DE1187396B - Einrichtung an einem Geraet zur Bestimmung der Dichte eines fliessfaehigen Mediums mit einer schleifenfoermigen Leitung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

GOIn

Deutsche Kl.: 421-1/03

1187 396
H33988IXb/421
4. August 1958
18. Februar 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung an einem Gerät zur Bestimmung der Dichte eines fließfähigen Mediums mit einer schleifenförmigen Leitung, mit einem mit der Leitung starr verbundenen Waagebalken, mit einer in ihrer Längsrichtung veränderbaren, auf den Waagebalken eine Rückstellkraft ausübenden, balgartigen Vorrichtung und mit einer mit dieser Vorrichtung in Wirkverbindung stehenden Prallplatte, die der Öffnung einer Druckluftdüse gegenübersteht, wodurch die Neigung des Waagebalkens indirekt abfühlbar ist.

Es ist bereits ein Apparat zur Messung der Dichte eines fließenden Mediums bekannt, bei dem ein langgestreckter, hohler Körper an seinem einem Ende um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert ist und für das hindurchströmende Medium einen Kanal bildet, dessen Eingang neben dem Ausgang liegt. Von einer Vorrichtung kann das Gewicht des hohlen Körpers, der mit dem zu untersuchenden Medium gefüllt ist, mit dem Gewicht verglichen werden, das der Körper annimmt, wenn im Körper ein Bezugsmedium von bekannter Dichte eingefüllt ist. Diese Vergleichsvorrichtung enthält ein Anzeige- oder Registriergerät, von dem Dichteänderungen des durch den hohlen Körper fließenden Mediums fortlaufend angezeigt oder aufgezeichnet werden. Sie kann auch eine Einstellvorrichtung enthalten, an der der Meßbereich verändert wird.

Im einzelnen ist mit zwei geradlinigen Röhren von konstantem inneren Durchmesser, durch die das zu untersuchende Medium strömt, über ein vertikal gestelltes Glied der eine Arm eines Waagebalkens verbunden, dessen anderer Arm ein Eichgewicht trägt, das längs des Arms verstellbar angeordnet ist. Dieser Arm ist außerdem über eine Stange mit einem Balg verbunden, von dem die Luftzufuhr zu einem luftbetätigten Registriergerät beeinflußt wird. Dieser Balg liefert außerdem eine Rückstellkraft, von der das Gleichgewicht des Waagebalkens wiederhergestellt wird, wenn dieser infolge von Gleichgewichtsschwankungen der Röhren abgelenkt wird. Am äußersten Ende des mit dem Balg verbundenen Arms ist zu diesem Zweck eine Prallplatte angebracht, der eine Düse gegenübergestellt ist, die mit dem Innenraum des Balges in Verbindung steht. Wenn zwischen der Düse und dem Balg in die Verbindungsleitung Druckluft eingeführt wird, stellt sich im Leitungssystem und im Balg für ein vorgegebenes Gewicht ein bestimmter Luftdruck ein, durch den gleichzeitig der Abstand zwischen der Düse und der Prallplatte festgelegt ist.

Einrichtung an einem Gerät zur Bestimmung
der Dichte eines fließfähigen Mediums mit einer
schleifenförmigen Leitung

Anmelder:

Haliburton Company, Duncan, OkIa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

George Victor Copland, Duncan, OkIa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 3. Februar 1958 (712 824)

Ziel der Erfindung ist eine Steigerung der Empfindlichkeit bei Dichtemeßgeräten der erläuterten Art.

Zwischen der balgartigen Vorrichtung und der Prallplatte ist gemäß der Erfindung eine Hebelübersetzung eingeschaltet, und die Übersetzung zwischen dem Waagebalken und dem mit der balgartigen Vorrichtung fest verbundenen, einarmigen Hebel ist durch eine auf dem Waagebalken verschiebbare Schneide veränderbar. Eine zur Veränderung der Übersetzung verschiebbare Schneide ist an sich bekannt.

Zur weiteren Empfindlichkeitssteigerung kann in die Druckluftleitung in Strömungsrichtung vor der Düse eine Drossel eingeschaltet sein, deren Querschnitt kleiner als der Querschnitt der Düse sein kann.

Die Einrichtung findet hauptsächlich bei Ölbohrungen zur Dichtebestimmung von Bohrflüssigkeiten, Zementschlicker oder spaltenbildenden Flüssigkeiten einen großen Anwendungsbereich.

Beim Zementieren von Ölbohrlöchern muß der im speziellen Fall verwendete Zementschlicker eine gleichförmige Dichte haben. Außerdem muß der Bedienende unterrichtet sein, ob der eingepumpte Zementschlicker die erforderliche Dichte aufweist.

Beim Bohren von Ölbohrlöchern muß also der Bedienende jederzeit wissen, wie groß die Dichte der Bohrflüssigkeit ist. Bei der Bildung von Spalten will

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man wissen, wieviel Sand in der spaltenbildenden Basis und ist mit dem Kasten 29 starr verbunden.

Flüssigkeit mitgeführt wird. Eine mit der Leitung 12 verbundene, starre Leitung

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung 36 und eine mit der Leitung 12 α verbundene, starre

und den Zeichnungen erläutert. Leitung 38 gehen durch Öffnungen in der Basis 32

F i g. 1 ist die schematische Darstellung der ge- 5 hindurch und werden in ihr festgehalten.

samten Anlage; Der Stützteil 34 besitzt geeignete Öffnungen, durch

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Wiegeschleife welche die Enden der Schleife 16 hindurchgehen.

und ihre drehbare Aufhängung; Die Enden der Schleife 16 sind in diesen Öffnun-

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche gen starr befestigt. Der Balken 34 ist nicht an dem

die in der drehbaren Aufhängung von F i g. 2 ent- ίο Kasten 29 befestigt und kann sich zusammen mit

haltenen Teile deutlicher zeigt; der Schleife entsprechend dem wechselnden Ge-

F i g. 4 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte An- wicht der darin befindlichen Flüssigkeit in begrenz-

sicht, welche die Beziehung der Bestandteile zuein- tem Maß frei bewegen.

ander zeigt; Die Enden der Schleife 16 sind mit den Leitun-

F i g. 5 ist eine Einzelteilansicht der Bestandteile 15 gen 36 und 38 durch biegsame Anschlüsse 40 und

eines in der Erfindung verwendeten Wandlers. 40 a verbunden. Für die Anschlüsse 40 und 40 c ver-

Wie Böen in Fig. 1 sieht, enthält das System einen wendet man vorzugsweise elastische Stoffe, z.B. Trog 10, der die Flüssigkeit aufnimmt, deren Dichte Gummi- oder Kunststoffschläuche.
gemessen werden soll. Über eine Leitung 12 wird Die Schleife 16 und der Balken 34 müssen so in dem Trog 1Θ die Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe 20 dem Kasten 29 montiert sein, daß sie sich unter dem 14 entnommen und durch eine Wiegeschleife 16 ge- Einfluß einer in der Schleife 16 befindlichen Flüssigdrückt. Die Flüssigkeit kehrt durch die Rückleitung keit absenken können. Eine derartige Befestigung 12 a in den Trog 10 zurück. Die durch das Gewicht erreicht man durch senkrechte Blattfedern 42 und der Flüssigkeit hervorgerufene Neigung der Schleife 42 a und horizontale Blattfedern 44 und 44 a aus 16 wirkt über ein Verbindungsglied 20 auf einen 25 Stahl, die z. B. mit Schrauben 46 an dem Balken Wandler 18. Der Wandler 18 setzt zusammen mit 34 und an der Basis 32 befestigt sind,
einem Luftsystem 22 die Neigung der Schleife 16 in Um die Neigung der Schleife 16 auf dem Wandler Dichtewerte um, die auf einem gewöhnlichen Druck- 18 zu übertragen, ist das Verbindungsglied 20 mil messer oder Druckschreiber abgelesen werden einer Klammer 48 an der Schleife 16 befestigt. In können. Ein Meßgerät 24 für die zugeführte Luft ist 30 F i g. 2 ist ein Gegengewicht 50 an dem Balken 34 an dem Luftsystem 22 vorgesehen. Der Umwandler zu sehen. Das Gegengewicht 50 ist nicht unbedingt 18 wirkt pneumatisch nach dem Kompensations- für den Betrieb der Anordnung erforderlich, aber es prinzip. kann für die Nulleinstellung oder den Abgleich des

Wie man in Fig. 5 sieht, besteht der Wandler 18 Systems erwünscht sein.

aus einem Gehäuse 18 a, in dem mit Hilfe einer 35 Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß der Er-

Gelenkanordnung 52 ein Waagebalken 51 montiert findung wird an Hand des Verfahrens zur Bestim-

ist. Das Verbindungsglied 20 ist mit dem Waagebai- mung der Dichte eines Zementschlickes beschrieben.

ken 51 bei 53 verbunden. Eine normale Zementmischmaschine (nicht ge-

Um das System zu dämpfen, ist an dem Waage- zeigt) bereitet den Zementschlicker zur Beförderung

balken 51 eine DämpfuHgseinrichtung 54 befestigt. 40 in einer Bohrleitung, wenn z. B. ein Bohrloch

Ein einarmiger Hebel 58 ist an dem Gehäuse 18 a zementiert werden soll. Gemäß den besonderen, in

mit einem Gelenk 60 befestigt. Eine verschiebbare dem Bohrloch herrschenden Bedingungen entschei-

Schneide 56 zur Einstellung des Meßbereiches des det man sich für einen Schlicker mit einer bestimm-

Wandlers 18 sitzt auf dem Balken 51. Die Schneide ten Dichte, z. B. von 15 Pfund je Gallone (1,8 g/cm₃).

56 bleibt immer mit dem Hebel 58 in Berührung. 45 Der Schlicker geht von der Mischmaschine in die

Ein an dem Gehäuse 18 a befestigter Balg 62 ist mit Wanne 10. Von dort wird er von den Pumpen der

dem Hebel 58 verbunden. Zementiermaschine entnommen und ins Bohrloch

Das bewegliche Ende 64 des einarmigen Hebels eingeführt.

58 steht mit einer Prallplatte 66 in Verbindung, Die bisher übliche Art, die Dichte des Schlickers welche mit einem Gelenk 68 in dem Gehäuse 18 a 50 zu prüfen, besteht darin, daß der Wanne 10 eine montiert ist. Das Ende 70 der Prallplatte öffnet und Probe entnommen und gewogen wird. Danach wer- schließt eine Luftdüse 72, die durch Leitungen 74 den die Mischungsverhältnisse entsprechend geän- und 76 mit dem Luftsystem 22 verbunden ist. Eine dert, um die gewünschte Dichte zu erhalten.
Drossel 78, die einen kleineren Durchmesser als die Mit Hilfe des hier beschriebenen Gerätes zur Be Öffnung 72 aufweist, ist in der Leitung 76 vorge- 55 Stimmung der Dichte des Schlickers wird der sehen. Wanne 10 mit Hilfe der Pumpe 14 fortlaufend eine

Eine Leitung 80 läuft zur Leitung 74 parallel und Probe entnommen. Die Probeflüssigkeit wird durch verbindet den Balg 62 mit der Leitung 76. Eine die Leitung 12 in die Schleife 16 und wieder durch Verlängerung der Leitung 76 führt zu dem Schrei- die Leitung 12 a in die Wanne 10 gepumpt. Das Ge ber 26. 60 wicht des Schlickers drückt die Schleife 16 nach

Wie die Fig. 2 und 4 zeigen, sitzt die Schleife unten und betätigt das Verbindungsglied 20, welches

16 in einem Kasten 29, auf dem der Wandler 18, mit dem Umwandler 18 verbunden ist.

das Luftsystem 22 und der Schreiber 26 montiert Wenn sich die Schleife 16 nach unten neigt, sucht

sind. der Wandler 18 die Schleife 16 über das Verbin-

Ein besonderes Drehlager 30 hält die Schleife 16 65 dungsglied 20 wieder in die Nullage zurückzubrin-

in dem Kasten 29 fest. gen. Die für das Rückstellen der Schleife 16 in die

Das Drehlager 30 besteht aus zwei gleichartigen Nullstellung erforderliche Kraft wird in einen

Stützteilen 32 und 34. Der Stützteil 32 bildet die Dichtewert in Pfund je Gallone (g/cm³) übersetzt

und auf dem Schreiber 26 angezeigt. Gemäß F i g. 5 arbeitet der Wandler 18 in folgender Weise: Die durch das Gewicht des darin befindlichen Schlickers verursachte Neigung der Schleife wird durch das Verbindungsglied 20 in dem Punkt 53 auf den S Waagebalken 51 übertragen. Die Schneide 56 auf dem Waagebalken 51 berührt den einarmigen Hebel 58 und überträgt so die Neigung des Waagebalkens auf den Hebel 58. Eine Verschiebung des Hebels 58 in einer der beiden möglichen Richtungen bewirkt, daß das Ende 70 der Prallplatte 66 die Düse 72 verschließt. Von einer Luftquelle 22 wird dem System Druckluft zugeführt. Die Druckluft geht durch die Drossel 78 in die Leitungen 76, 74 und 80 hinein. Da das Prallplattenende 70 die Düse 72 verschließt, entsteht in der Leitung 76 ein gewisser Druck. Das Ende der Leitung 76, welches mit dem Schreiber 26 verbunden ist, ist durch einen gewöhnlichen druckempfindlichen Teil (nicht gezeigt) an dem Schreiber 26 verschlossen. Die in der Leitung 76 befindliche Luft wird außerdem durch die Leitung 80 dem Balg 62 zugeführt. Der in dem Balg 62 entstehende Druck veranlaßt den Hebel^58 sich entgegen der an dem Waagebalken 51 durch das Gewicht des Schlikkers in der Schleife 16 ausgeübten Kraft zu bewegen. Da der Druck in den Leitungen 74, 80 und 76 der gleiche ist, wirkt er auf den Schreiber 26 und wird von dem druckempfindlichen Teil (nicht gezeigt) als Dichtewert angezeigt. Man nennt eine solche Wirkungsweise das Kompensationsprinzip. Die Bewegung des Punktes 53 des Waagebalkens 51 wird dazu ausgenutzt, die Schleife 16 in der Nullstellung zu halten. Das erfordert ein Minimum an Drehung des Drehlagers 30 und verringert daher die Fehler infolge einer Hysteresis.

Die F i g. 2 und 3 zeigen die Wirkungsweise des Drehlagers 30: Der Schlicker läuft von der Leitung 12 in die starre Leitung 36, welche durch die starr an dem Kasten 29 befestigte Basis 32 hindurchgeht. Von da fließt der Schlicker in den biegsamen An-Schluß 40 und in die an dem Balken 34 befestigte Schleife 16. Von da kehrt die Flüssigkeit durch den biegsamen Anschluß 40 a, die starre Leitung 38 und die Rückleitung 12 a in die Wanne 10 zurück. Wenn eine vollständige Zirkulation hergestellt ist, ist die Schleife 16 vollständig gefüllt, und das Gewicht des darin befindlichen Schlickers drückt sie nach unten. Diese Neigung wird durch das Verbindungsglied 20 auf den Wandler 18 übertragen, der das Gewicht des Schlickers genau bestimmt. Die an dem Balken befestigte Schleife 16 wird von senkrechten und horizontalen Blattfedern 42, 42 a, 44 und 44 a aus Stahl gehalten. Die einzigen Verbindungen zwischen der Basis 32 und dem Balken 34 sind also diese Blattfedern. Auf diese Weise kann sich der Balken mit der darin befestigten Schleife 16 in begrenztem Umfang frei nach unten neigen. Die Anordnung der Federn und die biegsamen Anschlüsse 40 und a erlauben, daß sich die Schleife 16 unter dem Einfluß des Gewichtes eines darin befindlichen Schlickers nach unten biegt.

Das Gegengewicht 50 ist vorgesehen, um das Gerät vor Inbetriebnahme zu kalibrieren.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung an einem Gerät zur Bestimmung der Dichte eines fließfähigen Mediums mit einer schleifenförmigen Leitung, einem mit der Leitung starr verbundenen Waagebalken, einer durch Druckluft in ihrer Längsausdehnung veränderbaren, auf den Waagebalken eine Rückstellkraft ausübenden balgartigen Vorrichtung und einer mit dieser Vorrichtung in Wirkverbindung stehenden Prallplatte, die der Öffnung einer Druckluftdüse gegenübersteht, wodurch die Neigung des Waagebalkens indirekt abfühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der balgartigen Vorrichtung (62) und der Prallplatte (70) eine Hebelübersetzung eingeschaltet ist, und daß die Übersetzung zwischen dem Waagebalken (51) und dem mit der balgartigen Vorrichtung (62) fest verbundenen, einarmigen Hebel (58) durch eine auf dem Waagebalken (51) verschiebbare Schneide (56) veränderbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Abzweigung (74) zu der Druckluftdüse (72), in Strömungsrichtung gesehen, eine Drossel (78) in die Druckluftzuleitung (76) eingesetzt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Drossel (78) kleiner als der Querschnitt der Düse (72) ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 938 448, 492 360;
britische Patentschrift Nr. 776 926;
USA.-Patentschrift Nr. 2 432039.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 509/280 2.65 © Bundesdruckerei Berlin