DE2257880A1 - Vorrichtung zur bestimmung ausgewaehlter eigenschaften, insbesondere der viskositaet, von bohrschlamm bzw. bohrfluessigkeit waehrend der bohrarbeiten - Google Patents
Vorrichtung zur bestimmung ausgewaehlter eigenschaften, insbesondere der viskositaet, von bohrschlamm bzw. bohrfluessigkeit waehrend der bohrarbeitenInfo
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Description
Patentassessor Hamburg, den Η". Nov. 1972
Dr. G. Schupfner T 72086
DEUTSCHE TEXACO AG 770/HH 2257880
2000 Hamburg 76 ' .
Sechslingspforte 2
TEXACO DEVEIiOPMENT CORPORATION 135 East 42nd Street
New York, N.Y. 10017 U. S. A.
Vorrichtung zur ,Bestimmung ausgewählter
Eigenschaften, insbesondere der Viskosität, von Bohrsohlamm bzw. Bohrflüssigkeit
während der Bohrarbeiten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen und
kontinuierlichen Messung der scheinbaren Viskosität, der plastischen
Viskosität und der Fließgrenze eines Bohrschlammes
während Bohrarbeiten, wobei kontinuierlich Aufzeichnungen der gemessenen Werte erstellt werden. Weiterhin wird kontinuier*-
/> lieh das Verhältnis der plastischen Viskosität zu den Fließ- *
punkt-Werten ermittelt und aufgezeichnet. Zwei Viskqsitäts-Bestimmungseinriehtungen
werden synchron zueinander betrieben, so daß die ermittelten Werte verwendet und kombiniert werden
können, um die vorgenannten Parameter zu erhalten. Jede der Bestimmungseinrichtungen ist als Rotationsviskosimeter mit
einem Probenzylinder mit Bodeneinlaß ausgebildet, wobei der
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Probenzylinder oben offen ist, für den Fall, daß ein Überfließen
auftritt. Die Geschwindigkeit der Drehzylinder in den entsprechenden Probenzylindern, die dergestalt relativ
zueinander synchron laufen, daß bei 300 Umdrehungen/min, des einen Rotationsviskosimeters das andere bei 600 Umdrehungen/
min# arbeitet und die Ergebnisse der Viskosimeter können elektronisch
verknüpft werden, um auf diese Weise sowohl die scheinbare Viskosität, die plastische Viskosität und die
Fließgrenze als auch das Verhältnis der plastischen Viskosität zur Pließgrenze zu erhalten
Die Erfindung betrifft insbesondere die kontinuierliche Aufzeichnung
ausgewählter Eigenschaften des Bohrschlammea während
der Bohrarbeiten.
Einer der signifikantesten Paktoren zur Steuerung von Brdöl-
und Erdgasbohrungen, ist die Eigentümlichkeit des Bohrschlammes.
Von den genannten Verwendungsmöglichkeiten des Bohrschlammes werden die folgenden benötigt:
Die Verwendung als Schmiermittel für die Meißelschneide; um das Bohrklein zur Oberfläche zu befördern} um ©inen Schlammkuchen
an permeablen Bohrungsabschnitten zu erzeugen; und um einen ausreichenden Druok zu erzeugen, damit einem Ausbruch
vorgebeugt wird· Der Bohrschlamm ist eine Mischung einer Flüssigkeit, normalerweise Wasser, und solcher Additive, wie sie
zur sachgemäßen Steuerung der Bohrung erwünscht sind. Die Additive
beinhalten Peststoffteilchen, die in der Flüssigkeit
auf ge schlämmt sind. _j_
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Das Fließverhalten von Bohrschlamm wird durch die Gesetze für
plastische Massen bestimmt. Signifikante Eigenschaften bzw.
Verhaltensweisen von Bohrschlamm sind die scheinbare Viskosität, die plastische Viskosität und die Fließgrenze. Zur Zeit
werden die vorgenannten Eigenschaften von Zeit zu Zeit während der Bohrarbeiten von einer Bedienungsperson bestimmt, indem
diese eine Probe des Bohrschlammes abzieht und sie in einem Viskosimeter oder mit einem Marsch-Trichter untersucht. Ein
für diesen Zweck typischer Viskosimeter ist das sogenannte Fann-Viskosimeter.
Ein Fann-Viskosimeter weist einen Probenzylinder für die Bohrschlammprobe,
einen Rotationskörper, der innerhalb des Proben-
Zylinders angeordnet ist und einen Meßkörper auf, der innerhalb
des Rotationskörpers angeordnet ist. Durch relative Dimensionierung der Bestimmungseinrichtungen und Standardisierung
der Umdrehungszahlen können relative Werte der scheinbaren Viskosität, der plastischen Viskosität und der Fließgrenze
des Bohrschlammes durch Eichung einer Anzeige, die am Meßkörper angeordnet ist, bestimmt werden. Zur Bestimmung der
Eigenschaften der Bohrschlammprobe, werden 10-25 Minuten benötigt, während die Bohrarbeiten weitergehen. Ein Teil dieser
Zeit verstreicht, da einzelne Tests bei unterschiedlichen Umdrehungszahlen erforderlich sind und für die Untersuchungsarbeiten, die zur Bestimmung der thixotropen Eigenschaften
darauf folgen, da die abzuscherende Flüssigkeit eine ausreichende Testzeit benötigt, in der die thixotropen Kräfte
ein Kräftegleichgewicht erreichen.
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Die vorgenannten Messungen und Meßtechniken sind im Kapitel 2 und 6 des Buches "Composition and Properties of Oil Well
Drilling Fluids" von Walter P. Rogers (verlegt bei Gulf Publishing
Co, 1963) erläutert. Wie aus dem Text der vorgenannten Veröffentlichung hervorgeht, werden die Viskositätsmessungen
für die Bohrschlammprobe bei Drehzahl von 300 min" und 600 min" des Pann-Viskosimeters erhalten, Die plastische
Viskosität u , gemessen in Centipoise, ist gleich der Diffe-
-1 -1
renz der Messung bei 600 min und 300 min , so daß sich folgende Gleichung ergibt
/<P =V600 - V300 <1>
Die Fließgrenze Y ist gleich der Messung bei 300 min" abzüglich
der plastischen Viskosität, so daß sich folgende Gleichung ergibt
= T300 - / ρ (2)
Die scheinbare Viskosität U ergibt sich schließlich aus der
Hälfte der Messung bei 600 min" so daß sich folgende Glei-
• *-
chung ergibt
JU . - 2 <W ("
Während wie vorbeschrieben, der Vorschlag gemacht wurde, die Scherspannung einer Brech-Flüssigkeit durch gleichzeitiges
Messen der Spannung bei zwei unterschiedlichen Viskosimeter-Drehzahlen zu bestimmen, besteht keine Möglichkeit, rheologische
Parameter des Bohrschlammes unmittelbar und kontinierlich während der Bohrarbeiten abzuleiten.
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Bei den Bohrarbeiten ist die Tiefe, in der der Meißel bzw. Bohrkopf sich gerade befindet bekannt, und die Zeitdauer,
in der die Bohrflüssigkeit den Bohrgrund erreicht und danach wieder übertage abgezogen wird, i.st kalkulierbar. Die
Bohrflüssigkeit nimmt auf dem Rückweg nach übertage Feststoffteilchen
der Formation mit. Ebenso können Gase oder Kohlenwasserstoffe im Rückstrom des Bohrschlammes bzw.,der
Spülflüssigkeit vorhanden sein, die das Gewicht des Bohrschlamms beeinflussen. Durch kontinuierliches Überwachen
des Bohrschlämmes, können die verschiedensten Eigenschaften
laufend abgeleitet und sowohl Eigenschaften des Bohrschlammes angezeigt als auch Gas- oder Kohlenwasserstoffmengen, die in
den BohrSchlammstrom gelangen, ermittelt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung zweier Fann-Viskosimeter beabsichtigt, die synchron mit-einer Um-
— 1 —1
drehungszahl von 300 min und 600 min zueinander angetrieben werden. Das Ergebnis dieser Viskosimeter wird einer entsprechenden
elektrischen Schaltung zugeführt, um auf diese Weise sofort sowohl eine Anzeige für die scheinbare Viskosität,
die plastische Viskosität und die Fließgrenze auf einem' Mehrfach-Schreiber als auch eine Anzeige für das Verhältnis
der plastischen Viskosität zur Fließgrenze zu erhalten. Die Bohrschlammproben werden kontinuierlich den Probenbschern
über ein leitungssystem zugeführt, daß eine schwingungsfrei arbeitende Schraubenpumpe mit relativ niedriger Durchsatzmenge
aufweist. Die überschüssig geförderte Probenmenge wir,d
■ . ■ ■ -6-
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in die Schlammgrube zurückgeführt. Die Probenbecher sind von
ausreichender Größe, um eine adequate Zirkulation zu ermöglichen, aber nicht zu stark, um einen Stillstand oder Kanalbildung
des Schlammes zu erreichen. Die Drehzylinder der Viskosimeter weisen einen Ausschnitt auf, um ein freies Überlaufen
und Abführen der Testmenge des Bohrschlammes zu ermöglichen.
Eine Bingham-Versuchaanordnung zur Voraussage der Pließeigenschaften
von Bohrschlamm basiert auf einer durch eine Gerade gekennzeichnetem Verhältnis zwischen der Scherkraft und der
Schergeschwindigkeit, mit einer begrenzten Scherkraft bei einer Schergeschwindigkeit "0". Das vorhergehende System
findet Anwendung bei der Bingham-Versuchsanordnung.
Ebenso wird bei der Analyse der Eigenschaften von Bohrschlamm
eine sogenannte Kraftgesetz-Anordnung (power law model) als Basis der Voraussage verwendet. Diese Anordnung sagt eine
begrenzt Scherkraft bei e*iner Schergeschwindigkeit "O"
voraus, aber mit einem nichtlinearen Verhältnis zwischen der Scherkraft und der Schergeschwindigkeit. Diese nichtlineare
Beziehung jedoch ist weichverlau§nd und vorausbestimmbar und somit verhältnismäßig auf die gleiche Weise wie bei der
Bingham-Versuchsanordnung definiert worden, wenn die Viskosimeter in Drehzahl-Bereichen von z.B. 50, 100, 200, 300 und
600 min" verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung in Verbindung mit der Bohreinrichtung,
Figur 2 eine detailliertere schematische Darstellung der Vorrichtung,
Figur 3 einen Längsschnitt durch einen Teil der Vorrichtung,
Figur 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 nach
Figur 3 und
Figur 5 eineSchaltbild der elektrischen Verknüpfung zur Ableitung der von der Vorrichtung erstellten Messungen.
Figur 1 zeigt ein Bohrloch so, das durch verschiedene Erdformationen
mittels eines Bohrmeißels 11 abgeteuft wurde. Der Bohrmeißel 11 befindet sich am unteren Ende eines Bohrstranges
13, der aus Bohrgestängeabschnitten besteht, die miteinander verbunden sind. Der-.obere Abschnitt des Bohrloches 10
weist eine einzementierte Verrohrung auf. Im oberen Bereich des Bohrloches 10, geht der Bohrstrang durch die bis übertage
austretende Verrohrung 14 und durch einen Bohrungskopf (nicht dargestellt), der oberhalb einer Bohrflüssigkeit- bzw.
Bohrschlamm-Rückführungsleitung 15 sich befindet. Die Rückführungsleitung 15 ist mit der übertägigen Verrohrung H
verbunden um den rückgeführten Bohrschlamm einem Rüttler 23
und danach einer Schlammkuhle 24 zuzuleiten.
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Oberhalb der übertägigen Verrohrung 14 ist ein Antrieb 16 für einen Rotary-Tisch schematisch dargestellt. Der Antrieb
16 ist für die Drehbewegung des Bohrstranges und des Bohrmeißels in der Bohrung vorgesehen. Der Bohrstrang ist an
seinem oberen Ende mit einem Drehspülkopf 17 versehen, der seinerseits durch einen Haken 18 von einem Piaschenzug gehalten
wird. Eine Aufzeichnungseinrichtung 19 kann mittels einer Verbindung (die schematisch durch die gestrichelte
Linie 20 dargestellt ist) der Bewegung des Hakens 18 zugeordnet werden, so daß die Tiefe des Bohrloches oder die Länge des Bohrloches leicht bestimmt werden kann.
Eine Bohrflüssigkeits-Zuführungsleitung 21 ist mit dem Drehspülkopf
17 verbunden, so daß über eine Bohrflüssigkeits-Pumpe 22 die Bohrflüssigkeit durch den Bohrstrang 13 dem
Bohrmeißel 11 zugeleitet werden kann und danach durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen der Wandung des Bohrloches
10 und dem Bohrstrang 13 zur Rückführungsleitung 15 zurückgeführt wird. Die Rückführungsleitung 15 ist mit dem
Rüttler 23 (schematisch dargestellt) verbunden, der das Bohrklein aus der Bohrflüssigkeit abzieht, wonach die Bohrflüssigkeit
bzw. der Bohrschlamm einer Schlammkuhle zugeführt wird. Die Pumpe 22 kann zur Zurückführung der Bohrflüssigkeit
aus der Schlammkuhle 24 zum Bohrstrang verwendet werden.
Wie aus Figur 1 zu ersehen, weist die Vorrichtung eine Pro-
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ben-Entnahmeleitung 25 auf, die die Rückführungsleitung 15
mit einem Dreiwegehahn. 26 verbindet. Eine weitere Proben-Entnahme
leitung 27 verbindet die Pumpe 22 mit dem Dreiwegehahn 26. Abhängig von der Stellung des Dreiwegehahnes 26,
ist entweder die Proben-Entnahmeleitung 25 oder die Proben-Entnahmeleitung 27 mit einer Proben-Pumpe 28 verbunden. Die
Bohrschlammprobe aus der Proben-Entnahmeleitung 25 weist die Eigenschaften des aus dem Bohrloch zurückgeführten Bohrschlammes
auf, während die Bohrschlammprobe aus der Proben-Entnahmeleitung
27 die Eigenschaften des, Bohrschlammes bzw. der Bohrflüssigkeit
aufweist, bevor er in die Bohrung eingeleitet wird.
Die Proben-Pumpe 28 erzeugt einen Bohrschlamm-Minderstrom zu einer Ausfluß-Leitung 29, die sich in die beiden Kanäle 29a
und 29b teilt. Die Kanäle. 29a und 29b sind jeweils mit einem der beiden Probenzylinder 30 und 40 an deren Unterseite verbunden.
Die Durchflußgeschwindigkeit relativ zur Größe des Probenzylinders
sollte so gewählt werden, daß im wesentlichen ein Kräftegleichgewicht der thixotropen Kräfte aufrechterhalten
wird. Das Leitungssystem ermöglicht eine Probenentnahme aus einer gemeinsamen Quelle zu den Probenzylindern zu einem gemeinsamen
Zeitpunkt des Auftretens der Probe.
Die Probenzylinder 30, 40 weisen eine identische Ausbildung auf und sind in einem Behälter 50 angeordnet, der einen
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Ablauf 51 zur Schlammkuhle 24 aufweint. Die Probenzylinder
30, 40 sind jeweils Teile separater Fann-Viskosimeter,'die
an ein Aufzeichnungsgerät 52 angeschlossen sind. Tm Aufzeichnungsgerät
52 befindet sich ein Aufzeichnungsstreifen 53,
der angetrieben ist als eine Funktion zur Zeit und kontinuierlich Viskositäts-Informationen von den Viskosimetern erhält.
Falls es gewünscht wird, kann das Aufzeichnungsgerät 52 auch in der Funktion zur Tiefe des Bohrmeißels oder in
Kombination von Zeit und Tiefe angetrieben werden.
Wechselbeziehungen dieser Funktionen der Bohrarbeiten zu den Proben können in Einklang mit den von der Bedienungsperson
bevorzugten Werten gebracht werden. Wie nachfolgend noch näher beschrieben, besteht eine Beziehung zwischen den Viskosimetern,
die es ermöglicht, die scheinbare Viskosität, die plastische Viskosität, die Fließgrenze und das Verhältnis
der plastischen Viskosität zur Fließgrenze des Boferschlammes
kontinuierlich als Funktion der Bohrarbeiten zu erhalten und auf2UZelehnen.
Die Figur 2 zeigt zwei Viskosimeter 31 und 41 in schematischer Darstellung. Diese Viskosimeter zeigen sogenannte Fann-Viskosimeter
und beinhalten Probenzylinder 30, 40, Drehzylinder 34 und 44 und Torsionsgewichte 33, 43 in der Art von Klöppelgewichten.
Die Drehzylinder weisen zylindrische Meßbereiche auf, die innerhalb der Probenzylinder und unterhalb der oberen
Begrenzung 32 und 42 der Probenzylinder angeordnet sind.
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Das Antriebsteil 36 des Drehzylinders 34 ist mit einem Getriebe 37 -verbunden, während das Antriebsteil 46 des Drehzylinders
44 mit einem Getriebe 47 verbunden ist. Die Getriebe 37 und 47 werden von einem gemeinsamen Getriebe 38
und einem Motor 39 angetrieben. Das Übersetzungs-Verhältnis zwischen den Getrieben 37 und 47 beträgt 2 : 1 , so daß bei
einer Drehzahl des Drehzylinders 32 von 600 min" der Drehzylinder 42 mit einer Drehzahl von 300 min"1 rotiert.
Im Zwischenbereich der Drehzylinder 34 und 44 und deren Antriebsteilen
36 und 46 sind Aussparungen 35 und 45 vorgesehen, die eine Öffnung unterhalb der oberen Begrenzung 32, 42 der
Probenzylinder definieren und einen Durchfluß durch die Aussparungen
ermöglichen. Der Bohrschlammstrom fließt durch den Probenzylinder zwischen einem Meßbereich und einem Torsionsgewicht.
Die genaue Ausbildung und Geometrie der Anbringung zwischen den Bereichen der Drehzylinder 34, 44 und den Antriebsteilen
36, 46 können verschieden ausgeführt werden, was für den*Durchschnittsfachöann leicht zu erkennen ist. Die
Aussparungen sollen den Materialstrom durch den Meßbereich nicht behindern und sollten ausreichend weit über dem Meßbereich
angeordnet sein, damit die Gültigkeit der Messungen nicht beeinflußt wird.
Am Boden des zylindrischen Bereiches der Probenzylinder ist eine Lochplatte 54 angeordnet, der eine zentrale Verteilereinrichtung
55 zugeordnet ist. Die Verteilereinrichtung 55
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ist innerhalb eines kegelstumpfförmigen Bodenbereiches 56 .
des Probenzylinders angeordnet, in einem Bereich, in dem die Spitze des Bodenbereiches 56 mit den Kanälen 29a und 29b
zusammentrifft, die ihrerseits mit der Pumpe 28 verbunden sind. Jeder der Probenzylinder 30 und 40 ist in einem geeigneten
Behälter 50 angeordnet, so daß der aus den Probenzylindern überlaufende BohrSchlammstrom entweder zur Schlammgrube
oder anderweitig zurückgeführt werden kann. Die Pumpe 28 ist mit dem Dreiwegehahn 26 verbunden, der die Pumpe entweder
mit der Rückführungsleitung für den Bohrschlamm oder der Pumpensaugseite verbindet.
In den Figuren 3 und 4 sind weitere Detailansichten einer tapischen Proben-Apparatur zur Verwendung mit der vorliegenden
Erfindung dargestellt. In Figur 3 weist der Probenzylinder 30 eine zylindrische äußere Wandung 58, die in ihrem
oberen Bereich an der Über1aufkante 59 endet.und im unteren
Bereich einen kegelstumpfförmigen Wandbereich 56 aufweist. An der Spitze des Wandbereiches 56 ist ein Kanal 29a angeordnet.
Am Grunde des zylindrischen Wandung 58 ist eine Lochplatte 54 quer zur Längsachse des Probenzylindere 30 mit
entsprechenden Durchlässen 60 angeordnet. Zentriech von der Lochplatte 54 erstreckt ein Schaft nach unten, der mit einer
Platte 61 die Verteilereinrichtung 55 bildet. Die Platte 61 entrisch zur Öffnung des Kanals 29a angeordnet, so daß der
einströmende Bohrschlamm - Bohrstrom verteilt und eine mögliche Strömungskanaleffekte eleminiert werden. Die Ausbil-
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dung des benötigten zweiten Prpbenzylinders 40 entspricht der Ausbildung des vorherbeschriebenen Probenzylinders 30.
Erfindungsgemäß werden dem Probenzylinder 30 kontinuierlich
unter Verwendung einer relativ schwingungsfrei arbeitenden Schraubenpumpe 28 mit niedriger Durchsatzkapazität Bohrschlammproben
zugeführt. Der Probenzylinder 30 ist entsprechend groß dimensioniert, um eine ausreichende Zirkulation
ohne Kanalbildung oder Stagnation des Bohrschlammes zu ermöglichen. Die Lochplatte 54 stellt einen sehr gleichförmigen
Bohrschlammfluß durch den Testbereich sicher.
Wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich, weist der Drehzylinder 34 eine feste Wandung auf, die koaxial das Torsionsgewicht
33 umhüllt und sich über die Endbereiche des Torsionsgewichtes
33 erstreckt. Der Drehzylinder 34 ist zwischen der Über1aufkante 59 und der Lochplatte 54 des Probenzylinders
angeordnet. Innerhalb dieses Drehzylinders 34 befindet sich
das zylindrische konzentrisch angeordnete Torsionsgewicht 33, das an einer Anzeigewelle 62 befestigt ist. Oberhalb des
Torsionsgewichtes 33 weist der Drehzylinder 34 drei Aussparungen 35a, 35b und 35c auf, die durch drei gleichweit voneinander
entfernten Rippen gebildet werden. Die untere Kante der Aussparungen muß eine ausreichende Distanz über dem Torsionsgewicht
33 liegen, damit die Gültigkeit der Messungen nicht -beeinträchtigt wird. Die Kanten der Kippen können
zwecks Vermeidung einer Krustenbildung abgerundet ausgebildet sein. -14-
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Gemäß Figur 5, erhält man elektrische Ausgangesignale von der auf die Torsionsgewichte 33 und 34 ausgeübte Kraft ■
während des Arbeita- bzw. Meßvorganges. Die elektrischen Ausgangssignale werden als Gleichstromsignale von einem
Umwandler 70 und 71 erzeugt, wobei der Umwandler 70 ein
min-1
Gleichstromsignal von dem mit einer Drehzahl von 600 arbeitenden und Umwandler 71 ein entsprechendes Signal von
dem mit einer Drehzahl von 300 min~ arbeitenden Viskosimeter erzeugt. Im Normalfall W&rd die am Ausgang des Umwandlers
70 auftretende Spannung größer als die am Ausgang des Umwandlers 71 sein. Vom Umwandler 70 gehen die Ausgangsleitungen
72 und 73 ab, während vom Umwandler 71 die Ausgangsleitungen 74 und 75 abgehen. Über die Ausgangsleitungen
72 und 74 werden die positiven oder Hochspannungs-Signale der Umwandler 70 und 71 weitergeleitet. Die Leitungen 73
und 75 werden gemeinsam verbunden. Widerstände 76 und 77, mit gleichem Widerstandwert R sind in Reihe zwischen die
Ausgangsleitungen 72 und 73 geschaltet. Ein Widerstand ist zwischen die Ausgengleitungen 74 und 75 geschaltet.
Der Widerstand 78 hat einen Widerstandswert von 2R. Der Widerstandswert R der Widerstände 76 oder 77 sollte mindestens
zehnmal größer sein als der Impedanzwert am Auegang der Umwandler. Diese Auslegung verhindert Belastungsproben
durch Einwirkungen der Spannungsmessungen oder der Linearität der Umwandler.
Um den Wert der plastischen Viskosität zu erhalten, wird der
-15-309826/0285
Potentialunterschied zwischen den Umwandle™ verwendet.
Dieses wird erreicht, indem man die Ausgangssignale der Ausgangsleitungen 72 und 74 einem Galvanometer zuführt.
Das Potential zwischen den Leitungen 72 und 74 ist gleich der Spannungsdifferenz zwischen dem Umwandler 70 und dem
Umwandler-71, und diese Spannungsdifferenz ist proportional
zur plastischen Viskosität. Somit kann das in Figur 5 dargestellte Galvanometer 1 die plastische Viskosität auf
dem Aufzeichnungsgerät aufzeichnen.
Da die Widerstandswerte der Widerstände 76 und 77 gleich sind und der Spannungsabfall zwischen den beiden Wider-
_ -j ständen der Messung des mit einer Drehzahl von 600 min
arbeitenden Viskosimeters entspricht, weisen die Widerstände eine Spannungsteiler-Scheltung auf, so daß das Potential
zwischen der Ausgangsleitung 75 vom Umwandler 71 und einem Verknüpfungspunkt 79 zwischen den Widerständen
76 und 77 gleich dem halben Spannungspotential der Viskositätsmessung
bei einer Drehzahl von 600 min"" entspricht.
Dieses halbe Spannungapotential entspricht der scheinbaren Viskosität Mb.. Somit kann durch Verbinden des Verknüp-.
fungspunktes 79 und der gemeinsamen Ausgangsleitungen 73 und 75 an ein Galvanometer in der Aufzeichnungseinrichtung,
kontinuierlich eine Aufzeichnung der scheinbaren Viskosität mit dem in Figur 5 dargestellten Galvanometer 3 erhalten
werden.
Es ist bekannt, daß die Fließgrenze der Differenz zwischen
• -16-309826/028S
der Messung bei einer Drehzahl von 300 min~ und der plastischen
Viskosität entspricht. Die Fleißgrenze kpnn somit durch Ableiten des Spannungspotential zwischen dem Verknüpfung
spunkt 79 und der Ausgangsleitung 74 und Verdoppelung
der Messung erhalten werden. Dieses Potential wird an das in Figur 6 dargestellte Galvanometer 2 der Aufzeichnungeeinrichtung
angelegt.
Die Messungen für die plastische Viskosität des Galvanometers 1 und die der Fließgrenze des Galvanometers 2 werden
einem Verhältnisrechner 80 zugeführt, der aus den ihm zugeleiteten Signalen ein Verhältnis der plastischen Viskosität
zur Fließgrenze errechnet. Diese Verhältnis-Messung wird dem Galvanometer 4 in Figur 5 zugeführt. Durch unmittelbares
Beobachten der Verhältnis-Messungen ist es möglich, auftretende Ausflockungen im System zu bestimmen. Ausflockungen,
d.h. das Zasammenkleben von festen Teilchen, und der re'lative
Verteilungsgrad kann somit quantitativ gemessen werden.
• *-
Wie in Figur 1 dargestellt, kann die Aufzeichnungseinrichtung
einen Uhrwerksantrieb mit einem Anzeigemechanismus aufweisen, so daß ein Film oder Papierstreifen 53 als Funktion
der Zeit bewegt wird und Zeitmarkierungen durch den Uhrwerksantrieb markiert werden. Somit werden die Messungen
für die scheinbare Viskosität, die Fließgrenze und die plastische Viskosität als Funktion der Zeit aufgezeichnet.
Obwohl es nicht aus den Figuren zu ersehen int, wird von
-17-309826/0285
_ 17 _ 225788Q
Zeit zu Zeit die Vorrichtung mit Frischwasser gespült,
ohne daß Verdünnungserscheinungen im Bohrschlamm auftreten.
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Claims (8)
1.) Vorrichtung zur Bestimmung ausgewählter Eigenschaften,
insbesondere der Viskosität, von Bohrschlamm bzw. Bohr-.
flüssigkeit während der Bohrarbeiten, dadurch
gekennzeichnet , daß mindestens zwei Rotationsviskosimeter vorgesehen sind, von denen jedes
einen Probenzylinder (50,40) aufweist, daß eine Einrichtung (29, 29a, 29b) für die kontinuierliche Zuführung
eines Bohrschlammstromes zu den Probenzylindern
(30,40), die von einer gemeinsamen Bohrschlamm-Quelle
ausgeht, vorgesehen ist, daß in den Viskosimetern je eine Einrichtung (33»43) zur Ermittlung der Scherfestigkeit des
Bohrschlammes bei unterschiedlichen Drehzahlen und zur Ableitung von in funktioneller Beziehung stehender,
elektrischer Signa^le vorgesehen ist, daß eine Einrichtung
(Fig-r 5) zum Kombinieren der elektrischen Signale in einer bestimmten Beziehung vorgesehen ist, um zumindest
eine Viskositätseigenschaft des Bohrschlammes ableiten zu können und daß eine Einrichtung (52) zum
kontinuierlichen Aufzeichnen Jeglicher Viskositätseigenschaften als Punktion der Bohrarbeiten vorgesehen ist.
2.) Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Viskosimeter jeweils
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_ _ 2257BBO
einen hohlen Drehzylinder (35,4-5) aufweisen, in dem
jeweils öffnungen vorgesehen sind, um den Durchfluß von Bohrschlamm durch den Drehzylinder zu ermöglichen.■
3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennz
eichnet, daß die Drehzylinder (35*4-5) antriebsmäßig mit jeweils einem Getriebe (37,
4-7) verbunden sind, wobei die Getriebe einen gemeinsamen Motor (39) aufweisen und daß die Getriebe ein fe
stes Übersetzungsverhältnis zueinander aufweisen.
4-.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichne t, daß jeder Probenzylinder (30,4-0) einen zylindrischen Bereich
(58) und ein kegelförmiges Bodenteil (56 ) aufweist,
daß im Grenzbereich des zylindrischen und des kegelförmigeiJTeiles
jeweils ein perforiertes Blech (54-) angeordnet ist, von dem sich eine Verteilerscheibe (61) nach
unten erstreckt und daß im Spitzenbereich des kegelförmigen
Teiles eine Einlaßöffnung für die Einrichtung (29a,29b) vorgesehen ist, wobei die Verteilerscheibe
(61) fluchtend zur Einlaßöffnung- angeordnet ist.
5.) Vorrichtung.nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennz eichn et, daß
innerhalb der Drehzylinder (34-,44-) ein auf Verdrehung
ansprechendes Torsionsgewicht (33,4-3) vorgesehen ist.
,-20-
309826/0285
6.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Kombinieren der elektrischen Signale
einen ersten Widerstand (78) zwischen den Ausgangsleitungen (74, 75) eines Umwandlers (71), der für das
mit geringer Drehzahl arbeitende Viskosimeter vorgesehen ist, aufweist, daß ein zweiter und ein dritter
Widerstand (76, 77) mit jeweils gleichem Widerstandsr
wert in Reihe zwischen den Ausgangsleitungen (72, 73)
eines Umwandlers (70), der für des mit höherer Drehzahl arbeitende Viskosimeter vorgesehen ist, geschaltet
. sind, wobei der Widerstandswert des ersten Widerstandes doppelt so groß ist wie der Widerstand sowohl vom zweiten
als auch vom dritten Widerstand und daß eine Einrichtung (Galvanometer 1) zum Ableiten ernes ersten
elektrischen Spannungs-Signals vorgesehen ist, das proportional der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsleitungen
der beiden Umwandler (70, 71) ist.
7.) Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Einrichtung (Galvanometer 3) zur Ableitung
eines zweiten elektrischen Spannungs-Signals vorgesehen
ist, das proportional zur Potentialdifferenz zwischen einem der beiden Widerstand mit gleichem Widerstandswert
ist.
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8.) Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet,
daß eine dritte Einrichtung (Galvanometer 2) zur Ableitung eines dritten elektrischen Spannungs-Signals
vorgesehen ist, dasv proportional zur Potentialdifferenz
zwischen der Spannung am ersten Widerstand (78) und dem zweiten elektrischen Spannungs-Signal ist.
9·) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Kombinierungs-Einrichtung abgeleiteten elektrischen
Spannungs-Signale repräsentativ für die plastische Viskosität und die Fließgrenze von Bohrschlamm
sind und daß die Einrichtung zur Kombinierung der Sig-. nale einen Verhältnisrechner (80) aufweist, der das Verhältnis-Signal
zwischen der plastischen Viskosität und der Fließgrenze errechnet und zur Aufzeichnung übermittelt,
wobei das Verhältnis-Signal repräsentativ für den Flockulations-Faktor ist.
309826/0 285
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