DE1293930B - Bohrlochmessvorrichtung - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Bohrlochmeßvorrich- richtung sind eine Flüssigkeit und ein mit dieser tung mit einem Behälter, in dem wärmeempfindliche reagierendes Material in zwei Kammern getrennt Baugruppen untergebracht sind, mit einem Kühl- untergebracht, wobei die Trennung so gestaltet ist, körper, der in wärmeleitender Verbindung mit den daß die Flüssigkeit in das Material hineintropfen Baugruppen steht und mit einem evakuierten Raum, 5 kann, wenn die Bohrlochmeßvorrichtung senkrecht der den Kühlkörper im Betrieb vom Behälter steht, so daß ein endothermer Vorgang ausgelöst isoliert. wird, wenn sich beide Materialien umsetzen. Bei die-

Bei bekannten Bohrlochmeßgeräten ist der Szintil- ser Vorrichtung ist jedoch der Wärmeübergangslationskristall und der Fotovervielfacher in einer widerstand von innen nach außen gleich, unabhängig Thermosflasche untergebracht, die ein Material ent- io davon, ob die Vorrichtung steht oder liegt. Überdies hält, das die Temperatur der Meßvorrichtung kon- müssen die Materialien nach jedem Meßvorgang stant hält, wenn es schmilzt oder seinen Aggregat- erneuert werden, was voraussetzt, daß man den zustand ändert. Bei dieser bekannten Anordnung Behälter öffnen kann.

dauert es viele Tage oder gar Wochen, um das einen Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt

Kühlkörper bildende Material auf die Ausgangs- 15 die Wärmebrücke ein flüssiges Wärmeübertragungstemperatur zurückzukühlen, bevor das Gerät für medium. Dies kann dann bei den verschiedenen Lagen weitere Bohrlochmessungen verwendet werden kann. der Bohrlochmeßvorrichtung einmal die Wärme-Schmilzt z. B. das Kühlkörpermaterial bei 35° C und brücke schließen oder unterbrechen. Als Material ist die Übertagetemperatur 25° C, so besteht nur eignet sich hierfür insbesondere Quecksilber, eine Temperaturdifferenz von 10° C, um das Gerät 30 £>i_e Erfindung wird nunmehr an Hand von Ausabzukühlen. Hat jedoch das Bohrloch eine Tempe- führungsbeispielen beschrieben. Es zeigt ratur von 200⁰C, dann besteht ein Temperatur- F i g. 1 einen Schnitt durch ein Bohrlochmeßgerät,

gefälle von 175° C, mit dem Wärme in das Gefäß- F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

innere übertragen wird. Hieraus geht hervor, daß Fig. 3 einen Schnitt des Gerätes nach Fig. 1 in

wenn man eine stabile Temperatur innerhalb des 35 senkrechter Lage,

Meßgeräts für eine Dauer von 12 bis 15 Stunden F i g. 4 einen Teil eines Schnitts eines zweiten Ausin einer 200° C aufweisenden Bohrung aufrecht- führungsbeispiels.

erhalten will, das Meßgerät viele Tage benötigt, bis _{In den} ρ ig. 1 bis 3 ist ein Bohrlochmeßgerät dares wieder seine Ausgangstemperatur erreicht hat. Es gestellt, das einen Szintillationskristall 10 (Fig.3) ist auch bekannt, den Verschluß der Thermosflasche 30 umfaßt, der nahe dem Fenster einer Fotovervielzu entfernen, um die Abkühlzeit zu verringern. Man facherröhre 11 untergebracht ist, wobei der Kristall benötigt hier jedoch eine zusätzliche Vorrichtung, _{10 un}d der Fotovervielfacher 11 in einem ersten die es gestattet, den Verschluß zu entfernen. Außer- metallischen Gehäuse 12 eingebaut sind. Auf beiden dem kann ein solcher Verschluß lecken. Er ist _Sei_{ten des} Gehäuses 12 und bei enger Berührung insofern kritisch, als es auf ihn sehr ankommt, wie 35 der Endflächen, um einen guten Wärmeübergang zu lange das Meßgerät in Bohrungen verwendet werden erzielen, befinden sich zwei metallische Gehäuse 13 kann· und 14, in denen eine Kühlkörpermasse 15 einge-

Ein Nachteil bekannter Meßgeräte liegt darin, daß schlossen ist. Die Gehäuse 12, 13 und 14 sind mitdie Anfangstemperatur der Kühlkörpermasse, die bei einander verbunden, so daß sie eine vollständige etwa 32 bis 38° C liegende Übertagetemperatur hat, 40 Einheit bilden, welche durch Federn 16 innerhalb so daß die Temperatur, nur wenig erhöht werden der Wände 17 einer Thermosflasche 18 stoßsicher kann, ehe das Kühlkorpermaterial schmilzt. eingebaut ist. Die Außenwand 20 der Flasche 18 ist

Bei anderen bekannten Anordnungen läßt man innerhalb eines rohrförmigen Behälters 22 des Bohr-Wasser gefrieren, das den Szintillationszähler umgibt lochmeßgerätes durch Federn 24 elastisch gelagert, oder man verwendet ein Kühlmittel. Bei diesen Vor- 45 _wobei selbstverständlich der Raum zwischen der richtungen benötigt man jedoch Zuleitungen und eine Wand 17 und der Außenwand 20 der Thermos-Kühlanlage. flasche 18 evakuiert ist, um den Wärmeübergang in

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine den Innenraum 26 der Thermosflasche 18 von dem Bohrlochmeßvorrichtung zu schaffen, bei der der Behälter 22 und der Umgebung zu verhindern. Wärmewiderstand zwischen dem Kühlkörper und der 50 Um die öffnung der Thermosflasche 18 abzudich-Umgebung unsymmetrisch ist, je nachdem, ob sich ten, ist ein Glasstopfen 28 vorgesehen, welcher das die Vorrichtung gerade im Betrieb befindet oder ob obere Ende der Thermosflasche 18 abschließt und der Kühlkörper abgekühlt werden soll. _ei_nen evakuierten Innenraum 30 hat, um den Wärme-

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß übergang durch die Öffnung zu verhindern. Der eine unterbrechbare, stark leitende Wärmebrücke 55 Glasstopfen 28 ist mit einem Hüllrohr 32 versehen, zwischen dem Kühlkörper und dem Behälter ange- welches durch die Stopfenmitte hindurchführt, ebenordnet. Man erreicht damit, daß der Wärmewider- falls am besten aus Glas besteht und an der oberen stand bei Messungen groß ist und daß er klein ist, und unteren Stopfenwand 33 bzw. 34 des Glasstopwenn sich die Vorrichtung über Tage befindet. f_ens 28 dichtend hindurchgeführt ist, und ein Vorteilhaft ist, wenn die Wärmebrücke nicht unter- 60 Koaxialkabel 36 aufnehmen kann, dessen Mittelleiter brachen ist, wenn der eingangs erwähnte Behälter an einen Stecker 38 angeschlossen ist, der isoliert in waagerecht liegt. Man muß dann lediglich den Be- einem metallischen Deckel 40 des Behälters 22 einhalter in eine Aufbewahrungslage bringen, um den gebaut ist. Das Koaxialkabel 36 ist mit einer Ab-Abkuhlvorgang einzuleiten. schirmung 42 umflochten, welche mit einem in dem An sich ist es bekannt, den Wärmehaushalt in den 65 Deckel 42 befestigten Erdungsstecker 44 verbunden Behältern von Bohrlochmeßvorrichtungen dadurch ist. Das Koaxialkabel 36 führt durch das Hüllrohr zu beeinflussen, daß man die Vorrichtung waagerecht 32 und durch eine metallische Hülse 46 im oberen legt oder senkrecht stellt. Bei der bekannten Vor- Gehäuse 13 der Kühlkörpermasse 15 zum Fotover-

vielfacher 11, um einen Hochspannungsanschluß mit Wenn die Bohrlochmessung ausgeführt und das diesem Fotovervielfacher herzustellen. Gerät aus der Bohrung herausgebracht ist, wird das Es ist eine Anordnung vorhanden, um einen me- Gerät, wie in F i g. 1 gezeigt, auf seine Seite gelegt, tallischen Weg hoher Wärmeleitfähigkeit zwischen In dieser Lage bildet das Quecksilber einen Flüssigdem Behälter 22 und dem Innenraum 26 der Ther- 5 keitspfad hoher Wärmeleitfähigkeit zwischen den mosflasche 18 während der Zeitabschnitte herzu- Ringen 54 und 60. Demgemäß kann Wärme, welche stellen, in denen das Gehäuse 22 horizontal gelagert in der Kühlkörpermasse 15 gespeichert worden ist, ist, wie in F i g. 1 gezeigt. Hierzu ist ein wärmeleiten- schnell aus dem Meßgerät über einen Weg abgeleitet der Ring 50 über der oberen Stopfenwand 34 mit werden, der zusammengesetzt ist aus dem Kabel 66, einer Mehrzahl wärmeleitender Stifte 52 zusammen- io dem Ring 56, den Stiften 58, dem Ring 60, dem gebaut. Diese führen durch die Stopfenwand 33 hin- Quecksilber 62, dem Ring 54, den Stiften 52, dem durch. Ein zweiter wärmeleitender Ring 54 ist mit Ring 50 und dem Kabel 64 und dem Deckel 40. Der den unteren Enden der Stifte 52 innerhalb des eva- Behälter 22 ist somit thermisch mit dem Inneren der kuierten Raumes 30 verbunden. Gleicherweise be- Thermosflasche 18 verbunden, so daß er als ein findet sich ein dritter wärmeleitender Ring 56 unter 15 wirksamer Kühler arbeiten und schnell die Wärme der unteren Stopfenwand 34 des Glasstopfens 28, der abführen kann. Infolgedessen kann das Meßgerät mit einer Mehrzahl leitender Stifte 58, die in der schnell auf seine anfängliche Arbeitstemperatur zuunteren Stopfenwand eingebaut sind, verbunden ist. rückgebracht werden. Das Quecksilber 62 dient nicht Ein vierter wärmeleitender Ring 60 ist an den oberen für eine elektrische Verbindung zwischen den Ringen Enden der Stifte 58 innerhalb des evakuierten Rau- ao 54 und 60, sondern lediglich als Wärmebrücke,
mes 30 befestigt. Eine wärmeleitende Flüssigkeit, Es können auch andere Materialien, die durch wie etwa Quecksilber 62 ist im evakuierten Raum 30 die Schwerkraft beeinflußt werden können und eine in genügender Menge untergebracht, um die Ringe einigermaßen gute Wärmeleitfähigkeit besitzen, in 54 und 60 innerhalb des evakuierten Raumes zu dem Raum 30 verwendet werden. Zum Beispiel kann verbinden, wenn der Behälter 22, wie in F i g. 1 ge- as anstatt des Quecksilbers 62 ein hochwertiges Vakuzeigt, horizontal gelagert wird. Der Deckel 40 des umpumpöl verwendet werden. Es sollte indessen Behälters 22 ist mit dem oberen Ring 50 durch ein bedacht werden, daß die Flüssigkeit im Raum 30 starkes Kabel 64 verbunden, welches einer gefloch- einen niedrigen Dampfdruck haben sollte, so daß tenen Erdungslitze entsprechen kann, wie sie für sie bei Arbeitstemperaturen des Meßgerätes nicht Batterien verwendet wird. Ein ähnlich starkes Kabel 30 verdampft und das Vakuum im Raum 30 zerstört.
66 verbindet den Ring 56 mit dem oberen Ende des Das Koaxialkabel 36 stellt eine dauernde Wärme-Gehäuses 13 des Kühlkörpers 15. brücke zwischen dem Deckel 40 und dem Innenraum Betrachtet man nun das Arbeiten des oben be- 26 dar. Der Mittelleiter 36 a des Koaxialkabels 36 schriebenen Bohrlochmeßgerätes, wenn es gemäß kann jedoch einen sehr kleinen Durchmesser, in der F i g. 3 senkrecht gelagert ist, dann verbindet das 35 Größenordnung der Drahtlehre Nr. 30 haben, so daß Quecksilber 62 die Ringe 54 und 60 nicht, und somit die Wärmeleitung dieses Leiters sehr gering ist. verbindet das Vakuum im Raum 30 den Wärmefluß Ebenso kann die Abschirmung 42 aus rostfreiem in den Innenraum 26 während der Meßarbeit. Die Stahl sein, der eine niedrige Wärmeleitfähigkeit be-Kühlkörpermasse 15, welche möglichst eine hohe sitzt. Der Außendurchmesser des Koaxialkabels 36 spezifische Wärme und einen Schmelzpunkt oberhalb 40 soll vorzugsweise von solcher Größe sein, daß das normaler Raumtemperatur aber unterhalb von etwa Kabel dichtend in das Hüllrohr 32 paßt, so daß 65° C hat, so daß der Fotovervielfacher 11 hin- Wärme nicht durch die Luft in das Innere der FIareichend geschützt ist, befindet sich auf Erdober- sehe 18 übertragen werden kann. Falls erwünscht, flächentemperatur, wenn die Messung beginnt. Wenn können irgendwelche Luftzwischenräume oder Spaldas Gerät in eine Bohrung hoher Temperatur ein- 45 ten zwischen der Abschirmung 42, dem Hüllrohr 32 gebracht wird, werden der Behälter 22 und der mit pulverisiertem Asbest oder einem ähnlichen Deckel 40 auf die hohe Temperatur der Umgebung Isoliermaterial ausgefüllt werden, um so auf diesem erhitzt. Jedoch wird Übergang von Wärme in den Wege die direkte Wärmeübertragung zu verhindern. Innenraum 26 durch den evakuierten Raum zwischen Die Federn 24 und 16 dienen als Stoßsicherung und den Wänden 17 bis 20 den evakuierten Raum30 50 Wärmeisolierung. Anstatt der Federn können z.B. innerhalb des Glasstopfens 28 im wesentlichen ver- Zwischenlagen aus Silikonschaum verwendet werden hindert. Die Gehäuse 12, 13 und 14 haben die Auf- oder anderes Material, das den hohen Temperaturen gäbe Wärme zu leiten, die entweder vom Fotover- widerstehen kann, denen das Meßgerät ausgesetzt ist. vielfacher 11 und seiner dazugehörigen Schaltung In F i g. 4 ist eine Anordnung zum Kühlen des im Gehäuse 12 entwickelt wird, oder durch das 55 Meßgerätes vor der Messung vorgesehen, so daß die Äußere der Thermosflasche 18 der Kühlkörpermasse Meßzeit in Bohrungen mit hohen Temperaturen 15 zugeführt wird, damit dieses Material auf seinen wesentlich verlängert wird. Außerdem wird diese Schmelzpunkt aufgeheizt wird, bei dem die Meß- Kühlung erreicht, ohne den Anschluß von Außengerätetemperatur stabil bleibt, bis alle Kühlkörper- rohren oder Kühlmitteln zum Gerät zu erfordern, masse 15 geschmolzen ist. Die Kühlkörpermasse 15 60 Hierzu ist eine thermoelektrische Kühleinrichtung 70 gestattet, daß, wenn das Meßgerät in eine Umge- auf der oberen Stopfenwand 33 des Glasstopfens 28 bungstemperatur von 200° C abgelassen wird, die aufgebaut. Die Kühleinrichtung 70 besteht aus einem Meßarbeit etwa 15 Stunden dauern kann, ehe die Paar metallischer Scheiben 72 und 74, beide in Ringgesamte Kühlkörpermasse 15 geschmolzen ist, so daß form, zwischen denen sich ein ringförmiger Körper die Arbeitstemperatur für den Kristall 10 und den 65 des Materials 76 befindet. Das Material 76 kann aus Fotovervielfacher 11 während dieser ganzen Dauer einer Verbindung bestehen wie Wismut-Tellur, Antiauf dem Schmelzpunkt der Kühlkörpermasse 15 mon-Tellur, Wismut-Selen; Materialien, die auf bleibt. einem pseudo-binären System aufgebaut sind, oder

irgendein anderes Material oder Gemisch, bei dem der Peltiereffekt auftritt, bei dem ein Stromfluß zwischen den Scheiben 72, 70 eine Kühlwirkung hervorruft, wobei Wärme von der Scheibe 72 auf die Scheibe 74 übertragen wird, so daß die Scheibe 72 gekühlt wird und die Temperatur der Scheibe 74 zunimmt.

Die Scheibe 72 ist über einen elektrischen Leiter 78 mit einem Stecker 80 verbunden, der elektrisch isoliert im Deckel 40 eingebaut ist. Die Scheibe 74 ist elektrisch mit dem Deckel 40 durch das Kabel 64 verbunden, der auch als Wärmebrücke während der Kühlperiode wirkt.

Die Scheibe 72 ist mit den Stiften 52 verbunden, welche durch die Stopfenwand 33 hindurchgehen und mit dem Ring 54 verbunden sind.

Im Betrieb des Meßgeräts nach F i g. 4 wird über Tage die Temperatur der Kühlkörpermasse 15 und die nächste Umgebung des Fotovervielfachers 11 und des Kristalls 10 mindestens ebenso hoch sein, wie die ao Erdoberflächentemperatur. Fernerhin wird diese Temperatur viel höher als die Erdoberflächentemperatur sein, wenn eine Bohrlochmessung gerade beendigt und das Meßgerät gerade aus der Bohrung herausgebracht worden ist. Dann wird der Behälter 22 horizontal gelagert, und zwischen den Stecker 80 und den Behälter 22 wird eine Spannung gelegt, damit ein Strom in der thermoelektrischen Kühlvorrichtung in der richtigen Richtung fließt, um die Scheibe 72 zu kühlen. Wenn das Meßgerät horizontal liegt, wird in der beschriebenen Weise durch das Quecksilber 62 über den Ring 54 und durch die Stifte 52 zur Scheibe 72 der thermoelektrischen Kühlvorrichtung 70 eine Wärmebrücke hergestellt. Die Kühlvorrichtung 70 entzieht damit dem Inneren des Meßgeräts schnell Wärme, die über die Scheibe 70 und das Kabel 64 an den Deckel 40 und das Gehäuse des Meßgerätes schnell abgeleitet wird. Die Kühlvorrichtung 70 kann auch die Temperatur der Kühlkörpermassels und der umgebenden metallisehen Bauteile wesentlich unter die Erdoberflächentemperatur herabzusetzen. Vorzugsweise wird die Temperatur der Kühlkörpermasse 15 durch die Kühlvorrichtung 70 in die Nahe von 0° C heruntergekühlt. Wenn diese tiefere Temperatur erreicht ist, wird der durch das Thermoelement 70 geschickte Strom abgeschaltet, und das Meßgerät kann nun zur nächsten Messung verwendet werden. Da die Temperatur der KühlkörpermasselS wesentlich unter die Erdoberflächentemperatur herabgesetzt ist, wird die Zeit daher beträchtlich verlängert, während der das Meßgerät in einer Bohrung verwendet werden kann, bevor die Kühlkörpermasse ihren Schmelzpunkt erreicht. Mit dem Meßgerät kann man in Bohrungen mit hohen Temperaturen mehr als 15 bis 20 Stunden messen, so daß außergewöhnlich tiefe Bohrungen mit hoher Temperatur gemessen werden können. Der Stecker 80 ist dabei mit einem der Meßkabelleiter verbunden, so daß es nicht nötig ist, irgendeine neue Verbindung mit dem Meßgerät herzustellen, wenn es an der Erdoberfläche liegt. Wenn das Meßgerät senkrecht hängt, ist die thermoelektrische Kühlvorrichtung 70 thermisch automatisch vom Inneren des Meßgerätes getrennt.

Da die thermoelektrische Kühlvorrichtung 70 einen außerordentlich kleinen Widerstand besitzt, hat die Spannungsquelle gewöhnlich ein sehr kleines Potential, in der Größenordnung von 0,1 Volt und eine Stromaufnahme in der Größenordnung von 10 bis 20 Ampere. Dies heißt, daß der Leiter 78, welcher der Scheibe 72 den Strom zuführt und das Kabel 64, welches den Strom abführt, dick sein müssen. Aus diesem Grunde ist die thermoelektrische Kühlvorrichtung 70 besser an der oberen Stopfenwand 33 untergebracht, als an der unteren Stopfenwand 34, so daß die dicken Leitungen während der Messung keine Wärme durch den evakuierten Raum 30 übertragen. Das bedeutet, daß die Kühlvorrichtung 70 während der Messung den herrschenden hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Die Kühlvorrichtung 70 muß während dieser Messung nicht kühlen. Wenn es gewünscht wird, kann die Kühlvorrichtung 70 auch an der unteren Stopfenfläche 34 angebracht werden, wo es dann die Stelle des Ringes 56 einnehmen und dazu dienen würde, das Meßgerät zu kühlen, wenn es sich an der Erdoberfläche befindet. Bei einer derartigen Anordnung kann der zur Zuführung des Stromes zu den Scheiben des Kühlelements verwendete Leiter bequem durch das Hüllrohr 32 geführt werden. Wenn das thermoelektrische Kühlelement an der unteren Stopfenwand 34 angebracht wird, ist es natürlich nicht den hohen Bohrlochtemperaturen ausgesetzt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Bohrlochmeßvorrichtung mit einem Behälter, in dem wärmeempfindliche Baugruppen untergebracht sind, mit einem Kühlkörper, der in wärmeleitender Verbindung mit den Baugruppen steht und mit einem evakuierten Raum, der den Kühlkörper im Betrieb vom Behälter isoliert, dadurch gekennzeichnet, daß eine unterbrechbare stark leitende Wärmebrücke (66, 56, 58, 60, 62, 54, 52, 50, 64) zwischen dem Kühlkörper (15) und dem Behälter (22) angeordnet ist.

2. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebrücke nicht unterbrochen ist, wenn der Behälter waagerecht liegt.

3. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebrücke ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium (62) umfaßt.

4. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium Quecksilber ist.

5. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der evakuierte Raum (26) durch eine Thermosflasche (18) und einen hohlen, die Flasche abschließenden Stopfen (28) umschlossen wird und daß sich das Wänneübertragungsmedium in dem Stopfen befindet.

6. Bohrlochmeßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Behälter eine thermoelektrische Kühleinrichtung (70) befindet, die in der Wärmebrücke liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen