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Gerät zur Differenzdruckmessung in Erdölbohrungen Die Erfindung betrifft
ein Gerät zur Registrierung von Druckänderungen, die klein sind im Verhältnis zu
dem absoluten Druck, der in einem Bohrloch herrscht, durch welches die unter Druck
stehenden Flüssigkeiten aus einer Lagerstätte gefördert werden.
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Bekannt sind Geräte zur Messung und Registrierung der absoluten Drucke
im Bohrloch. Diese bestehen aus einem Meßwerk,
das an eine Kammer
angeschraubt ist, welche eine Schraubenfeder enthält, die über ein Axialwälzlager
mit einem Kolben verbunden ist, Dieser Kolben wird von dem im Bohrloch herrschenden
Druck beaufschlagt. Dadurch führt er eine axiale Bewegung aus. Diese axiale Bewegung
wird von dem Meßwerk in eine Drehbewegung umgesetzt. Das Meßwerk wird durch das
über eine Gleitkupplung übertragene Drehmoment in Drehung versetzt. Zu diesem Zweck
hat die Bohrlochdruckflüssigkeit über ein am Ende der Feder angeordnetes Tauchrohrsystem
zum Innenraum des Gerätes zutritt.
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Der Nachteil dieser Geräte besteht darin, dass die im Verhältnis zum
absoluten Druck kleinen Druckänderungen nicht genau erfasst werden können.
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Es sind ebenfalls Geräte zur Messung der im Bohrloch vorhandenen Differenzdrücke
bekannt, die kleine Druckänderungen im Verhältnis zum absoluten Druck zu messen
vermögen, welche aus einem Meßwerk bestehen, das eine welle, die eine Spiralfeder
trägt, dreht. Am anderen Ende der Spiralfeder ist ein Kolben angebracht, der vom
Meßwerk in Drehung versetzt wird und vom Bohrlochdruck beaufschlagt axial verschoben
wird. Der Innenraum des Gerätes ist dabei in zwei Kammern geteilt, die eine Kammer
nimmt die Messfeder auf, die andere ist die Regi rierkammer. Zwischen den beiden
Kammern ermöglicht eine Dichtung den Ubergang des Kolbens von einer Kammer zur anderen
Kammer. Dabei wird über Tage ein Gas unter bekanntem Druck über ein Ventil in die
Registrierkaimer
singe t . Uber ein zweites Ventil beaufschlagt
der Bohrlochdruck die Kaiser nit der Mefeder.
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Diese Geräte weisen den Nachteil auf, dass das ueber Tage in di. Registrierkammer
eingeptiipte Gas seinen Druck infolge der Temperaturschwankungen im Bohrloch und
der Gasverluste an der Kolbendichtung von der Registrierkammer hinüber in die Federkammer
ändert. Aus diesem Grund ist die Anzeigegenaulgkeit des Gerätes unverlässlich, was
die berechneten physikalischen Eigenschaften der untersuchten Lagerstätte verfälschen
kann.
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Die Erfindung. vermeidet diese Nachteile. Aufgabe der Erfindung ist
es, ein Gerät zur Messung von Druckänderungen, die klein sind im Verhältnis zum
absoluten Druck im Bohrloch, zu schaffen, das eine genaue Messung ermöglicht.
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Die Erfindung besteht darin, dass das Gerät zur Messung von Druckänderungen,
die klein sind im Vergleich zum absoluten Druckwert im Bohrloch, einen Nippel aufweist,
in welchem eine Eintritts-Austrittsöffnung (n) vorhanden ist, welche mit einem Ventil
verschließbar ist, welches in einer als Kammer ausgebildeten Zylinderbüchse gelagert
ist, die ihrerseits über die Kugeln mit dem Gehäuse des Meßwerkes verbunden ist,
wodurch das Öffnen des Ventils zum Ausgleichen des in der Registrierkammer (e) befindlichen
Druckes gegenüber dem Bohrlochdruck vom Meßwerk gesteuert ist, dass außerdem die
Registrierkammer am unteren Ende
an einem anderen Nippel angeschlossen
ist, in welchem ein Stopfen , der mit dem Fuß versehen ist, angeordnet ist, dass
durch diesen Fuß der Kolben frei hindurchgehen kann, dass zwischen Stopfen und Nippel
eine Kammer befindlich ist, in welche Öl gefüllt ist, um das Eindringen des in der
Registrierkammer befindlichen Druckgases in die Kammer, in der die Spiralfeder eingebracht
ist, zu verhindern, dass außerdem auf dem Stopfen einO-Xing aufliegt, der zusammen
mit dem Fuß des Stopfens das Öleindringen in die Registrierkammer verhindert, wenn
das Gerät waagerecht liegt, und dass auf dem Stopfen ein Axialwälzlager vorgesehen
ist, das die freie Drehung des Kolbens zulässt, wenn der Druck in der Registrierkammer
höher liegt als der Druck in Kammer (c), in der die Spiralfeder angeordnet ist.
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Vorteilhaft ist es, dass der mit der Oeffnung versehene Nippel eine
in der Höhe einstellbare Führungsstange trägt, die dazu dient, eine Drehung der
Mutter zu verhindern, dass die Mutter eine Öse aufweist, die auf die Führungs stange
aufgezogen ist, dass eine Knagge vorgesehen ist, welche bei der Aufwärtsbewegung
der Mutter, verursacht durch die vom Meßwerk bewirkte Drehung einer mit Gewinde
versehenen Stange, an der die Mutter entlang gleiten kann,
dass ein Endteller einer Stange vorgesehen ist, die das Ventil steuert, wobei die
Freigabe des Endtellers und damit das Abschliessen des Ventils 24 in einem Augenblick
erfolgen, in welchem die se der Gleitmutter von der Führungsstange loskommt und
die Gleitmutter an einen Bügel stösst, welcher am Gewinde der Stange befestigt ist,
wodurch die Gleitmutter von der Stange mitgedreht wird.
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Zweckmässig wird das Gerät so gestaltet, dass zur Erzielung einer
Verbindung zwischen dem Gehäuse des Meßwerkes und der Zykinderbüchse, die dieKammer
bildet lot der das Ventil. die Mutter und die Führungsstange ente halten sind, so
das die Stangen die die Gleitnutter tragt, nicht mitgedreht wird, Kugeln verwendet
werden, welche in den Bohrungen des Gehäuses eingesetzt sind und in eine Kreisnut
außen am Hals der ZylinderbUchse von einer Muffe, die in ihrer Abschlusslage von
einer Feder gehalten wird, gedrückt sind.
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Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung
schematisch dargestellten Ausführungse beispieles näher erläutert. Die Zeichnung
zeigt einen Längsschnitt des Gerätes.
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Das erfindungsgemässe Gerät besteht aus dem unteren Kopf 1 mit einen
eingebautem Labyrinth 2, das über die oeffnung a mit dem das Gerät umgebenden Medium
und über die Öffnung b mit der die Spiralfeder 3 als elastisches Messglied enthaltenden
Kammer c in Verbindung steht. An den unteren Kopf 1 ist eine die Kammer c umschließende
Zylinderbüchse 4 geschraubt. Die Verbindungsstelle zwischen dem unteren Kopf 1 und
der Zylinderbüchse 4 ist vom O-Ring abgedichtet. Die Spiralfeder 3 ist mit dem einen
Ende am Zapfen d des Kopfes 1 befestigt und am anderen Ende ist sie über Axialwälzlager
6 mit dem Kolben 7 verbunden.
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Über den Nippel 8 erfolgt der Anschluss der Zylinder~ büchse 4 an
die Zylinderbüchse 9. die eine Registrier kammer e umschliesst, Im Nippel 8 liegt
abdichtend am Kolben 7 zwischen Kammer c und Registrierkammer e ein O-Ring 10. Die
Kammer c und die Registrierkammer e sind durch auf dem Nippel 8 aufliegende O-Ringe
5 nach außen hin dicht verschlossen. Im Nippel 8 ist ein mit dem Fuß f versehener
Stopfen 11 so angeordnet. dass der Kolben 7 durch dea Fuß hindurchgeht. Zwischen
dem Stopfen 11 und dem Nippel 8 entsteht eine Kammer @, in welche ursprünglich Öl
gefüllt wird. Um das Eindringen des öls in die Registrierkammer e zu verhindern,
wenn das Gerät waagerecht liegt ist ein O-king 12 in die Nute h, außen am Stopfen
11 eingesetzt. Die Befestigung des Stopfens 11 im Nippel 8 erfolgt mit Hilfe des
Kerbenringes 13. Auf dem Stopfen II liegt ein Axialwälzlager 14 aufs der den Kolben
7 frei im Anfangsstadium der Messung drehen lässt, wenn der Druck in der Registrierkammer
t viel höher liegt als der Druck in Kammer c und demzufolge den Kolben 7 hinuhterdrückt.
Am Ende des Kolbens 7 ist ein Schreibstift 15 befestigt, der mit zwei Rollen versehen
ist, die im Inneren der Gabel 7 gleiten können. Diese Gabel 17 ist von der Stange
18 getragen. In der Registrierkammer e ist ein Diagrammblatt 19 eingelegt, auf welchem
der schreibstift 15 den zeitlichen Verlauf des Druckes au fz zeichnet.
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Die Zylinderbtichse 9 ist am oberen Ende von einem NeI 20 verschlossen,
durch den die Stange 18 hindurchgeht. Die Stange 18 weist eine Schulter i auf. Deren
Aufgabe ist es, die axiale Verschiebung der drehbaren Stange zu verhindern.
Die
Schulter @ stützt sich an der oberen Seite gegen eine von Nippel 20 Gebildete Schwelle
A und an der unteren Seite gegen die am Nippel befestigte 3Uchse 21 ab.
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Am Nippel 20 ist eine andere Zylinderbüchse angeschraubt die in den
Hals k ausläuft und eine Kammer 1 umschliesst.
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Zwei auf dem Nippel 20 au fliegende O-Ringe 5 dichten die Kammer 1
und die Registriarkammer-nach außen ab. Die Kammer 1 ist mit der Registrierkammer
e über einen in der Stange 18 eingearbeiteten Kanal M verbunden. Der Nippel 20 trägt
eine Führungsstange 23, deren Länge elnstellbar ist. Die Kammer 1 hat eine im Nippel
20 einer brachte Eintrittsöffnung n, die vom Ventil 24 abgeschlossen ist. Dabei
ist das Ventil mit der Stange 25, die mit einem Endteller c versehen ist, fest verbunden
Die Stange 25 wird von einem Arm p des Nippels 20 geftihrt. Eine Feder 26 hält das
Ventil 24 geschlossen. Die Stange 18 ist oberhalb des Kanals n mit einem Gewinde
a versehen, auf welchen sich did Mutter 27 bewegen kann. Die Mutter 27 ist mit einer
Knagge r verahen, die unter dem Endteller o ZU stehen kommt, und mit einer öse s,
die an der Führungsstange 23 entlang gleiten kann. Oberhalb der Mutter 27 ist am
Gewinde c ein Bügel 8 angeordnet, der dazu dient, die Gleitmutter 27 aufzuhalten,
nachdem die Führungsstange 23 die öse 5 freigibt. Auf dem Hals k der Zylinderbüchse
22 ist ein Gehäuse 29 gelagert, in das ein Meßwerk 30 eingebaut ist. In eine vom
Meßwerk 30 betätigte Vierkant.
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kupplung 31 ragt der ebenfalls viereckige Kopf der Stange 18, wodurch
die Drehbewegung des Meß@werkes auf die Stange 18 Ubertragen wird. Me Drehung des
Halses k im Gehäuse 29
ist verhindert, indem ein an der unteren
Seite des Halses k angebrachter Stift u in die am Rand des Gehauses 29 befindliche
Vertiefung v hineinragt, Ein auf dem Hals k autliegender O-Ring 3a dichtet das Gehäuse
29 nach außen ab. Im Gehäuse 29 sind auf dem Umfang eine Reihe von Bohrungen w vorhanden.
Am Hals k ist diesen Bohrungen gegenUber eine Kreisnute x vorgesehen, die Kugeln
33 aufnimmt, welche beim Kuppeln des Gehäuses 29 mit dem Hals k in die Bohrungen
w und die Kreisnut x von einer mit einer inneren Bordkante y vorgesehenen Muffe
gedrückt werden Dabei ist dle Muffe 34 durch die Feder 35 in der Abschlusstellung
gehalten. Im Gehäuse 29 ist eine Einlassöffnung z vorhanden, durch welche Gas in
den Innenraum des Gehäuses 29 die Kammer 1 und Registrierkammer e eingepumpt wird.
Der Gasaustritt ist durch das Rückschlagventil 36 verhindert.
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Der Druckschreiber wird in das Bohrloch mit Hilfe eines am oberen
Ende des Gehäuses 29 befestigten Kabels 37 eingebracht.
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Vor dem Einbringen des Gerätes in das Bohrloch muss die Gleitmutter
27 heruntergedrückt werden, bis die Knagge r unter den Endteller o gelangt, wodurch
die Öse 5 auf die Führungsstange 23 aufgezogen wird. Hierbei 8011 der Abstand zwischen
Knagge r und Endteller o entsprechend der Zeitdauer, nach welcher das Ventil 24
die öffnung n oeffnen soll, eingestellt werden. Nach Aufziehen der Meßuhr und Befestigung
des Gehäuse 29 an dem Hals k - wie oben beschrieben - wird Gas durch die Einlassöffnung
z
unter einem Druck eingepumpt, der höher liegen muss als der im
Bohrloch gemessene Druck. Beim Funktionieren der Uhr wird das Gerät mit Hilfe des
kabels 37 in das Bohrloch bio zu den teufe eingelassent wo der Differenzéruck gemessen
werden soll. Während des Einbauens wird die Stange 18 ständig gedreht, wobei die
Drehbewegung Uber die Gabel 17 und ollen 16 auf den Kolben 7 übertrage wird. Gleichzeitig
steigt die Gleitmutter 27 am Gewinde @ empor bis sie über die knagge r den Endteller
erreicht.
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Dabei wird das Ventil 24 geöffnet, um die Kammer 1 und die Registrierkammer
e mit dem das Gerät umgebende Medium in Verbindung zu bringen. Das vorher durch
die Einlassöffnung z eingepumpte Gas kann auf diese Weise ausströmen und in der
Registrierkammer e komrst es zum Druckausgleich, Ende der Druck im Gerät ist dem
Druck bei der betreffenden Tief gleich. Beim weiteren Drehen der Stange 18 wird
die Öse s von der Führungsstange 23 freigegeben, die Gleitmutter 27 stösst an den
Bügel 28 und gibt den Endteller o frei, womit dem Ventil 24 nach arfolgtem Druckauegleich
gestattet wird, die Öffnung n abzuschliessen. Von nun an wird jode Druckänderung
im Bohrloch vom Schreibstift 15 auf dem Diagramm 19 autgzzeichnett infolge der Ver.
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bindung zwischen dem Bohrloch und der Kammer o Uber die öffnungen
a,b und das Labyrinth 2. Während der Innenraum des Gerätes vom Druck im Bohrloch
beaufschlagt wird, ermöglicht das Axialwälzlager 6 die freie Drehung des kolbens
7 bei gleichzeitiger Axialverschiebung desselben unter dar Wirkung der Kräfte die
durch die zwischen den Kammern c und e entstandenen Druckdifferenzen und die elastidche
Kraft der Schraubeateder 3 hervorgerufen sind,
Die in die Kammer
Ft gefüllte Fltlssigkeit dient zum Vermeiden der Beruhrung zwischen dem unter Druck
in die Registrierkammer e eingepumptes Gas und dem O-Ring 10, wodurch Gasverluste
in die Kammer c, die ursprünglich mit einer Flüssigkeit unter einem niedrigeren
Druck als der Druck in der Registrierkammer e gefüllt wurde, verhindert werden.
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Die Vorteile des erfindungsgemässen Gerätes - kleine Druckänderungen
im Bohrloch werden genau erfasst; - Funktionssatherheit; - bei Änderung der Spiralfederkennlinien
kann das Gerät in einem großen Druckbereich Anwendung finden; - Das Gerät kann sowohl
bei steigenden als auch bei abnehmenden Druckändrungen eingesetzt werden; - es ist
nicht nötig den genauen Wert des Bohrloch fliessdruckes zu kennen.