei verschiedenen Differenzialdrücken ableiten. Bei anderen Ausführungsformen kann die ΔP-Korrektur aus einer Funktion berechnet werden, die die Strömung (oder die Schritte des Ventilbetätigungsmotors 45) zu ΔP in Beziehung setzt.
Es versteht sich, dass der Prozess der vorliegenden Erfindung ohne ΔP-Daten funktioniert - d. h. das Fehlen oder der Ausfall von Drucksensor 49 und/oder 49' deaktiviert das System nicht. Die aus den Kolbenbewegungszeitdauern berechneten Korrekturen gleichen Änderungen bei ΔP aus. Die Verwendung von ΔP-Informationen kann dem System ermöglichen, bessere Prognosen der zur Erzeugung der gewünschten Durchsatzrate erforderlichen Ventileinstellung zu erstellen. Jedoch wird der iterative Prozess selbst ohne diese Daten auf die korrekte Einstellung „stoßen“.
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird in 1B dargestellt. 1A stellt zum Vergleich ein Chemikalieneinspritzsystem (CIS - Chemical Injection System) des Stands der Technik dar. Es ist den in US-Patent Nr. 6,973,936, 8,555,914, 9,255,465 und 9,523,262 beschriebenen Systemen ähnlich, umfasst jedoch zusätzlich Rückschlagventile 47 und 47' in den Leitungen 33 bzw. 31 sowie eine geschlossene Position 19 für das Mehrpositionsventil 16. CIS 10 in 1A ist mit Hall-Effekt-Sensoren 38 und 40 ausgestattet zum Erfassen, wenn sich der Kolben 22 an einem Ende seines Hubs befindet, und somit sollte das Mehrpositionsventil 16 von parallelen Strömungspfaden 18 zu gekreuzten Strömungspfaden 15 (oder umgekehrt) umgeschaltet werden. Jedoch wird bei CIS 10, wenn sich die Strömung des chemischen Behandlungsfluids verlangsamt oder komplett gesperrt wird oder anderweitig unterbrochen wird (und der Kolben 22 in einer Zwischenposition zwischen den Sensoren 38 und 40 bleibt), die Unterbrechung möglicherweise erst dann detektiert, wenn ein voreingestellter Zeitmesser abläuft, ohne dass der Kolben 22 ein Ende seines Hubs erreicht (und entweder den Sensor 38 oder den Sensor 40 aktiviert). Dies ist bei Chemikalieneinspritzsystemen, bei denen die gewünschte Strömungsrate im Verhältnis zu dem Volumen des Zylinders 12 niedrig ist - z. B. eine Einspritzrate von einer Gallone pro Tag bei einem CIS mit einem ½-Gallonen-Dosierungszylinder - ein besonderes Problem. Der Ausfall solch eines Systems wird möglicherweise für 12 Stunden nicht detektiert - der nominale Zeitraum für einen einzigen Hub des Kolbens 22.
Das CIS 10', das in 1B dargestellt wird, ist eine Verbesserung gegenüber dem CIS 10 des Stands der Technik (in 1A gezeigt). Das CIS 10' umfasst einen Kolbenpositionlinearsensor 46 anstatt der Sensoren 38 und 40 von CIS 10. Der Linearsensor 46 kann selektiv auf alle Positionen des Freikolbens 22 ansprechen. Auf diese Weise kann eine fehlende Bewegung seitens des Kolbens 22 schnell detektiert werden. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann das CIS 10' zusätzlich die Sensoren 38 und 40 (gemäß der Darstellung in 1A) zum Detektieren des gesamten Hubwegs des Kolbens 22 und/oder Funktionieren als ein Back-up für den Linearsensor 46 umfassen. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst der Linearsensor 46 eine Anordnung von Hall-Effekt-Sensoren.
Ein Hall-Effekt-Sensor ist eine Art von Sensor, dessen Ausgangssignal eine Funktion der magnetischen Felddichte um ihn herum ist. Lineare oder analoge Hall-Effekt-Sensoren stellen eine durchgängige Spannungsausgabe bereit, die mit einem starken Magnetfeld zunimmt und mit einem schwachen Magnetfeld abnimmt. Bei Hall-Effekt-Sensoren mit linearer Ausgabe nimmt mit zunehmender Stärke des Magnetfelds auch das Ausgabesignal von dem Verstärker, bis zum Einsetzen der Sättigung durch die ihm von der Stromversorgung auferlegten Grenzen zu. Jegliche zusätzliche Zunahme des Magnetfelds hat keine Wirkung auf die Ausgabe, bringt es jedoch weiter in die Sättigung.
Hall-Effekt-Sensoren mit digitaler Ausgabe weisen einen Schmitt-Trigger mit eingebauter Hysterese, verbunden mit einem Operationsverstärker, auf. Wenn der durch den Hall-Sensor hindurchgehende Magnetfluss einen im Voraus eingestellten Wert überschreitet, wechselt die Ausgabe von der Vorrichtung schnell zwischen dem „AUS“- und dem „EIN“-Status ohne jegliche Kontaktprellung. Die eingebaute Hysterese beseitigt die Ausgangssignalschwingung, wenn sich der Sensor in das bzw. aus dem Magnetfeld hinein- und heraus bewegt - Sensoren mit digitaler Ausgabe weisen nur zwei Zustände, „EIN“ und „AUS“, auf.
Andere Arten von linearen Positionssensoren sind verfügbar. Die am häufigsten verwendeten Technologien sind Hall-Effekt, induktiv, magnetoresitiv und resistiv. Die lineare Position kann unter Verwendung von Vorrichtungen, wie z. B. Differenzialtransformatoren (LVDT - Linear Variable Differential Transformers) und Linearpotentiometer, gemessen werden.
Magnetoresistive Sensoren sind Vorrichtungen, die eine Linear-, Winkel- oder Drehverschiebung in einem gesättigten Magnetfeld detektieren. Sie können ein oder mehrere Erfassungselemente einer Wheatstone-Brücke mit vier Elementen im Sättigungsmodus umfassen, die eine Spannung ausgeben, die mit der Richtung des Magnetflusses, der über den Sensor hinweggeht, in Zusammenhang steht. Mehrere Brückenelemente können einen erweiterten Bereich zur Winkelmessung bereitstellen. Sie sind sehr genau, in der Lage, die Position besser als bis zu Bruchteilen von Millimetern aufzulösen, starke Schwankungen bei dem Abstand zwischen dem Magneten und dem Sensor zu berücksichtigen und sind gegenüber Vibrationen und Schlägen unempfindlich.
Bei noch weiteren Ausführungsformen ist der Dosierungskörper 12 transparent oder weist ein transparentes Fenster auf, das sich in Längsrichtung für den gesamten Hub des Kolbens 22 erstreckt. Bei solchen Ausführungsformen kann der Linearsensor 46 ein optischer Sensor sein.
Die Aufnahme der Sensoren 38 und 40 in das System 10' sorgt für Redundanz im Falle eines Ausfalls des linearen Kolbensensors 46. Wenn beispielsweise keine Ausgabe (oder keine sich ändernde Ausgabe) von dem linearen Kolbensensor 46 empfangen wird, kann das Umschalten des Mehrpositionsventils 16 aus einer ersten Position zum Durchlassen von Fluid von der Zufuhrleitung in die erste Kammer in eine zweite Position zum Durchlassen von Fluid aus der Zufuhrleitung in die zweite Kammer (d. h. aus der Ventilposition 15 in die Ventilposition 18) bei Aktivierung des Sensors 38 oder 40 als Reaktion darauf dass sich die Fluidbarriere an einem Ende des Dosierungskörpers befindet, erzielt werden. Weiterer autonomer Betrieb des Systems 10' kann selbst mit einem ausgefallenen Linearsensor 46 durch zeitliche Erfassung des Zeitabstands von der Aktivierung des Sensors 38 als Reaktion darauf, dass sich die Fluidbarriere an einem ersten Ende des Dosierungskörpers befindet, bis zur Aktivierung des Sensors 40 als Reaktion darauf, dass sich die Fluidbarriere an einem zweiten Ende des Dosierungskörpers befindet, Berechnen einer Ist-Fluiddurchsatzrate aus dem zeitlich erfassten Zeitabstand (und dem bekannten Volumen des Dosierungskörpers) und Einstellen der Größe der variablen Ventilöffnung zur Reduzierung jeglicher Differenz zwischen der berechneten Ist-Fluiddurchsatzrate und der gewünschten Fluiddurchsatzrate auf ein Minimum fortbestehen.
Beispielhafte Verfahren der Verwendung der in 1B dargestellten Einrichtung umfassen: ein Verfahren, bei dem ein diskreter „Schritt“ bei der Ausgabe des linearen Kolbenpositionssensors 46 innerhalb einer im Voraus eingestellten zeitlichen Begrenzung erfolgen muss, damit die Fluidzufuhr mit der gegenwärtigen Ventileinstellung fortgesetzt wird; ein Verfahren, bei dem jegliche Änderung bei der Ausgabe des linearen Kolbenpositionssensors 46 (digital oder analog) als eine Anzeige einer Kolbenbewegung angesehen wird; und ein Verfahren, bei dem die Änderungsrate bei der Ausgabe des linearen Kolbenpositionssensors 46 zur Berechnung der gegenwärtigen Ist-Fluiddurchsatzrate verwendet wird und die Ventileinstellung dahingehend eingestellt wird, jegliche Differenz zwischen der gegenwärtigen Ist-Fluiddurchsatzrate und der von dem Bediener eingegebenen gewünschten Fluiddurchsatzrate ausgeglichen wird.
Ein bestimmtes Verfahren, bei dem ein diskreter „Schritt“ bei der Ausgabe des linearen Kolbenpositionssensors 46 innerhalb einer im Voraus eingestellten zeitlichen Begrenzung erfolgen muss, damit die Fluidzufuhr mit der gegenwärtigen Ventileinstellung fortgesetzt wird, wird in Ablaufdiagrammform in 3A und 3B dargestellt. Dieses Verfahren kann mit der in 1B dargestellten Einrichtung verwendet werden, wobei der Linearsensor 46 eine Anordnung aus Hall-Effekt-Sensoren umfasst, die mit Schmitt-Triggern ausgestattet sind, so dass das Auslösen eines angrenzenden Sensors durch eine Bewegung des Kolbens 22 als ein „Schritt“ detektiert werden kann - d. h. ein Sensor in der Anordnung schaltet von einem EIN-Zustand in einen AUS-Zustand und ein angrenzender Sensor in der Anordnung schaltet von einem AUS-Zustand in einen EIN-Zustand.
Das Verfahren kann bei Block 600 damit beginnen, dass der Bediener eine gewünschte Fluiddurchsatzrate eingibt. Diese Information kann dem elektronischen Steuergerät (ECM) 14 über ein Versorgungskabel (Strichpunktlinie in 1B) übermittelt werden. Bei Block 602 kann das ECM 14 dann eine Tabellenabfrage (mit Interpolation, falls nötig) zur Bestimmung der Ventileinstellung, von der erwartet wird, dass sie die gewünschte Durchsatzrate erzeugt, durchführen. Unter Verwendung des Schrittmotors 45 kann das ECM 14 dann das Dosierungsventil 16 in die berechnete Einstellung positionieren.
Aus der Strecke, die sich der Kolben 22 bewegen muss, um eine detektierbare Änderung („Schritt“) bei der Ausgabe des Linearsensors 46 zu erzeugen, und den Abmessungen des Dosierungskörpers 12 kann die zur Erzeugung eines Schritts des Sensors 46 mit der gewünschten Durchsatzrate erforderliche Zeit (CT) berechnet werden (bei Block 604).
Bei der Entscheidungsraute 606 kann das System erfassen, ob sich der Kolben 22 an seiner linken Hubweggrenze befindet. Falls ja (J-Verzweigung bei 606), wird das Ventil (bei 608) in die parallele Strömungsposition 18 umgeschaltet und ein Zeitmesser, der zum Messen der Zeit, die für einen kompletten Hub des Kolbens 22 erforderlich ist, konfiguriert ist, kann gestartet werden (bei 613) . Bei der Entscheidungsraute 610 kann das System erfassen, ob sich der Kolben 22 an seiner rechten Hubweggrenze befindet. Falls ja (J-Verzweigung bei 610) wird das Ventil (bei 612) in die gekreuzte Strömungsposition 15 umgeschaltet und ein Zeitmesser, der zum Messen der Zeit, die für einen kompletten Hub des Kolbens 22 erforderlich ist, konfiguriert ist, kann gestartet werden (bei 613).
Bei Block 614 kann ein Zeitmesser, der zum Messen der Zeit, die erforderlich ist, dass der Kolben 22 einen „Schritt“ in der Ausgabe des Linearsensors 46 erzeugt, konfiguriert ist, gestartet werden. Bei der Entscheidungsraute 618 kann das System einen Schritt detektieren und den Schrittzeitmesser zurücksetzen (bei 616) . Falls und wenn kein Schritt detektiert wird (N-Verzweigung bei 618) kann das System detektieren, ob sich der Kolben 22 an einer Grenze seines Hubwegs befindet (bei 620) . Falls ja (J-Verzweigung bei 620) kann das System dazu übergehen, die nachstehend beschriebene Ventilumkehrroutine (bei 644) durchzuführen. Falls sich der Kolben 22 nicht bei einer Hubweggrenze befindet (N-Verzweigung bei 620), kann das System den Schrittzeitmesser dahingehend konsultieren (bei 622), zu bestimmen, ob der Schrittzeitmesserwert 150 % (oder einen anderen ausgewählten Prozentsatz) der berechneten Schrittzeit (CT) überschritten hat. Falls nein (N-Verzweigung bei 622), kann das System weiter auf die Detektion eines Schritts warten. Falls die zeitliche Begrenzung überschritten wird (J-Verzweigung bei 624), kann das System (bei 624) das Ventil 16 eine im Voraus gewählte Anzahl an Schritten (X) in dem Bestreben, die Durchsatzrate zu erhöhen, öffnen.
Bei der Entscheidungsraute 626 wartet das System wieder darauf, dass ein Schritt erfolgt. Falls ein Schritt detektiert wird (J-Verzweigung bei 626), wird der Schrittzeitmesser zurückgesetzt (bei 616) und der Prozess läuft weiter (bei 614) . Falls kein Schritt detektiert wird (N-Verzweigung bei 626), kann das System (bei 628) bestimmen, ob sich der Kolben 22 bei einer Grenze seines Hubwegs befindet, und falls ja (J-Verzweigung bei 628), zur Ventilumkehrroutine übergehen (bei 644).
Wenn sich der Kolben 22 nicht bei einer Hubweggrenze befindet (N-Verzweigung bei 628), kann das System den Schrittzeitmesser (bei 630) dahingehend konsultieren, zu bestimmen, ob der Schrittzeitmesserwert 200 % (oder einen anderen ausgewählten Prozentsatz) der berechneten Schrittzeit (CT) überschritten hat. Falls nein (N-Verzweigung bei 630), kann das System weiter auf die Detektion eines Schritts warten. Falls die zeitliche Begrenzung überschritten wird (J-Verzweigung bei 630), kann das System (bei 632) das Ventil 16 eine zusätzliche im Voraus gewählte Anzahl an Schritten (Y) in dem weiteren Bestreben, die Durchsatzrate zu erhöhen, öffnen.
Bei der Entscheidungsraute 634 wartet das System wieder darauf, dass ein Schritt erfolgt. Falls ein Schritt detektiert wird (J-Verzweigung bei 634), wird der Schrittzeitmesser zurückgesetzt (bei 616) und der Prozess läuft weiter (bei 614) . Falls kein Schritt detektiert wird (N-Verzweigung bei 634), kann das System (bei 636) bestimmen, ob sich der Kolben 22 bei einer Grenze seines Hubwegs befindet, und falls ja (J-Verzweigung bei 636), zur Ventilumkehrroutine übergehen (bei 644).
Wenn sich der Kolben 22 nicht bei einer Hubweggrenze befindet (N-Verzweigung bei 636), kann das System den Schrittzeitmesser (bei 638) dahingehend konsultieren, zu bestimmen, ob der Schrittzeitmesserwert 300 % (oder einen anderen ausgewählten Prozentsatz) der berechneten Schrittzeit (CT) überschritten hat. Falls nein (N-Verzweigung bei 638), kann das System weiter auf die Detektion eines Schritts warten. Falls die zeitliche Begrenzung überschritten wird (J-Verzweigung bei 630), kann das System (bei 640)(gemäß obiger Beschreibung) zu einem Spülzyklus übergehen, in dem Bestreben, eine mögliche Verstopfung in dem Ventil zu lösen. Das System kann dann neu gestartet werden (bei 642).
Die Ventilumkehrroutine 644 wird als ein Ablaufdiagramm in 3B dargestellt. Bei Block 646 kann die Ist-Fluiddurchsatzrate aus dem bekannten Volumen des Dosierungskörpers 12 (abzüglich des Volumens des Kolbens 22) und der Länge der Zeit, die der Kolben 22 zur Bewegung von einer Grenze zu der anderen benötigt hat (gemäß der Messung durch den Zeitmesser für den Gesamthub) berechnet werden. Die Ventilposition (z. B. die Anzahl an Schritten des Schrittmotors 45 von einer Bezugsposition), die die gemessene Durchsatzrate erzeugt hat, kann dann (bei 648) in einer Tabelle gespeichert werden. Auf diese Weise kann die Tabelle von Durchsatzrate als Funktion der Ventilposition mit jedem Zyklus des Kolbens 22 aktualisiert werden. Wenn das Ventil 16 während des Zyklus zusätzliche Schritte geöffnet wurde (z. B. bei 632 und/oder 624), kann die gespeicherte Ventilpositionseinstellung ein zeitlicher Mittelwert der Ventilpositionen, die während des Hubs des Kolbens 22 verwendet oder anderweitig eingestellt wurden, sein. Bei einer Ausführungsform wird die Ventilpositionstabelle in dem Fall, dass während eines Hubs mehr als eine Ventilposition verwendet wurde, möglicherweise nicht aktualisiert.
Wenn sich die gemessene Durchsatzrate von der gewünschten Durchsatzrate unterscheidet, kann das System (bei 650) die zur Erzeugung der gewünschten Durchsatzrate erforderliche Ventileinstellung schätzen. Auf diese Weise stellt sich das System iterativ selbst dahingehend ein, die gewünschte Durchsatzrate zu erzielen.
Bei Block 652 wird die Hubrichtung des Kolbens 22 durch Umschalten des Ventils 16 aus der gekreuzten Strömungsposition 15 in die parallele Strömungsposition 18 oder umgekehrt umgekehrt. Das Ventil 16 kann dann (bei 654) dahingehend positioniert werden, die gewünschte Durchsatzrate zu erzeugen. Bei 656 wird der Zeitmesser, der zur zeitlichen Erfassung des Zeitraums des Gesamthubs konfiguriert ist, zur Messung des nächsten Hubs zurückgesetzt, und bei 658 kann das System für den nächsten Hub des Kolbens 22 (z. B. zu 613) zurückkehren.
Ein bestimmtes Verfahren, bei dem die Ausgabe des linearen Kolbenpositionssensors 46 lediglich zur Bestätigung einer Bewegung des Kolbens 22 über seinen Weg hinweg von einer Grenze zu der anderen verwendet wird, wird in Ablaufdiagrammform in 4A und 4B dargestellt. Dieses Verfahren kann mit einer in 1B dargestellten Einrichtung verwendet werden, wobei der Linearsensor 46 entweder eine analoge oder eine digitale Ausgabe aufweist.
Das Verfahren kann bei Block 700 damit beginnen, dass der Bediener eine gewünschte Fluiddurchsatzrate eingibt. Diese Information kann dem elektronischen Steuergerät (ECM) 14 über ein Versorgungskabel (Strichpunktlinie in 1B) übermittelt werden. Bei Block 702 kann das ECM 14 dann eine Tabellenabfrage (mit Interpolation, falls nötig) zur Bestimmung der Ventileinstellung, von der erwartet wird, dass sie die gewünschte Durchsatzrate erzeugt, durchführen. Unter Verwendung des Schrittmotors 45 kann das ECM 14 dann das Dosierungsventil 16 in die berechnete Einstellung positionieren.
Bei der Entscheidungsraute 706 kann das System erfassen, ob sich der Kolben 22 an seiner linken Hubweggrenze befindet. Falls ja (J-Verzweigung bei 706), wird das Ventil (bei 708) in die parallele Strömungsposition 18 umgeschaltet und ein Zeitmesser, der zum Messen der Zeit, die für einen kompletten Hub des Kolbens 22 erforderlich ist, konfiguriert ist, kann gestartet werden (bei 713) . Bei der Entscheidungsraute 710 kann das System erfassen, ob sich der Kolben 22 an seiner rechten Hubweggrenze befindet. Falls ja (J-Verzweigung bei 710) wird das Ventil (bei 712) in die gekreuzte Strömungsposition 15 umgeschaltet und ein Zeitmesser, der zum Messen der Zeit, die für einen kompletten Hub des Kolbens 22 erforderlich ist, konfiguriert ist, kann gestartet werden (bei 714).
Bei der Entscheidungsraute 718 kann das System durch Erfassen einer Änderung bei der Ausgabe des linearen Positionssensors 46 detektieren, ob sich der Kolben 22 bewegt. Für den Fachmann versteht sich, dass dies eine Zeitverzögerung (die von der Auflösung des linearen Positionssensors 46 abhängig ist), die zur Detektion einer Bewegung des Kolbens 22 bei der gewünschten Strömungsrate ausreichend sein sollte, beinhalten kann. Falls und wenn keine Bewegung detektiert wird (N-Verzweigung bei 718) kann das System detektieren, ob sich der Kolben 22 an einer Grenze seines Hubwegs befindet (bei 720). Falls ja (J-Verzweigung bei 720) kann das System dazu übergehen, die nachstehend beschriebene Ventilumkehrroutine (bei 744) durchzuführen. Falls sich der Kolben 22 nicht bei einer Hubweggrenze befindet (N-Verzweigung bei 720), kann das System das Ventil 16 (bei 724) eine im Voraus gewählte Anzahl an Schritten (X) in dem Bestreben, eine Fluidströmung zu erzielen (bewiesen durch eine Bewegung des Kolbens 22), öffnen.
Bei der Entscheidungsraute 726 detektiert das System wieder, ob sich der Kolben 22 bewegt. Falls nicht (N-Verzweigung bei 726), kann das System (bei 728) bestimmen, ob sich der Kolben 22 bei einer Grenze seines Hubwegs befindet, und falls ja (J-Verzweigung bei 728), zur Ventilumkehrroutine übergehen (bei 744).
Falls sich der Kolben 22 nicht bei einer Hubweggrenze befindet (N-Verzweigung bei 728), kann das System das Ventil 16 (bei 732) eine zusätzliche im Voraus gewählte Anzahl an Schritten (Y) in dem weiteren Bestreben, eine Fluidströmung zu erzielen, öffnen.
Bei der Entscheidungsraute 734 kann das System bestimmen, ob sich der Kolben 22 bei einer Grenze seines Hubwegs befindet und falls ja (J-Verzweigung bei 736), (bei 744) zur Ventilumkehrroutine übergehen.
Wenn sich der Kolben 22 nicht bei einer Hubweggrenze befindet (N-Verzweigung bei 736), kann das System (bei 740) einen Spülzyklus (gemäß obiger Beschreibung) durchführen, in dem Bestreben, eine mögliche Verstopfung in dem Ventil zu lösen. Das System kann dann neu gestartet werden (bei 742).
Die Ventilumkehrroutine 744 wird als ein Ablaufdiagramm in 4B dargestellt. Bei Block 746 kann die Ist-Fluiddurchsatzrate aus dem bekannten Volumen des Dosierungskörpers 12 (abzüglich des Volumens des Kolbens 22) und der Länge der Zeit, die der Kolben 22 zur Bewegung von einer Grenze zu der anderen benötigt hat (gemäß der Messung durch den Zeitmesser für den Gesamthub) berechnet werden. Die Ventilposition (z. B. die Anzahl an Schritten des Schrittmotors 45 von einer Bezugsposition), die die gemessene Durchsatzrate erzeugt hat, kann dann (bei 748) in einer Tabelle gespeichert werden. Auf diese Weise kann die Tabelle von Durchsatzrate als Funktion der Ventilposition mit jedem Zyklus des Kolbens 22 aktualisiert werden. Wenn das Ventil 16 während des Zyklus zusätzliche Schritte geöffnet wurde (z. B. bei 732 und/oder 724), kann die gespeicherte Ventilpositionseinstellung ein zeitlicher Mittelwert der Ventilpositionen, die während des Hubs des Kolbens 22 verwendet oder anderweitig eingestellt wurden, sein. Bei einer Ausführungsform wird die Ventilpositionstabelle in dem Fall, dass während eines Hubs mehr als eine Ventilposition verwendet wurde, möglicherweise nicht aktualisiert.
Wenn sich die gemessene Durchsatzrate von der gewünschten Durchsatzrate unterscheidet, kann das System (bei 750) die zur Erzeugung der gewünschten Durchsatzrate erforderliche Ventileinstellung schätzen. Auf diese Weise stellt sich das System iterativ selbst dahingehend ein, die gewünschte Durchsatzrate zu erzielen.
Bei Block 752 wird die Hubrichtung des Kolbens 22 durch Umschalten des Ventils 16 aus der gekreuzten Strömungsposition 15 in die parallele Strömungsposition 18 oder umgekehrt umgekehrt. Das Ventil 16 kann dann (bei 754) dahingehend positioniert werden, die gewünschte Durchsatzrate zu erzeugen. Bei 756 wird der Zeitmesser, der zur zeitlichen Erfassung des Zeitraums des Gesamthubs konfiguriert ist, zur Messung des nächsten Hubs zurückgesetzt, und bei 758 kann das System für den nächsten Hub des Kolbens 22 (z. B. zu 713) zurückkehren.
Ein bestimmtes Verfahren, bei dem die Änderungsrate bei der Ausgabe des linearen Kolbenpositionssensors 46 zur Berechnung der gegenwärtigen Ist-Fluiddurchsatzrate verwendet wird und die Ventileinstellung dahingehend eingestellt wird, jegliche Differenz zwischen der gegenwärtigen Ist-Fluiddurchsatzrate und der von dem Bediener eingegebenen gewünschten Fluiddurchsatzrate auszugleichen, wird in Ablaufdiagrammform in 5A und 5B dargestellt. Dieses Verfahren kann mit einer Einrichtung gemäß der Darstellung in 1B verwendet werden, wobei der Linearsensor 46 eine Form von Ausgabe bereitstellt, die mit der Bewegungsrate des Kolbens 22 korreliert werden kann.
Das Verfahren kann bei Block 800 damit beginnen, dass der Bediener eine gewünschte Fluiddurchsatzrate eingibt. Diese Information kann dem elektronischen Steuergerät (ECM) 14 über ein Versorgungskabel (Strichpunktlinie in 1B) übermittelt werden. Bei Block 802 kann das ECM 14 dann eine Tabellenabfrage (mit Interpolation, falls nötig) zur Bestimmung der Ventileinstellung, von der erwartet wird, dass sie die gewünschte Durchsatzrate erzeugt, durchführen. Unter Verwendung des Schrittmotors 45 kann das ECM 14 dann das Dosierungsventil 16 in die berechnete Einstellung positionieren.
Aus der Strecke, die sich der Kolben 22 pro Zeiteinheit bewegen muss, um die gewünschte Durchsatzrate zu erzeugen, kann berechnet werden (bei Block 803). Dies ist von den Abmessungen des Dosierungskörpers 12 abhängig.
Bei der Entscheidungsraute 806 kann das System erfassen, ob sich der Kolben 22 an seiner linken Hubweggrenze befindet. Falls ja (J-Verzweigung bei 806), wird das Ventil (bei 808) in die parallele Strömungsposition 18 umgeschaltet und ein Zeitmesser, der zum Messen der Zeit, die für einen kompletten Hub des Kolbens 22 erforderlich ist, konfiguriert ist, kann gestartet werden (bei 813) . Bei der Entscheidungsraute 810 kann das System erfassen, ob sich der Kolben 22 an seiner rechten Hubweggrenze befindet. Falls ja (J-Verzweigung bei 810) wird das Ventil (bei 812) in die gekreuzte Strömungsposition 15 umgeschaltet und ein Zeitmesser, der zum Messen der Zeit, die für einen kompletten Hub des Kolbens 22 erforderlich ist, konfiguriert ist, kann gestartet werden (bei 813).
Bei der Entscheidungsraute 815 kann das System erfassen, ob die gemessene Hubwegrate des Kolbens 22 mehr als bei Block 803 berechnet beträgt, und falls ja, kann das Ventil (bei 817) die Anzahl an Schritten, die der Differenz zwischen der festgestellten Durchsatzrate und der gewünschten Durchsatzrate auf der Strömungskurve des Systems (z. B. 2) entspricht, geschlossen werden. Dieser Prozess läuft in einer Schleife weiter, bis die Position des Ventils 16 die berechnete Bewegungsrate des Kolbens 22 (und somit die gewünschte Fluiddurchsatzrate) erzeugt. Die Bestimmung bei der Entscheidungsraute 815 kann eine Zeitverzögerung umfassen, um zu gestatten, dass sich der Kolben 22 eine messbare Strecke bewegt.
Bei der Entscheidungsraute 820 kann das System bestimmen, ob der Kolben 22 eine Grenze seines Hubwegs erreicht hat. Falls ja (J-Verzweigung bei 820) kann das System dazu übergehen, die Ventilumkehrroutine (bei 844) durchzuführen, die nachstehend beschrieben wird.
Wenn sich der Kolben 22 nicht bei einer Grenze befindet (N-Verzweigung bei 820), kann das System (bei 823) erfassen, ob die gemessene Hubwegrate des Kolbens 22 weniger als bei Block 803 berechnet beträgt, und falls ja, kann das Ventil (bei 824) die Anzahl an Schritten, die der Differenz zwischen der festgestellten Durchsatzrate und der gewünschten Durchsatzrate auf der Strömungskurve des Systems (z. B. 2) entspricht, geöffnet werden. Bei der Entscheidungsraute 833 kann das System erfassen, ob das Ventil 16 in seine vollständig geöffnete Position angetrieben wurde, ohne die gewünschte Durchsatzrate zu erzeugen. Falls ja (J-Verzweigung bei 833), kann das System zur Durchführung eines Spülzyklus (bei 840) übergehen, in dem Bestreben, eine Verstopfung, die in dem Ventil 16 aufgetreten sein kann, zu lösen. Dieser Prozess läuft in einer Schleife weiter, bis die Position des Ventils 16 die berechnete Bewegungsrate des Kolbens 22 (und somit die gewünschte Fluiddurchsatzrate) erzeugt. Für den Fachmann ist verständlich, dass die Bestimmung bei der Entscheidungsraute 823 eine Zeitverzögerung umfassen kann, um zu gestatten, dass sich der Kolben 22 eine messbare Strecke bewegt.
Die Ventilumkehrroutine 844 wird als ein Ablaufdiagramm in 5B dargestellt. Bei Block 846 kann die Ist-Fluiddurchsatzrate aus dem bekannten Volumen des Dosierungskörpers 12 (abzüglich des Volumens des Kolbens 22) und der Länge der Zeit, die der Kolben 22 zur Bewegung von einer Grenze zu der anderen benötigt hat (gemäß der Messung durch den Zeitmesser für den Gesamthub) berechnet werden. Die Ventilposition (z. B. die Anzahl an Schritten des Schrittmotors 45 von einer Bezugsposition), die die gemessene Durchsatzrate erzeugt hat, kann dann (bei 848) in einer Tabelle gespeichert werden. Auf diese Weise kann die Tabelle von Durchsatzrate als Funktion der Ventilposition mit jedem Zyklus des Kolbens 22 aktualisiert werden. Wenn das Ventil 16 während des Zyklus zusätzliche Schritte geöffnet oder geschlossen wurde (z. B. bei 817 und/oder 824), kann die gespeicherte Ventilpositionseinstellung ein zeitlicher Mittelwert der Ventilpositionen, die während des Hubs des Kolbens 22 verwendet oder anderweitig eingestellt wurden, sein. Bei einer Ausführungsform wird die Ventilpositionstabelle in dem Fall, dass während eines Hubs mehr als eine Ventilposition verwendet wurde, möglicherweise nicht aktualisiert.
Bei Block 851 kann das System die letzte Messung der Bewegungsrate des Kolbens 22 vergleichen. Wenn sich die gemessene Rate von der, die zur Erzeugung der gewünschten Durchsatzrate erforderlich ist, unterscheidet, kann das System (bei 853) die zur Erzeugung der gewünschten Durchsatzrate erforderliche Ventileinstellung schätzen. Auf diese Weise stellt sich das System iterativ selbst dahingehend ein, die gewünschte Durchsatzrate zu erzielen.
Bei Block 852 wird die Hubrichtung des Kolbens 22 durch Umschalten des Ventils 16 aus der gekreuzten Strömungsposition 15 in die parallele Strömungsposition 18 oder umgekehrt umgekehrt. Das Ventil 16 kann dann (bei 854) dahingehend positioniert werden, die gewünschte Durchsatzrate zu erzeugen. Bei 856 wird der Zeitmesser, der zur zeitlichen Erfassung des Zeitraums des Gesamthubs konfiguriert ist, zur Messung des nächsten Hubs zurückgesetzt, und bei 858 kann das System für den nächsten Hub des Kolbens 22 (z. B. zu 815) zurückkehren.
Obgleich bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, sollen sie den Umfang des vorliegenden Patents nicht einschränken. Für einen Fachmann ist verständlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, der wörtlich und äquivalent durch die folgenden Ansprüche abgedeckt wird, zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62453351 [0001]
US 6973936 [0008, 0009, 0038]
US 8555914 [0009, 0038]
US 9255465 [0009, 0038]
US 9523262 [0009, 0038]

Claims

Einrichtung zum Einspritzen einer Flüssigphasenchemikalie in ein Bohrloch, die Folgendes umfasst: einen Zylinder, der einen Freikolben darin aufweist, der den Zylinder in eine erste Kammer mit variablem Volumen und eine zweite Kammer mit variablem Volumen unterteilt; einen Sensor, der auf eine Position des Freikolbens in dem Zylinder anspricht; einen ersten Kanal in Strömungsverbindung mit der ersten Kammer mit variablem Volumen; einen zweiten Kanal in Strömungsverbindung mit der zweiten Kammer mit variablem Volumen; eine Chemikalieneingangsleitung; eine Chemikalienausgangsleitung; ein Ventil, das mindestens eine variable Austrittsöffnung aufweist und mit der Chemikalieneingangsleitung, der Chemikalienausgangsleitung, dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal in Strömungsverbindung steht; einen Zeitmesser, der zur zeitlichen Erfassung des Zeitraums, der dafür erforderlich ist, dass sich der Freikolben eine gewisse Strecke in dem Zylinder bewegt, konfiguriert ist; und Mittel zur Berechnung der durchschnittlichen Fluiddurchsatzrate während des Zeitraums, zum Vergleichen der berechneten durchschnittlichen Fluiddurchsatzrate mit einer gewünschten Durchsatzrate und zum Einstellen der Größe der variablen Austrittsöffnung zur Reduzierung der Differenz zwischen der berechneten Durchsatzrate und der gewünschten Durchsatzrate auf ein Minimum.
Einrichtung zum Einspritzen einer Flüssigphasenchemikalie in ein Bohrloch nach Anspruch 1, wobei der Sensor, der auf eine Position des Freikolbens in dem Zylinder anspricht, eine Anordnung von Hall-Effekt-Sensoren umfasst.
Einrichtung zum Einspritzen einer Flüssigphasenchemikalie in ein Bohrloch nach Anspruch 1, wobei der Sensor, der auf eine Position des Freikolbens in dem Zylinder anspricht, ein Linearsensor ist.
Einrichtung zum Einspritzen einer Flüssigphasenchemikalie in ein Bohrloch nach Anspruch 3, wobei der Linearsensor aus einer Gruppe bestehend aus induktiven Sensoren, optischen Sensoren, resistiven Sensoren, magnetoresistiven Sensoren, Linearpotentiometern und Differenzialtransformatoren (LVDT - Linear Variable Differential Transformers) ausgewählt ist.
Einrichtung zum Einspritzen einer Flüssigphasenchemikalie in ein Bohrloch nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen Fluiddrucksensor an der Chemikalieneingangsleitung; und einen Fluiddrucksensor an der Chemikalienausgangsleitung.
Einrichtung zum Einspritzen einer Flüssigphasenchemikalie in ein Bohrloch nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: mindestens einen Sensor, der darauf anspricht, dass sich der Freikolben an einem Ende des Zylinders befindet.
Fluideinspritzsystem zur Steuerung der Verteilung von Fluid aus einer Zufuhrleitung zu einem ausgewählten Bohrloch mit einer einstellbaren Rate, das Folgendes umfasst: einen Dosierungskörper mit einer Bohrung zum Fassen von Fluid; eine Fluidbarriere, die die Bohrung in eine erste und eine zweite Kammer mit variablem Volumen unterteilt, wobei die Fluidbarriere als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Kammer bewegbar ist; einen ersten Einlass-Auslass-Kanal zum Leiten von Fluid in die erste Kammer und daraus hinaus und einen zweiten Einlass-Auslass-Kanal zum Leiten von Fluid in die zweite Kammer und daraus hinaus; ein Mehrpositionsventil, das eine erste Position zum Durchlassen von Fluid aus der Zufuhrleitung in die erste Kammer, wodurch die Fluidbarriere zur Verdrängung von Fluid aus der zweiten Kammer zurück durch das Ventil zu einem Einspritzpunkt bewegt wird, und eine zweite Position zum Durchlassen von Fluid aus der Zufuhrleitung in die zweite Kammer, wodurch die Fluidbarriere zum Verdrängen von Fluid aus der ersten Kammer zurück durch das Ventil zu dem Einspritzpunkt bewegt wird, umfasst, wobei das Ventil ferner eine variable Ventilöffnung zum Steuern der Strömung zwischen der Zufuhrleitung und dem Dosierungskörper umfasst; einen linearen Positionssensor, der dazu konfiguriert ist, eine Position der Fluidbarriere in dem Dosierungskörper zu erfassen; und ein Steuersystem, das mit dem Positionssensor in Verbindung steht und einen Zeitmesser zur zeitlichen Erfassung der Bewegung der Fluidbarriere zwischen bekannten Positionen umfasst, wobei das Steuersystem dazu konfiguriert ist, selektiv die variable Ventilöffnung als Reaktion auf die zeitlich erfasste Bewegung der Fluidbarriere zwischen bekannten Positionen einzustellen und die Position des Mehrpositionsventils selektiv als Reaktion auf gewisse Positionen der Fluidbarriere umzukehren.
Fluideinspritzsystem nach Anspruch 7, wobei der Linearsensor eine Anordnung aus Hall-Effekt-Sensoren umfasst.
Fluideinspritzsystem nach Anspruch 7, das ferner Folgendes umfasst: einen Fluiddrucksensor an der Zufuhrleitung; und einen Fluiddrucksensor an einer Leitung zum Einspritzpunkt.
Fluideinspritzsystem nach Anspruch 7, das ferner Folgendes umfasst: mindestens einen Sensor, der darauf anspricht, dass sich die Fluidbarriere an einem Ende des Dosierungskörpers befindet.
Verfahren zum Einspritzen eines Fluids in ein Bohrloch, das Folgendes umfasst: Betreiben eines Fluideinspritzsystems nach Anspruch 7; Eingeben einer gewünschten Fluiddurchsatzrate; Berechnen einer erwarteten Zeitdauer für eine Änderung bei der Ausgabe des linearen Positionssensors bei der gewünschten Fluiddurchsatzrate; Fortführen des Betriebs des Fluideinspritzsystems mit einer vorliegenden Position der variablen Ventilöffnung, wenn eine Änderung der Ausgabe des linearen Positionssensors in etwa bei der berechneten Zeitdauer detektiert wird; Fortführen des Betriebs des Fluideinspritzsystems mit einer geringeren Position der variablen Ventilöffnung, wenn eine Änderung der Ausgabe des linearen Positionssensors unter der berechneten Zeitdauer detektiert wird; und Fortführen des Betriebs des Fluideinspritzsystems mit einer größeren Position der variablen Ventilöffnung, wenn eine Änderung der Ausgabe des linearen Positionssensors über der berechneten Zeitdauer detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner Folgendes umfasst: Öffnen der variablen Ventilöffnung zu einer vollständig geöffneten Position, wenn keine Änderung der Ausgabe des linearen Positionssensors innerhalb eines Zeitabstands detektiert wird, der in einem im Voraus gewählten Maß größer als die berechnete Zeitdauer ist.
Verfahren zum Einspritzen eines Fluids in ein Bohrloch, das Folgendes umfasst: Betreiben eines Fluideinspritzsystems nach Anspruch 7; Überwachen der Ausgabe des linearen Positionssensors; Fortführen des Betriebs des Fluideinspritzsystems mit einer vorliegenden Position der variablen Ventilöffnung, wenn eine Änderung der Ausgabe des linearen Positionssensors innerhalb eines ersten im Voraus ausgewählten Zeitabstands detektiert wird; Vergrößern der variablen Ventilöffnung um ein im Voraus ausgewähltes Maß, wenn keine Änderung der Ausgabe des linearen Positionssensors innerhalb des ersten im Voraus ausgewählten Zeitabstands detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner Folgendes umfasst: Öffnen der variablen Ventilöffnung in eine vollständig geöffnete Position, wenn keine Änderung der Ausgabe des linearen Positionssensors innerhalb eines zweiten Zeitabstands, der länger als der erste im Voraus ausgewählte Zeitabstand ist, detektiert wird.
Verfahren zum Einspritzen eines Fluids in ein Bohrloch, das Folgendes umfasst: Betreiben eines Fluideinspritzsystems nach Anspruch 7; Eingeben einer gewünschten Fluiddurchsatzrate; Messen der zur Bewegung der Fluidbarriere aus einer ersten Position in eine zweite Position erforderlichen Zeitdauer, wobei die erste Position und/oder die zweite Position von einer Hubweggrenze der Fluidbarriere verschoben sind; Berechnen einer Ist-Fluiddurchsatzrate aus der gemessenen zur Bewegung der Fluidbarriere aus einer ersten Position in eine zweite Position erforderlichen Zeitdauer; Fortführen des Betriebs des Fluideinspritzsystems mit einer vorliegenden Position der variablen Ventilöffnung, wenn die Ist-Fluiddurchsatzrate im Wesentlichen der gewünschten Fluiddurchsatzrate entspricht; Fortführen des Betriebs des Fluideinspritzsystems mit einer geringeren Position der variablen Ventilöffnung, wenn die Ist-Fluiddurchsatzrate mehr als die gewünschte Fluiddurchsatzrate beträgt; und Fortführen des Betriebs des Fluideinspritzsystems mit einer größeren Position der variablen Ventilöffnung, wenn die Ist-Fluiddurchsatzrate weniger als die gewünschte Fluiddurchsatzrate beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner Folgendes umfasst: Öffnen der variablen Ventilöffnung in eine vollständig geöffnete Position, wenn die Ist-Fluiddurchsatzrate in einem im Voraus gewählten Maß weniger als die gewünschte Fluiddurchsatzrate beträgt.
Verfahren zum Einspritzen eines Fluids in ein Bohrloch, das Folgendes umfasst: Betreiben eines Fluideinspritzsystems nach Anspruch 10; Eingeben einer gewünschten Fluiddurchsatzrate; Berechnen einer für eine Änderung der Ausgabe des linearen Positionssensors mit der gewünschten Fluiddurchsatzrate erwarteten Zeitdauer; Fortführen des Betriebs des Fluideinspritzsystems mit einer vorliegenden Position der variablen Ventilöffnung, wenn eine Änderung der Ausgabe des linearen Positionssensors in etwa bei der berechneten Zeitdauer detektiert wird; Fortführen des Betriebs des Fluideinspritzsystems mit einer geringeren Position der variablen Ventilöffnung, wenn eine Änderung der Ausgabe des linearen Positionssensors unter der berechneten Zeitdauer detektiert wird; und Fortführen des Betriebs des Fluideinspritzsystems mit einer größeren Position der variablen Ventilöffnung, wenn eine Änderung der Ausgabe des linearen Positionssensors über der berechneten Zeitdauer detektiert wird; und Umschalten des Mehrpositionsventils aus der ersten Position zum Durchlassen von Fluid aus der Zufuhrleitung in die erste Kammer in die zweite Position zum Durchlassen von Fluid aus der Zufuhrleitung in die zweite Kammer bei Aktivierung des mindestens einen Sensors als Reaktion darauf, dass sich die Fluidbarriere an einem Ende des Dosierungskörpers befindet.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner Folgendes umfasst: zeitliches Erfassen des Zeitabstands von der Aktivierung eines ersten Sensors als Reaktion darauf, dass sich die Fluidbarriere an einem ersten Ende des Dosierungskörpers befindet, bis zur Aktivierung eines zweiten Sensors als Reaktion darauf, dass sich die Fluidbarriere an einem zweiten Ende des Dosierungskörpers befindet; Berechnen einer Ist-Fluiddurchsatzrate aus dem zeitlich erfassten Zeitabstand; dahingehendes Einstellen der Größe der variablen Ventilöffnung, jegliche Differenz zwischen der berechneten Ist-Fluiddurchsatzrate und der gewünschten Fluiddurchsatzrate auf ein Minimum zu reduzieren.