-
Meßanordnung und Regelverfahren für diese Die BrSindung betrifft
eine Meßanordnung, die insbesondere in Bohrlöchern, verwendbar ist.
-
Zur Aufzeichnung des Druckes in Bohrlöchern od.dgl.
-
werden Druckgeber verwendet, die in ihrem Inneren eine
durch
elektrische Impulse angeregte schwingende Seite aufweisen, wobei sich bei zunehmendem
Druck die Länge der Seir te verlängert und sich die Schwingungszahl ändert. Aus
der Xnderung der Schwingungszahl kann die Druckänderung abgeleitet werden.
-
Zur Messung von Temperaturen ist es üblich, Widerstände zu verwenden,
die mit der Temperatur ihren Widerstand verändern (z.B. NTC-Widerstände). Die Messungen
mit Hilfe von zwei Geräten sind jedoch umständlich und mitunter nicht genau, da
aufeinanderfolgende Messungen nicht am gleichen Ort vorgenommen werden können.
-
Erfindungsgemäß ist nunmehr eine Meßanordnung vorgesehen, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß eine Temperaturmeßeinrichtung, vorzugsweise ein NTC-Widerstand,
mit einer Druckmeßeinrichtung in einer Baueinheit zusammengefaßt ist, wobei beide
Einrichtungen an Auswerteeinrichtungen angel schlossen sind.
-
Durch die gleichzeitige bzw. kombinierte Aufzeichnung und Auswertung
von Druck und Temperatur erreicht man bei produktionstechnischen Messungen in Bohrlöchern
für Erdöl neben der Einsparung jeweils einer Meßfahrt noch den Vorteil, daß die
Messung des Druckes und der Temperatur nahezu an demselben Ort erfolgt. Ferner ergibt
sich eine öglichkeit zur Optimierung von intermittierenden Gasliftsonden, da man
bei einer Meßfahrt die beiden für die Optimierung wesentlichen Parameter zugleich
erhält. Nach der Auswertung der Meßergebnisse kann man die bei der Sonde getroffenen
Maßnahmen sofort kontrollieren bzw. Regelmaßnahmen treffen. Unter den Regelmaßnahmen
versteht man das Auf-bzw.
-
Absperren der Ölförderung der Sonde, das in Abhängigkeit des Druckes
und der Temperatur erfolgt und die Zufuhr von Gas zum Heben des Öles aus dem Bohrloch,
die in Abhängige keit von der Förderzeit bzw. der Entnahme des Öles aus der Sonde
geregelt wird.
-
In bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, daß zur Schaffung
einer mobilen Einheit die Temperaturmeßeinrichtung und die Druckmeßeinrichtung insbesondere
axial übereinander angeordnet und in einem zylindrischen Mantel untergebracht sind.
Damit wird das leichte Einfahren der Anordnung in ein Bohrloch ermöglicht, da insbesondere
der Außendurchmesser des Mantels klein gehalten werden kann. Bei den bisher bekannten
Anordnungen ergaben sich immer Schwierigkeiten auf Grund ihres voluminösen Aufbaues.
Die erfindungsgemäße Meßanordnung hingegen ist im Bohrloch leicht auf- und abbewegsich.
-
Zweckmäßig ist es, wenn die Druckmeßeinrichtung von einer in Abhängigkeit
vom Druck ihren Widerstand ändernden Widerstandseinrichtung gebildet ist, wodurch
man in betriebssicherer Weise elektrische Meßsignale über den Druck erhält. Vorteilhafterweise
ist die Widerstandseinrichtung von einem mit einem Burtonrohr verbundenen Potentiometer
gebildet.
-
Für die Auswertung ist es zweckmäßig, wenn die Auswerteeinrichtungen
für die von der Temperatur- und Druckmeßeinrichtung erhaltenen Meßsignale von einer
Brückenschaltung gebildet sind. Dabei kann zur Aufzeichnung der Meßgrößen ein Schreiber,
vorzugsweise ein Zweikanalschreiber, mit der Brückenschaltung verbunden sein.
-
Zur Zusammenfassung der Druck- und Temperaturmeßeinrichtung zu einer
Baueinheit mit den Leitungen ist es zweckmäßig, wenn die Meßsignalleitungen für
die Temperaturmeßeinrichtung und die Druckmeßeinrichtung mittels Diobtstücken gedichtet
und die einzelnen Bauelemente der Baueinheit unter Zwischenschaltung von Dichtungen
verbunden sind.
-
Dabei ist jedoch vorgesehen, daß die Pille des NTC-Widerstandes zur
Teaperaturmessung mit dem zu messenden Medium über Ausnehmungen in der Baueinheit
bzw. den Dicht stücken in freier Verbindung steht.
-
Zur Anpassung bzw. zum Abgleich der Brückenschaltung bzw. der Leitungen
zur Brückenschaltung ist es zweckmäßig, wenn an den Widerstand des Kabels anpaßbare
Widerstände vorgesehen sind. Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn die Temperatur-
und Druckmeßeinrichtung in der Baueinheit über eine von einem vierpoligen Schirmkabel
gebildete Leitung mit der Brückenschaltung verbunden ist, wobei gegebenenfalls die
Ummantelung des Kabels als zusätzliche Kompensationsleitung mit der Brückenschaltung
verbunden ist.
-
Weiters ist vorgesehen, daß sowohl der Druckmeßeinrichtung als auch
der Temperaturmeßeinrichtung eine eigene Brükkenschaltung zugeordnet ist. Dabei
können jedem NTC-Widerstand in der Brückenschaltung entsprechende Anpassung widerstände,
vorzugsweise ein Fix- und ein Regelwiderstand, zugeordnet sein.
-
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Schreiber von einer, die in ein
Bohrloch eingebrachte Länge des die Leitung zu den Auswerteeinrichtungen bildenden
Kabels zählende Einrichtung steuerbar ist. Damit erfolgt die Aufzeichnung in Abhängigkeit
von der Tiefe in der die Messung vorgenommen wird.
-
Das erfindungsgemäße Regelverfahren für eine Meßanordnung der zuvor
beschriebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen von der Brückenschaltung
zur Temperaturmeßeinrichtung bzw. zur Druckmeßeinrichtung untereinander angepaßt
und abgeglichen werden, worauf die Meßwiderstände angeschlossen werden und gegebenenfalls
an die Meßwiderstände angepaßte, mit Regelwiderständen kombinierte Fixwiderstände
in den Abgleichzweig der Brückenschaltung eingesetzt werden.
-
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt: Fig.l ein Schaltschema der Meßanordnung,
Fig.2 einen
Schnitt durch eine Meßsonde, Fig.3 eine andere Ausführungsform einer Meßsonde und
Fig. 4 eine dazugehörige Kabelaufhängung mit Schnellkupplung.
-
In Fig.1 ist mit 1 eine Meßsonde bezeichnet, die in einem Gehäuse
2 eine von einem NTC-Widerstand gebildete Temperaturmeßeinrichtung 3 und eine von
einem Potentiometer 4 gebildete Druckmeßeinrichtung aufweist, wobei das Potentiometer
4 mit einem Burtonrohr 5 verbunden ist. Mit 6 ist eine Druckeinlaßöffnung bzw. eine
Druckeintrittsschraube zum Burtonrohr bezeichnet und mit 7 sind die Ausnehmungen
im Gehäuse 2 bezeichnet, über die die Pille des NTC-Widerstandes mit dem zu messenden
Medium in Verbindung steht.
-
Die Ausgänge der Widerstände 3 und 4 sind jeweils als zu messende
Widerstände Rx einer Brückenschaltung geschaltet, die sich in einem Meßstand befinden
kann. Die anderen Widerstände der Brückenschaltung sind mit R1, R2 und R3 bezeichnet,
wobei die Widerstände R3 die Abgleichwiderstän de der Brückenschaltung sind. Zwischen
die Widerstände R1 und R2 bzii, Rx und R ist ein Schreiber zur Aufzeichnung 3 der
Änder-unsen der Widerstände Rx in Abhängigkeit von Druck und Temperatur geschaltet.
-
Die Speisung der Brucke erfolgt von einem Gleichstromanschluß 8 über
Schutzwidersände 9 und einen Regelwiderstand 10 an dem die Meßspannung einstellbar
ist, Parallel zum Spaisespannungseingang ist eine Kontrollampe 11 geschaltet. Ferner
ist nach dem ersten Schutzwiderstand zur Stabilisierung eine Z>ne--Diode 12 mit
einer Durchbruchspannung von 10 V urld nach dem zweiten Schutzwiderstand 9 eine
Zener-Diode 13 nit einer Durchbruchspannung von 5,6 v geschaltet Vor dem Regelwiderstand
10 ist zum Ablesen und Einstellen der Meßspannung ein entsprechendes Meßgerät 14
angcordnet. Zum Aus- und Einschalten dient ein Schalter 15.
-
Sowohl für die Messung der Temperatur als auch für die Messung des
Druckes ist jeweils eine Briiekenschaltung vorgesehen, wobei üblicherweise die beiden
Brückenschaltungen untereinander bis auf die Abgleichwiderstände R3 gleich ausgeführt
sind.
-
Falls eine Brückenschaltung in Dreileiterschaltung vorgesehen ist,
kann zusätzlich noch zur Kompensation als dritte Ader der Kabelmantel des Verbindungskabels
vorgesehen sein, der mit 16 schematisch bezeichnet wurde.
-
In Fig.2 ist ein Schnitt durch die Sonde 1 dargestellt.
-
Die Sonde 1 besteht aus einer Anzahl rohrförmiger, mit Dichtungen
untereinander verbundener Bauteile. Der Durchmesser der Sonde 1 beträgt etwa 36
mm, ihre Länge rund 1500 mm.
-
Im unteren Abschnitt ist die Druckmeßeinrichtung gezeigt, die das
Potentiometer 4 aufweist, von dem entsprechende Anschlußkabel 17 nach oben zur Bruckenschaltung
geführt sind.
-
Das Potentiometer 4 ist mit einem Burtonrohr 5 verbunden, das eine
langgestreckte Spirale 18 aufweist, auf die über eine Membran 19 und eine dazwischenliegende
Ölfüllung 20 der Druck der zu messenden Flüssigkeit einwirkt, die durch die Öffnung
6 bzw. die Druckeintrittsschraube 6 eindringen kann.
-
Im oberen Abschnitt der Sonde 1 ist die Temperaturmeß einrichtung
angeordnet, wobei der NTC-Wlderstand 3 über Leitungen 21 mit der Brückenschaltung
verbunden ist. über Ausnehmungen 7 im Gehäuse 2 bzw. in den einzelnen zusammengefügten
Bauteilen steht die Meß-Pille des NTC-Widerstandes 3 mit der zu messenden Flüssigkeit
direkt in Verbindung, wodurch Verzögerungen bei der Anzeige vermieden werden.
-
Die Leitungen 17 und 21 führen in einem vieradrigen Kabel mit entsprechender
Schutzisolierung zur BrUckenschaltung. Am anderen Ende des Kabels ist dieses an
Schleifkontakte bzw. -ringe angeschlossen, von denen über entsprechende
Schleifbürsten
die Signale abgenommen und an die Brückenschaltung weitergeleitet werden. Die Meßsignale
durchlaufen daher immer die gesamte Länge des Kabels. Bei Messungen in Bohrlöchern
kann das Verbindungskabel zwischen der Meßsonde 1 und den Schleifkontakten bis zu
5000 m betragen.
-
Der Durchmesser des Kabels liegt bei rund 4-5 mm. Sein Gesamtwiderstand
beträgt einige hundert Ohm. Die mit der Anordnung meßbaren Drücke: reichen bis zu
einigen 100 at und die meßbaren Temperaturen bis zu einigen 1000C. Die einzelnen
Bauteile der Meßsonde 1 bestehen aus NIRO-Stahlteilen und sind mit Abdichtungen,
die sowohl die hohen Drücke als auch die hoher Temperaturen aushalten müssen, gedichtet.
-
Auch die Anschlußstellen für das Kabel sind mit entsprechenden Dichtungen
(Schraub- oder Quetschdichtungen) versehen.
-
Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform einer Meßsonde 1, bei der
die Temperaturmeßeinrichtung unterhalb der Druckmeßeinrichtung angeordnet ist. Ferner
ist die Anordnung der Dichtungen und die Verbindung der Zuleitungskabel ersichtlich.
Die Druckmeßeinrichtung besteht aus einem kompakten Bauteil, der in Abhängigkeit
vom Druck in der Druckeinlaßöffnung 6 seinen Widerstand ändert. An die in Fig.3
gezeigte Meßsonde 1 schließt mittels einer Schnellkupplung 22 eine in Fig.4 gezeigte
Kabelaufhängug 23 an. Mittels Dichtungen und Verschraubungen ist das Kabel, das
die gesamte Meßsonde trägt, dichtend ins Innere der Kabelaufhängrx 23 und von dort
über die Schnellkupplung 22 in die Meßsonde geführt.
-
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung liegen in einer hohen
Meßgenauigkeit, einer hohen Ansprechempfindlichkeit und auch darin, daß der elektronische,
zu einer Baueinheit zusammangefaßte Teil in hohem Maße frei von Umwelteinflüssen,
z.B. Temperaturschwankungen und elektromagnetischen Einflüssen ist.
-
Der Papiervorschub des Schreibers kann zeitabhängig und meterabhängig
geschaltet werden, so daß Bohrlochmessungen in großer Tiefe genau durchgeführt werden
können. Ferner erfolgt die Messung unabhängig von der Länge des Kabels zwischen
der Sonde und der Brückenschaltung und unabhängig von Änderungen des Kabelviderstandes.
-
Im folgenden wird die Funktionsweise der Anordnung und das erfindungsgemäße
Regelverfahren für die Anordnung näher beschrieben.
-
Der Widerstand Rx der Brückenschaltung der Widerstände R1, R2, R3
und RX befindet sich in der Meßsonde und im vorliegenden Fall bträgt der Widerstand
des NTC-Widerstandes 47 k# und der Widerstand des Potentiometers für die Druckmessung
2-10 kann. zu . Die Widerstände R1 und R2 betragen jeweils 2,5 kr. , Vor dem Einführen
der Meßsonde bzw. vor Beginn der Messung werden die Leitungen 17 und 18 abgeglichen,
d.h.es wird gegebenenfalls mit Hilfe eines zusätzlichen Widerstandes der Widerstand
einer zu den Widerständen 3 und 4 führenden Leitung genau an den Widerstand des
entsprechenden Rückleiters angepaßt. Daraufhin werden der NTC-Widerstand 3 bzw.
das Potentiometer 4 angeschlossen. Die verwendeten NTC-Widerstände sind vorerst
einige Wochen gealtert und danach geeicht worden. Die erhaltene Eichkurve wird der
Messung zu Grunde gelegt. Zur Anpassung der Regelwiderstände 3 an den Widerstand
des NTC-Widerstandes wird derart vorgegangan, daß für jeden NTC-Widerstand eine
Einheit mit an diesen angepaßten Fixwiderständen und entsprechenden Regelwiderständen
vorgesehen ist. Falls einander bezüglich des Widerstandes ähnliche Widerstände verwendet
werden, so kann diese vorzugsweise vorgefertigte und austauschbare Einheit entfallen.
Zur Veränderung des Meßbereiches ist ein Tandemsohalter vorgesehen, mit dem gleichzeitig
die Meßbereiche und die entsprechenden Spannungen schaltbar sind.
-
Beim Einfahren der Sonde in ein Bohrloch bzw. im Bohrloch selbst,
ändern sich mit dem Druck tnid der Temperatur in dem Bohrloch die elektrische Äusgangssignaie
der Widerstände und die Verstimmung der Brücke wird durch den Schreiber registriert
und an hand der Eichkurven ausgewertet. Vor zugsweise erfolgt die Aufzeichnung des
Druckes und der Temperartur auf einem Zweikanalschreiber.
-
Im Schreiber erfolgt die Messung nach dem Potentiometerverfahren,
bei dem ein Servomotor den Abgriff eines Potentiomotors so lange verschiebt, bis
die Ausgangsspannung der Brückenschaltung, in der sich das Potentiometer des Schreibers
befindet, der Gegenspannung am Potentiometer gleich ist.
-
Während des Abgleichvorganges ist die Ausgangsspannung der Brückenschaltung,
die am Schreiber anliegt, kleiner oder größer als die der Brücke zugeführte Meßspannung.
Die Differenz der Spannungen wird im Takt der Meßfrequenz zerhackt, verstärkt und
setzt den Servomotor derart in Bewegung, daß die Differenz kleiner will, und zwar
so lange bis der Abgleich vollendet ist.
-
Für dia Druckmessung ist eine Angleichung des Abgleichwiderstandes
3 mit'als ^ und Regelwiderständen an das Potentiometer 4 nicht notwendig, da die
Potentiometer 4 an sich durs gleichen Widerstand haben, so daß bei Austausch eines
Potentiometers 4 keine wesentliche Verstimmung der Brückenschaltung erfolgt.
-
Ferner kamin eine Einrichtung vorgesehen sein, die in Abhängigkeit
von der in das Bohrloch eingeführten Länge des Kabels nn den Schreiber Signale abgibt,
um eine Aufzeichnung der Meßwerte in Abhängigkeit der Kabellänge zu erreichen. Vorzugsweise
wird dabe. so vorgegangen, daß die vom Meterzählwerk abgegebenen Impulse mittels
einer Relaisschaltung zergliedert werden, wodurch ein gelegentliches Stehenbleiben
des Stellwerkes an einer Impulsstelle ohne Einfluß
auf den Papiervorschub
des Schreibers bzw. auf die Meßwerte ist. Ferner kann man dadurch an beliebiger
Stelle des Papierstrgifens die Messung beginnen und das Zählwerk auf null schalten
und dann die Impulse in gewünschter Weise auf den Schreiber übertragen. Das Zählwerk
kann so eingrichtet sein, daß es baginnand bei null alle 10 m einen zusätzlichen
Tmpuls auf den Schreiber abgibt.
-
4 Figuren 14 Patentansprüche