DE1264810B - Roehrfoermige, in ein Bohrloch absenkbare Druckmesssonde - Google Patents

Roehrfoermige, in ein Bohrloch absenkbare Druckmesssonde

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DE1264810B
DE1264810B DE1965P0038411 DEP0038411A DE1264810B DE 1264810 B DE1264810 B DE 1264810B DE 1965P0038411 DE1965P0038411 DE 1965P0038411 DE P0038411 A DEP0038411 A DE P0038411A DE 1264810 B DE1264810 B DE 1264810B
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pressure measuring
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Johann Schneider
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    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/04Measuring depth or liquid level
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/14Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
    • G01F23/18Indicating, recording or alarm devices actuated electrically

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Description

  • Röhrförmige, in ein Bohrloch absenkbare Druckmeßsonde Die Erfindung betrifft eine in ein Bohrloch absenkbare Druckmeßsonde zur Fernmessung der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Bohrloch mit einem in einer abgeschlossenen Meßkammer angeordneten, von einem Druckmesser gesteuerten elektrischen Meßglied, einer der Bohrlochflüssigkeit ausgesetzten Vorkammer und einer Zwischenkammer, die mit einer den hydrostatischen Druck der Bohrlochflüssigkeit auf den Druckmesser übertragenden Flüssigkeit gefüllt und durch eine Membran gegen die Vorkammer abgedichtet ist.
  • Bei den bekannten Druckmeßsonden dieser Art können bei großen Tiefen, beispielsweise bei Erdölbohrungen von etwa 1000 m Tiefe und mehr in der Meßsonde entsprechend hohe Drücke auftreten. Die Meßsonde soll vielfach Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels im Bohrloch auf wenige Meter genau erfassen, um beispielsweise durch Zu- und Abschalten der Förderpumpe den Flüssigkeitsspiegel auf einer bestimmten Höhe zu halten. Außerdem wächst in Bohrlöchern die Temperatur mit der Tiefe erheblich an, so daß zum Schutz des abdichtenden Faltenbalges und der Einhaltung einer genügenden Meßgenauigkeit eine Kompensation des infolge Temperaturerhöhung auftretenden Überdruckes im abgeschlossenen Meßsystem erforderlich ist.
  • Dieser Forderung konnte mit den bisher bekannten Druckmeßsonden nicht oder nur unvollständig genügt werden, so daß bei größeren Bohrlochtiefen keine genügend genauen Meßergebnisse möglich waren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei großen Bohrlochtiefen hohe Meßgenauigkeiten sowie einen Ausgleich der infolge der Temperaturerhöhung auftretenden Überdrücke im abgeschlossenen Meßsystem zu erreichen. Dies wird erreicht, indem bei einer Druckmeßsonde der eingangs erwähnten Art die Meßkammer gegen die unter ihr angeordnete Zwischenkammer durch einen mit der Tragplatte des elektrischen Meßgliedes verbundenen Faltenbalg flüssigkeitsdicht abgeschlossen wird, dessen unteres Abschlußstück durch eine Druckfeder gegen die Tragplatte abgestützt und mit einem Überdruckventil gekuppelt ist, das oberhalb der die Vorkammer abschließenden Membran angeordnet ist.
  • Die durch die Erfindung gelehrte federnde Abstützung des das Druckmeßelement bildenden Faltenbalges in Verbindung mit der Kupplung seines unteren Abschlußstückes mit einem über der Membran angeordneten Überdruckventil hat den Vorteil, daß der Faltenbalg nach Erreichen des maximalen Meßbereichs vor weiteren Druckbelastungen geschützt wird, so daß auch verhältnismäßig kleine Meßbereiche in sehr großen Tiefen, z. B. bei Erdölbohrungen, genau gemessen werden, wobei die durch die Temperaturerhöhungen zusätzlich auftretenden Überdrücke im Meßsystem durch das Ansprechen des federnd aufgehängten Überdruckventils an der Einwirkung auf den Faltenbalg gehindert werden.
  • Der vorzugsweise aus Metall bestehende Faltenbalg ist nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung so ausgelegt, daß seine Federkraft wesentlich kleiner ist als die Kraft der ihn abstützenden Druckfeder. Hierdurch wird sichergestellt, daß eine im Laufe der Jahre auftretende Änderung der Federkonstanten des Faltenbalges nur einen innerhalb der zulässigen Genauigkeitsgrenze des Meßgliedes liegenden Fehler hervorrufen kann.
  • Bei kleineren Meßbereichen wird die Druckfeder zweckmäßig innerhalb des Faftenbelages angeordnet, wodurch sich eine besonders gedrängte Bauweise ergibt. Bei größeren Meßbereichen muß der Querschnitt des Faltenbalges wegen der hierbei auftretenden höheren Drücke kleiner gehalten werden. Aus diesem Grund empfiehlt es sich hierbei, den Faltenbalg innerhalb der Feder anzuordnen.
  • Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, in der zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes im Längs schnitt veranschaulicht sind. Es zeigt Fig. 1 den Längsschnitt einer Ausführungsform der Druckmeßsonde, F i g. 2 den teilweisen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform.
  • In der Ausführungsform der F i g. 1 hat die Druckmeßsonde ein rohrförmiges Gehäuse 1, in dessen oberen Teil die Meßkammer 2 mit einem elektrischen Meßwiderstand 3 vorgesehen sind. Der Meßwiderstand 3 hat z. B. Zylinderform und sitzt auf einem in der Mittelachse angeordneten Bolzen 4, der mit einem gleichachsig angeordneten Stift 6 verbunden ist. Der Stift 6 ist in der Tragplatte S gelagert. Das untere Ende des Stiftes 6 ist mit dem Abschlußstück 7 eines Metall-Faltenbalges verschraubt, dessen oberes Ende flüssigkeitsfest mit einer an der Tragplatte 5 durch Schrauben 9 befestigten, dicht von dem Außengehäuse 1 umschlossenen Hülse 10 verbunden ist. Das Abschlußstück 7 des Faltenbalges 8 ist durch eine um den Stift 6 gelegte und von dem Faltenbalg 8 umschlossene schraubenförmige Druckfeder 11 gegen die Tragplatte 5 abgestützt und ruht auf einer Bodenplatte 12, an deren Unterseite eine Zylinderkammer 13 vorgesehen ist. In ein Gewindebohrloch 14 an der Unterseite des Abschlußstückes 7 ist ein Bolzen 15 verschraubt, in den der von einer Zugfeder 16 umschlossene Ventilstößel 17 eines Ventiltellers 18 verschiebbar gelagert ist, der als Überdruckventil dient und an seiner Oberseite einen als Ventilsitz dienenden elastischen Ring 19 trägt.
  • Unter dem Ventilteller 18 befindet sich eine elastische Membran 20, deren verstärkter Rand 21 flüssigkeitsfest in eine Eindrehung einer Buchse 22 eingelassen ist. Letztere ist durch zwei O-Ringe 23 und zwei Ringe 24 von rechteckigem Querschnitt gegen die Innenwandung des Außengehäuses 1 abgedichtet, wobei die Dichtungsringe 23, 24 gleichzeitig auch die untere Abstützung der Hülse 10 bilden. Das untere Ende des Gehäuses 1 ist mit einem Fußstück 25 verschraubt, das eine durch mehrere radiale Bohrungen 26 und eine axiale Bohrung 27 mit der Bohrlochflüssigkeit in offener Verbindung stehende Vorkammer 28 enthält.
  • Auf der Tragplatte 5 ist eine Isolierstütze 29 für einen Schleifkontakt 30 angeordnet, der den Widerstand 3 bestreicht. Es ist auch möglich, die Anordnung von Schleifkontakt30 und Widerstand 3 umzukehren. Der Schleifkontakt 30 sowie die beiden Enden des Widerstandes 3 sind über die drei Drähte 31 an die Klemmen 32 eines Klemmbrettes 33 angeschlossen, das auf einer über dem Meßwiderstand 3 in axialer Richtung angeordneten Stange 34 ruht. An die Klemmen 32 sind drei ineinandergeschraubte Spiralfedern 35 angeschlossen, die mit dem Zuführungskabel 36 verbunden sind. Dieses ist durch eine mit dem oberen Ende des Gehäuses 1 verschraubte mehrteilige Stopfbuchse 37 gegen die Bohrlochflüssigkeit abgedichtet.
  • Zwischen der im oberen Teil des Gehäuses 1 befindlichen Meßkammer 2 und der im Fußstück 25 befindlichen Vorkammer 28 ist eine untere, durch die Membran 20 abgeschlossene Zwischenkammer 38 angeordnet, die mit einer Hilfsflüssigkeit, wie Glycerin u. dgl., gefüllt ist. Diese überträgt den auf die Membran 20 wirkenden hydrostatischen Druck der Bohrlochflüssigkeit auf den als Druckmeßelement dienenden Faltenbalg 8.
  • Die von dem Faltenbalg8 umschlossene Druckfeder 11 wird auf den jeweiligen Meßbereich, z. B.
  • 0 bis 20 m oder 0 bis 100 m, ausgelegt. Wird dieser Meßbereich überschritten, so schließt der mit dem Abschlußstück 7 in Verbindung stehende Ventiltellerl8 die Kammer38 dicht ab. Hierdurch wird der jeweilige Meßbereich unabhängig von der Eintauchtiefe der Meßsonde, so daß auch in großen Tiefen nach Absinken des Flüssigkeitsspiegels genaue Messungen durchgeführt werden können.
  • Die unerläßliche Temperaturkompensation der Flüssigkeit in der Kammer 38 wird durch die Feder 16 erreicht. Wenn sich die in der Zwischenkammer 38 befindliche Hilfsflüssigkeit infolge steigender Erwärmung beim Absenken des Gebers in größere Tiefen ausdehnt, so drückt diese Hilfsflüssigkeit bei geschlossenem Ventil 19 das Abschlußstück 7 und über die Stange 6 auch den Meßwiderstand 3 mit dem Klemmbrett 33 so weit nach oben, daß die Hilfsflüssigkeit in der Zwischenkammer 38 keinen zu großen Überdruck erhält. Hierbei wird die Feder 16 gedehnt. Der Schleiferkontakt30 hat auf dem Bolzen 4 hierfür genügend Auslauf.
  • Sinkt der Flüssigkeitsspiegel nach dem Einbau der Druckmeßsonde bis zu dem gewählten Meßbereich ab, dann öffnet sich das Überdruckventil 18. Die durch den Temperaturanstieg der Flüssigkeit in der Kammer 38 hervorgerufene Verschiebung des Meßsystems geht zurück, da über die Membran 21 dann der Ausgleich mit dem umgebenden Druck erfolgt, und die Druckmeßsonde beginnt zu messen.
  • Bei größeren Meßbereichen eignet sich besonders die Ausführungsform der F i g. 2, bei welcher der als Druckmeßelement dienende Faltenbalg 8' einen kleineren Durchmesser als der Faltenbalg 8 der F i g. 1 erhält und von der Druckfeder 11' umschlossen ist, die in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel das untere Abschlußstück 7' des Faltenbalges 8' elastisch abstützt.
  • Die Wirkungsweise dieser Ausführung entspricht im übrigen derjenigen der F i g. 1.
  • In beiden Ausführungsformen wird durch die von dem hydrostatischen Druck der Bohrlochflüssigkeit hervorgerufene Formänderung des Faltenbalges 8 bzw. 8' der Schleifkontakt 30 über den Meßwiderstand 3 verschoben. Die sich ergebenden elektrischen Werte werden über die Drähte 31 und die Feder 35 auf das Zuführungskabel 36 übertragen, und Überdrücke sind im Anzeigegerät sichtbar gemacht.
  • Statt der dargestellten Ausführungsform kann das Ventil auch als Kegelventil oder in sonstiger Weise ausgebildet werden. Wesentlich ist dabei, daß bei geschlossenem Ventil der Faltenbalg noch weiter zusammengedrückt werden kann.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Rohrförmige, in ein Bohrloch absenkbare Druckmeßsonde zur Fernmessung des Flüssigkeitsstandes im Bohrloch mit in einer abgeschlossenen Meßkammer angeordnetem, von einem Druckmesser gesteuerten elektrischen Meßglied, einer der Bohrlochflüssigkeit ausgesetzten Vorkammer und einer Zwischenkammer, die mit einer den hydrostatischen Druck der Bohrlochflüssigkeit auf das Druckmeßelement übertragenden Hilfsfiüssigkeit gefüllt und durch eine Membran gegen die Vorkammer abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (2) gegen die unter ihr angeordnete Zwischenkammer (38) durch einen mit der Tragplatte (5) des elektrischen Meßgliedes (3, 30) verbundenen Faltenbalg (8, 8» flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist, dessen unteres Abschlußstück (7, 7') gegen die Tragplatte (5) durch ein Federelement (11, 11') abgestützt und mit einem tDberdruckventil (18) gekuppelt ist, das oberhalb der die Vorkammer (28) abschließenden Membran (20) angeordnet ist.
  2. 2. Druckmeßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Druckmeßelement bildende Faltenbalg (8, 8') so ausgebildet ist, daß seine Federkraft wesentlich kleiner ist als die Kraft der ihn abstützenden Druckfeder (11, 11').
  3. 3. Druckmeßsonde nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (11) innerhalb des Faltenbalges (8) angeordnet und einen an dem Abschlußstück (7) be- festigten Stift (6) umschließt, dessen in die Meßkammer (2) ragendes Ende den elektrischen Meßwiderstand (3) bzw. Schleifer (30) trägt.
  4. 4. Druckmeßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (11') den Faltenbalg (8') umschließt.
DE1965P0038411 1965-12-22 1965-12-22 Roehrfoermige, in ein Bohrloch absenkbare Druckmesssonde Withdrawn DE1264810B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2531784A1 (de) * 1974-10-10 1976-04-29 Oemv Ag Messanordnung und regelverfahren fuer diese

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2531784A1 (de) * 1974-10-10 1976-04-29 Oemv Ag Messanordnung und regelverfahren fuer diese

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