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Einrichtung zum Regeln der Pumpe bei einer Bohrlochanlage Zusatz zum
Patent 2 521 661 (Patentanmeldung 2 521 661.9) Die Erfindung bezieht sich auf Ölbohrungen
im allgemeinen und auf eine Einrichtung zum automatischen Abschalten dea Pumpens
bei Ülbohranlagen im allgemeinen.
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Bei der Ölgewinnung wird in die ölführenden Schichten ein Loch gebohrt,
auf dessen Boden eine Pumpe installiert ist, die das Öl zur Erdoberfläche aus dem
Sumpf pumpt, der sich am Grund des Bohrlochs ansammelt. Eine ervirünachte Arbeitsweise
ist es, das ül zu pumpen, wenn immer sich Öl im Sumpf befindet, und aufzuhoren,
wenn kein Öl mehr vorhanden ist.
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Vorteile dieser -rbeitsweise sind die, daß die Fumpe automatisch ihre
optimale Leistung bei Einsparung von Arbeitszeit und Anlagekosten erreicht. Die
Pumpe arbeitet somit mit einem höheren @irkungsgrad beim Versetzen der Pumpe, wodurch
die gesamte Pumpzeit verringert wird, was zu einer Energie- und Kostenersparnis
fahrt.
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Diese set langer bekannte Technik erweckt den wunsch nach Regeleinrichtungen
zum autom.tischen Regeln des Abpumpens von Bohrlöchern. Beispiele dieser Technik
sind in den USA-Patentschriften 2.550.093 und 2.316.494 beschrieben. Nach der ersten
Patentschrift betätigt ein Ventil eine elektrische Schaltung, die die Pumpe nach
einer bestimmten Dauer abschaltet, wenn das erzeugte Öl nicht mehr durch das Ventil
fließt. Nach der zweiten Patentschrift läuft eine Uhr an, wenn keine Flüssigkeit
erzeugt wird, wodurch die Pumpe periodisch entsprechend dem Trockenpumpen des Bohrlochs
arbeitet.
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Diese beiden Patentschriften zeigen die Technik bei den einzelnen
Einrichtungen und Anlagen, die auf das Fehlen von erzeugter Flüssigkeit ansprechen
und die Anlagen entsprechend wieder einschalten.
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Der Stand der Technik besitzt jedoch keine iirnlage, die das Pumpen
für die einzelnen Ülpumpeinrichtungen mit sich ändernden Zuständen und Komponenten
ausreichend regelt.
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Es besteht beim blfeld die Notwendigkeit für eine Einrichtung zum
Regeln des Betriebes von Bohrlochpumpen in der Weise, daß die Dauer der Pumpperioden
praktisch oder
angenähert den tatsächlichen Zeiten für das Auspumpen
der Bohrlöcher entspricht. Es ist eine Regeleinrichtung erforderlich, durch die
ein Bohrloch ständig betrieben werden kann, so lange wie ül gepumpt wird, die aber
Automatisch anhält, wenn ds öl abgepumpt ist, oder bei Ausfällen beim Aufhören der
Öllieferung von der Pumpe.
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Es ist deshalb die Hauptaufgabe der Erfindung, eine Pumpenregelanlage
anzugeben, bei der die Pumpenregelung ein Faktor des anteils der Zeit ist, während
das Ül in einer gegebenen periode gepumpt wird.
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Eine weitere Aufgabe ist es, eine neue und verbesserte Pumpenregelanlage
anzugeben, bei der der Pumpenbetrieb automatisch angehalten wird, wenn die Flüssigkeit
im Bohrloch erschönft ist. Nach einer gegebenen Anzahl von Abschaltungen soll die
Anlage vollständig abgeschaltet Iind kein richtiges Fließen wieder hergestellt werden.
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Die Anlage soll eine ZeiteinstellanleOe besitzen, um flexibler als
bisherige Anlagen zu sein.
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Die Gegenstände der Erfindung werden im allgemeinen in einer Anlage
durchgefibrt, die Signale erzeugt, die den normalen Betrieb der Bohranlage anzeigen,
und in Verbindung mit einer Zeitschaltung verwendet werden, die den zeitlichen Anteil
des Normalbetriebes wc.thrend einer gegebenen Zeit bestimmen, und auf dieser Bestimmung
basieren und entweder die Anlage weiter laufen lassen oder sie abschalten. Als zusatzliche
Merkmale der Erfindung wird eine Einrichtung für die Anlage zum Wiedereinschalten
und vollständigen Abschalten nach einer gegebenen Zahl von unproduktiven Wiederanläufen
vorgesehen.
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Diese und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In diesen ist:
Figur 1 eine Skizze der einzelnen Elemente der Anlage nach der Erfindung; Figur
2 ein Schnitt durch das Ventil und der Sensoreinrichtung zum Anzeigen erzeugter
FlüssigkeiX in der Strömungsleitung; Figur 3 eine schematische Darstellung der Zeitsteueranlage
mit dem Strömungsdiagramm; Figur 4 ein Blockdiagramm der elektrischen Schaltung
Figur 5 eine Skizze der einzelnen Elemente eines anderen Ausführungsbeispiels; Figur
6 ein Blockdiagramm der einzelnen Elemente des Ausführungsbeispiels nach Figur 5;
Figur 7 die Darstellung eines noch anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung; Figur
8 eine Skizze eines weiteren Ausführungsbeispiels; Figur 9 ein Blockdiagramm der
elektrischen Schaltung des Ausführungsbeispiels nach Figur 8; und Figur 10 die Skizze
eines weiteren Ausführungsbeispiels, der Erfindung.
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Figur 1 zeigt ein Bohrloch 10, in der sich eine (nicht dargestellte)
Unteroberflächenpumpe befindet, die in bekannter Weise mittels eines Saugstangenstrangs
11 betätigt wird. Die Bohrflüssigkeit, die zur Oberfläche gehoben wird, wird durch
eine Leitung 12 in einen Vorratsbehälter jieitet. Der Strang 11 wird durch die Bewegung
eines Bohrschwengels 13 im Bohrloch hin- und herbewegt, der über einen Pitman 14,
eine Kurbel 15 und ein Reduziergetriebe 16 von einem Motor 17, z.B. einem Elektromotor
angetrieben, der seine Energie über eine Beitung 18 bezieht. Der Motor 17 kann auch
ein Explosionsmotor sein, dessen Zündung dann über die Leitung 18 gesteuert wird.
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Die Ventilanordnung 19 nach Figur 2 befindet sich im Rohr 12 und besitzt
eine elektrische Leitung 20, die von der Ventileinrichtung 19 zu einer Schalttafel
21 führt, die in Figur 3 gezeigt wird.
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Die Ventileinrichtung 19 (Figur 2) ist von zylindrischer Form und
besitzt Gewindeverbindungen 22 und 23 an den entgegengesetzten Enden, um die Einrichtung
in die Strömungsleitung 12 (Figur 1) schalten zu können.
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Ein zylindrisches Ventilgehäuse 24 besteht aus Eunststoff und verläuft
senkrecht zur Achse zwischen den Gewindeenden 22 und 23. Es besitzt an seiner Außenfläche
einen Näherungsschalter 25, z.B. einen Rohrschalter, mit einer elektrischen Beitung
20, die zur Schalttafel 21 führt.
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Das Ventil 30 befindet sich im Gehäuse 24 und besitzt an seinem unteren
Ende einen länglichen zylindrischen
Teil 31 und im unteren Teil
des Gehäuses 24 einen kegelstumpfförmigen Verschlußabschnitt 32. Obwohl das Ventil
30 auf verschiedene Weise Hergestellt werden kann, kann es auch nach der ttSA-Patentanmelaung
serial No. 301. 557 vom 22. Oktober 1972 konstruiert sein.
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Auf diese Ausführung wird hier bezuggenommen.
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Am obersten Abschnitt des Ventilkörpers 31 ist ein Magnet 35 angebracht,
der den Näherungsschalter schließt, wenn sich das Ventil vom Sitz 33 abhebt. Zwischen
dem oberen Ende des Gehäuses 24 und dem Ventil 30 dient eine nicht magnetische Feder
36 dazu, um das Ventil 30 auf den Ventilsitz 33 zu bringen. Obwohl das Gehäuse 24
als aus Kunststoff hergestellt dargestellt ist, kann auch ein anderes nicht magnetisches
Gehäuse, z.B. aus bestimmten rostfreien Stählen verwendet werden.
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Der untere Abschnitt des zylindrischen Ventilgehäuses 24 über dem
Ventilsitz 33 ist gegenüber dem oberen Abschnitt des Gehäuses 24 vergrößert und
bildet so eine Kammer 37, um das Dichtungsteil 32 zu bewegen, wenn es sich vom Sitz
33 abhebt. Der Rand dieses vergröRerten Abschnitts besitzt zwei oder mehrere Öffnungen
38 und 39, damit Flüssigkeit hindurchgehen kann.
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Beim Betrieb der einlage nach den Figuren 1 und 2 wird die Flüssigkeit
aus dem Bohrloch 10 gepumpt, tritt in das Leitungsrohr 12 ein und wird dann durch
die Ventileinrichtung 19 gepumpt. ie besonders Figur 2 zeigt, verläuft die Strömung
vom Gewindeende 22 zum Gewindeende 23. Wenn die (nicht dargestellte) Unteroberflächenpumpe
ein Ansteigen der Flüssigkeit bewirkt, wird das Ventil vom Sitz 33 abgehoben und
Flüssigkeit tritt aus
den Gffnungen 38 und 39 und in das Gewindeende
23 ein und durch das Leitungsrohr 12 aus. Beim Abheben des Ventils 30 vom Sitz 33
kommt der Magnet 35 nahe an den Näherungsschalter 25 heran und schließt diesen,
wodurch die Leitung 20 geerdet wird.
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Figur 3 zeigt die Scha]ttafel 21 im einzelnen. Die Leitung 20, die
bei geschlossenem Schalter nach Figur 2 geerdet ist, ist an einen Integrationstaktgeber
40 geschaltet, dessen Ausgang an einem Abschalttaktgeber 41 liegt, dessen Ausgang
mit einem Pumpenanschalttaktgeber 42 verbunden ist. Der ausgang des Integrationstaktgebers
40 liegt ferner an einem veränderbaren elektronischen Einsteller 45, dessen Ausgang
einen optischen Überwacher 46 betriebt, der die Aifschrift "Anlagenüberwacher" trägt.
Der Ausgang des Pumpeneinscfhalttaktgebers 42 bewirkt über eine Xückstell-Leitung
43, daß jeder der drei Taktgeber beim Wiederumlaufen der anlage zurückgestellt wird.
Die Darstellung nach Figur 3 zeigt hauptsächlich die physikalische Konstruktion
des Taktgebermechanismus und den optischen Uberwacher 46. Wie mit Hilfe der figur
4 noch erläutert werden wird, besitzt der ;berwacher 46 eine bestimmte Zahl von
Lampen 1, 2 bzw. 3. Wenn die Signale nacheinander vom Einsteller 45 über diese Integrationstaktgeberschaltung
40 empfangen werden, werden die Lampen im Überwacher 46 nacheinander eingeschaltet
und zeilen an, wie oft die Anlage abgeschaltet worden ist. Beispielsweise wird die
anlage während des Betriebes das erste Mal abgeschaltet und die Zahl 1 wird von
einer roten Lampe am Überwacher 46 aufleuchten und die Zahlen 2 und 3 zeigen nachfolgende
Abschaltungen an. Zur Benutzung eines Streifensctreibers oder dergl. dient ein Anschluß
47 für einen ständigen
cberwacher des Betriebes der Anlage.
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Der Integrationstaktgeber 40, der Abschalttaktgeber 41 und der Pumpeneinschalttaktgeber
42 sind als erzeugt nisse der Firma Eagle Bliss Division of Gulf-iJestern Industries,
Inc. Baraboos, Wirkonsin, USA. unter den Bezeichungen Part. No. HP51A6 für den Integrationstaktgeber,
Part. o. HP510A6 für den hbschalttaktgeber und Part. No. HP56A6 für den Pumpeneinschalttaktgeber
im Handel erhältlich.
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Die elektrische Schaltung der anlage nach Figur 4 zeigt das erden
der Leitung 20 durch den Näherungsschalter 25, wenn der Stromkreis geschlossen wird.
Die Leitung 20 liegt an einem der Ausgänge des Oszillators 50, der sich in der Schaltung
des ntegrationstaktgebers befindet und auf jede gewünschte Frequenz eingestellt
werden kann, vorzugsweise aber bei etwa der doppelten Frequenz der des veränderbaren
Oszillators 51, arbeitet.
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Nach einem weiteren Beispiel besitzt der Oszillator 50 eine Nennfrequenz
von 10kHz und der veränderbare Oszillator ist auf 5 kHz eingestellt. Die Ausgänge
des Oszillators 50 und 51 liegen an Digitalzählern 52 bzw. 53, deren iiusgange in
eine Vergleichsschaltung 54 geschaltet sind. Wenn der usgang des Zählers 53 den
des Zählers 52 überschreitet, was von der Vergleichsschaltung 54 angezeigt wird,
so bedeutet dies, daß die anlage weniger als 50% der Zeit Öl pumpt. Bei diesem Vergleich
erzeugt die Vergleichsschaltung 54 ein Signal, das den Univibrator 55 auslöst, der
wiederum in andere Teile der Schaltung nach Figur 4 geschaltet ist. Obwohl der Oszillator
50 nach dieser Beschreibung bei der doppelten Frequenz des Oszillators 51 arbeitet,
können auch andere
Frequenzen benutzt werden, die andere Anteile
ergeben.
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wenn somit der Oszillator 50 j:uf die vierfache Frequenz des Oszillators
51 eingestellt ist, stellt die Anlage fest, ob während fünfundzwanzig Prozent der
Zeit Gl gepumpt wird. Vorzugsweise geht ein Vergleich aber eine gegebene zeitdauer,
z.B. her eine Minute.
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Dies beseitigt Probleme, die sich durch eine seltene Gasblase oder
dergl. ergeben könnten, die bewirken könnte, daß sich das Ventil nicht vom Jitz
33 bei einem gegebenen Pumphub abhebt. Da ein enteil von f;nfzig Prozent theoretisch
der vollkommene Zustand ist, kann eine vernünftige Einstellung des veränderbaren
Oszillators In Verbindung mit dem 10 kHz-Ausgang des Oszillators 50 bei 5 kHz liegen.
Unter diesen Bedingungen warde vom Univibrator 35 kein Signal erzeugt werden, bis
sich gezeigt hat, daß die anlage weniger als vierzig Prozent der Zeit in Betrieb
war. Hierfür dient ein Taktgeber 170 mit einem Ausgang an den Zählern 52 und 53
zum Liefern der gegebenen Zeit, der auf eine beliebige Zeitdauer, z.B. auf eine
Minute eingestellt werden kann. Der Taktgeber lauft während der normalen Pumpendauer
und wird von einem einzigen Ausgang des Pumpeneischalttaktgebers 42 an der Leitung
171 gestartet. Der Taktgeber wird von Abschaltsignal des Univibrators 55 angehalten,
das ün der Leitung 172 utertragen wird.
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Die Zähler 52 und 53 können übliche Schieberegister sein, die in die
Vergleichsschaltung 54 bei Empfang des Taktimpulses periodisch, z.B. jede Minute
eingeschaltet
werden. Während der Zeit zwischen der Beendigung
der Pumpeneinschaltzeit und dem Abschaltsignal des Inivibrators 55 überträgt der
Taktgeber Ausgangsimpuls zu den gegebenen Intervallen an die Schieberegister. Durch
Vergleich der Ausgänge dert Zähler 52 und 53 bestimmt aie Vorrichtung, ob der zeitliche
nteil, während dem der Schalter 25 geschlossen ist, bei oder unter dem gegebenen
ert liegt.
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Der Ausgang des Taktgebers 170 liegt ferner an einem Eingang eines
Und-Tores 1743, das im Rückstellkreis des Einstellers 45 verwendet wird. Das Und-Tor
173 ist durch eine Rückstell-Leitung 174 mit dem Einsteller 45 verbunden und nimmt
als zweiten Eingang das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 54 auf, kehrt dieses
Signal um und überträgt es auf das Und-Torr 173.
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Der Ausgang des Univibrators 55 ist über die Leitung 60 mit dem Eingang
des Abschalttaktgebers 41 verbunden, der auf jede gegebene Zeit z.B. auf vier Stunden
eingestellt werden kann. Der Ausgang des Taktgebers 41 liegt am iflingang eines
Pumptaktgebers 42, der ebenfalls -uf eine beliebige Zeit, z.B. auf zwanzig Minuten
eingestellt sein kann. Die Taktgeber 41 und 42 enthlten je einen Univibrator zum
Erzeugen eines einzelnen Impulses an den entsprechenden Ausgängen beim Ablauf der
gegebenen Zeiten.
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Die Leitung 60 liegt ferner an der Spule 63 eines Relais 64, dessen
andere Seite geerdet ist. Das Relais 64 besitzt einen irbeits- und einen Ruhekontakt.
Der Ausgang des Abschalttaktgebers liegt ferner an der Spule 65 eines Relais 66,
deren andere Seite geerdet ist.
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Das Relais 66 besitzt ferner je einen Arbeits- und einen Ruhekontakt.
Der Ausgang des Pumptaktgebers 42 liegt an der Spule 67 eines Relais 68, deren andere
Seite geerdet ist. Das Relais 68 besitzt je einen Arbeits- und einen Ruhekontakt.
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Der untere Arbeitskontakt des Relais 64 liegt an einer Energiequelle,
die als Batterie 70 dargestellt ist, die eine Spannung liefert, die das Relais 64
im angezogenen Zustand hält. Der untere Arbeitskontakt des Relais 66 liegt in gleicher
Weise an einer Energiequelle 71 für ähnliche Zwecke. Der obere Ruhekontakt des Relais
G4 liegt n einer Leitung 72, die wiederum mit dem oberen Arbeitskontakt des Relais
66 verbunden ist.
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T)e:r obere Kontaktarm des Relais 64 liegt ar einer Leitung 73, die
unmittelbar mit der Antriebsenergiquelle 74 verbunden ist. Die Leitung 73 ist ferner
mit dem oberen Kontaktarm des Relais 66 verbunden. Der unter Kontaktarm des Relais
64 liegt am unteren Kontaktarm des Relais 66. Der untere Kontaktarme des Relais
66 ist mit dem unteren Kontaktarm des Relais 68 verbunden.
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Die nicht geerdete Seite der pule 65 des Relais 66 liegt am unteren
Ruhekontakt des Relais 68. Der obere Ruhekontakt des Relais 68 liegt an der nicht
geerdeten Seite der Spule 63 des Relais 64.
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Der Ausgang des Univibrators 55 liegt ferner über einer Leitung 80
am Eingang eines veränderbaren elektronischen Einstellers 45, der z.B. einen Impuls
bei je drei Impulsen eines Univibrators 55 erzeugt. Der Ausgang des minstellers
45 liegt an der Oberseite der Spule 82 eines Relais 83, deren andere Seite geerdet
ist. Der Ruhekontakt
des Relais 83 liegt unmittelbar am Antrieb
17.
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Der obere Kontaktarm des Relais 83 ist mit der Leitung 72 verbunden.
Der untere Kontaktarm des Relais 83 liegt an einer Energiequelle zum Anziehen des
Relais 83. Der untere arbeitskontakt des Relais 83 ist über einen federnd vorgespannten,
normalerweise geschlossenen Schalter 85 zur nicht geerdeten Seite der Spule 82 des
Relais 83 zurück geführt.
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Im Betrieb der Schaltung nach Figur 4 erzeugt ein ungünstiger Vergleich
in der Schaltung 54 einen einzelnen Spannungsimpuls vom Ausgang des Univibrators
55, der sich an den Leitungen 60 und 80 ergibt. Ein solcher, am Eingang des iibschalttaktgebers
41 erscheinender Impuls läßt den Taktgeber 41 für eine gegebene Zeit, z.B.
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für vier Stunden, zählen. Gleichzeitig mit dem Erzeugen dieses Signals
am Leiter 60 wird das Relais 64 kurzzeitig erregt und in eine Lage gebracht, in
der die rme in Kontakt mit den Arbeitskontakten kommen. Die Energiequelle 70 bewirkt
das ziehen der Relais in dieser Stellung. Dadurch wird die Antriebsenergiequelle
74 vom Antrieb 17 abgeschaltet und das Pumpen beendet. Sobald wie die eingestellte
Zeit des Abschalttaktgebers 41 abgelaufen ist, wird ein Einzelimpuls am Ausgang
des Taktgebers 41 erzeugt, der das Relais 66 betätigt. Dadurch kommt das Relais
in eine Stellung, in der die Kontaktarme die Jirbeitskontakte berühren, und die
Energiequelle 74 wird an den Antrieb 17 gelegt und das Pumpen beginnt wieder.
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Gleichzeitig mit dem Einschalten des Pumpentaktgebers 42, der auf
eine gegebene »auer z.B. auf 20 Minuten eingestellt ist, wird ein Einzelimpuls erzeugt,
der zum Rückstellen des Pumpentaktgebers 42 des Abschalttaktgebers
41
und der Zähler 52 und 53 des Integrationstaktgebers zurückgekoppelt ist. Gleichzeitig
mit dem Zurückstellen betätigt der Ausgang des Pumpentaktgebers 42 das Relais 68,
das die Relais 64 und 66 abfallen läßt und seine Arme in die in Figur 4 gezeigten
Stellung zurückkehren läßt. Dadurch kann der Ausgang der antriebsenergiequelle 74
am Antrieb 17 bleiben und die Anlage ist wieder umgelaufen.
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Wenn der Univibrator 55 einen Spannungsimpuls an der Leitung 80 erzeugt,
wird der Impuls in den veränderbaren Einsteller 45 gekoppelt, der z.B. so eingestellt
ist, daß er einen Einzelimpuls bei je drei Impulsen erzeugt. Nach dreimaligen Abschalten
der Anlage, wenn sie nicht inzwischen durch einen Impuls an der Rückstell-Leitung
174 zurückgestellt worden ist, werden vom Univibrator 55 drei Impulse erzeugt. Somit
erzeugt der Einsteller 45 einen Einzelimpuls an seinem Ausgang, der das Relais 83
betätigt und durch die Energiequelle 84 in diese Stellung bringt. Dadurch wird die
Antriebsenergiequelle vom Antrieb 17 abgeschaltet und das Pumpen beendet. Die Anlage
kann an dieser Stelle nicht wieder anlaufen, bis der federnd vorgespannte Schalter
85 von Hand in die offene Stellung gebracht worden ist, um das Relais 83 abfallen
zu lassen, wodurch die Anlage wieder anlaufen kann. Vor einer gegebenen Zahl umproduktiver
Umläufe läßt eine logische "O" lt am Ausgang der Vergleichsschaltung 54 eine logische
11111 in das Und-Tor 173 koppeln, das zusammen mit dem Taktimpuls den Einsteller
zurücksetzt.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Figur 5 in Verbindung
mit dem Bohrlochpumpen gezeigte
das dem nach Figur 1 ähnlich ist.
anstelle eines Ventils zum Anzeigen der Flüssigkeitsströmungsmenge in der Leitung
12 sind jedoch Mittel zum bberwachen des Belastungsstromes des Pumpenmotors (Figur
6) vorgesehen, um den Pumpenbetrieb anzuzeis;en. Die Schaltung befindet sich auf
der Schalttafel 100 und dient zum Überwachen des Belastungsstromes der Pumpe 101.
Am Bohrschweflgel 103 befindet sich ein Schalter 102, der elektrisch in die Schaltung
auf der Schalttafel gelegt ist, die in Figur 6 gezeigt wird. Der Schalter 102 ist
vorzugsweise ein Quecksilberschalter mit einer oder mehreren Schaltelementen, der
sich am Bohrschwengel befindet und entweder beim ;Lufwärts- oder beim abwärtshub
des Schwengels geöffnet oder geschlossen werden kann.
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Figur 6 zeigt schematisch die Schaltung der Vorrichtung nach figur
5 mit einem Motor 101, der von einer Energiequelle gespeist wird, die an den Eingangsklemmen
105, 106 und 107 liegt. Diese Energiequelle kann eine Dreiphasenwechselspannung
liefern. Die Primärwicklung 108 eines Transformators 109 ist mit der Phase in Serie
geschaltet, die an der Klemme 107 liegt. Die Sekundärwicklung 110 des Transformators
109 liegt an einem Differenzverstärker 111 über einen Schalter 102, der vom Bohrschwengel
103 (Figur 5) so geregelt wird, daß die Spannung nur dann angelegt wird, wenn es
von der Lage des Bohrschwengels bestimmt ist. Ein zweiter Transformator 112 liefert
von den Eingangsklemmen 113 und 114 eine Bezugsspannung an einen zusätzlichen Eingang
des Differenzverstärkers 111. Vorzugsweise liefert der üblich aufgebaute Verstärker
111 eine Ausgangsspannung
dann, wenn die Spannung am Transformator
109 die Spannung überschreitet, die über den Transformator 112 an den Differenzverstärker
gelangt.
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Auch wenn der Schalter 102 sich entweder bei der Aufwärts- oder der
abwärtsbewegung des Schwengels 103 schließen kann, soll beim bevorzugten Beispiel
der Schalter bei der Äufwärtsbewegung geschlossen werden, um anzuzeigen, daß die
Flüssigkeit, z.B. Öl, von der Pumpe angehoben wird. Wie bekannt, zieht der Liotor
101 mehr Strom, wenn Öl gefördert wird, als wenn die Pumpe trocken läuft. In diesem
Fall erzeugt der Differenzverstärker ein Ausgangssignal, das an die Spule 113 des
Relais 114 gelegt wird. Der Kontaktarm 115 des Relais 114 ist geerdet und der ibeitskontakt
116 liegt am Oszillator 117. Der Ausgang des Oszillators 117, der ebenso arbeitet
wie der Oszillator 50 nach Figur 4, ist an einen Zähler geschaltet, der dem Zähler
52 nach Figur 4 vergleichbar ist.
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Beim Betrieb der Schaltung nach Figur 6 zieht die Primärwicklung beim
Schließen des Schalters 102 bei der iiufw'jrtsbewegung des Bohrschwengels 103 über
den Kotor 101 Strom. Dieses Signal gelangt an den Differenzverstärker 111 in einer
höheren Stärke als die des Signals über den Transformators 112 und somit wird eine
Spannung an die Spule 113 des Relais 114 gelegt. Dadurch wird der Kontakt 116 geerdet
und der Oszillator koppelt Impulse in einen entsprechenden Zähler. Danach arbeitet
die Schaltung ähnlich wie die nach Figur 4 und es erfolgen Vergleiche mit einem
anderen Oszillator für eine ver«nderbare Frequenz und einem zugeordneten Zähler,
um zu besti-lmen, ob die einlage eine gegebene Zeit während einer bestimmten Der
normal arbeitet.
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Bei einem nicht während der gegebenen Zeit normal arbeitenden Anlage
schaltet diese ab und läuft wieder an, wie es anhand der Figur 4 beschrieben worden
ist.
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Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfingung,bi dem
eine Pumpenvorrichtung, die der nach Figur 5 ähnlich ist, gezeigt wird, das aber
einen hydraulischen Belastungsanzeiger 120 aufweist, wie er von der Firma Huber
Corporation geliefert wird, und der sich im Saugstangenstrang 121 befindet. Dieser
Anzeiger erzeugt ein Signal hydraulischen Drucks von 15 kg/cm² für je 1000 kg Stangengewicht.
Ein solcher Druck wird von der hydraulischen Leitung 122 an einen hydraulisch betriebenen
Druckschalter 123 geführt, auf den der Druckmechanismus des Schalters eingestellt
werden kann. Bei einem typischen Beispiel wird der Druckschalter auf 55 kg/cm² als
Schwelldruck eingestellt, so daß der Druckschalter 123 ein elektrisches Signal an
seine Ausgangsleitungen abgibt, das verwendet werden kann, wenn der Druck 55 kg/cm²
überschreitet. Dieses Signal wird über eine Leitung 124 an den Eingang eines NOR-Tores
125 gelegt, dessen Ausgang in einen Eingang des Und-Tores 126 gekoppelt ist, dessen
anderer Eingang in den Zähler gekoppelt ist, der eine normale Pumpenfolge anzeigt.
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Wenn auch beim bevorsuuten AusSührungsbeispiel ein Taktgeber 127 zum
Erzeugen von Impulsen verwendet werden soll, die die Abwärtsbewegung des Bohrschwengels
128 anzeigen, kann auch ein Schalter nach den-Figuren 5 und 6 eine Spannungsquelle
in das Und-Tor 126 eingekoppelt werden.
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Nach den Figuren 4,5 und 6 arbeitet die Vorrichtung und Schaltung
nach Figur 7 in ganz ähnlicher Weise, in der die normale Pumpenfolge das Relais
129 bei jedem Pumpenhub betätigt, bei dem Öl erzeugt wird, und die Impulse in einen
Zähler gegeben werden, der dem Zähler 52 nach Figur 4 ähnlich ist, und der Rest
der Schaltung des Zählers 48 kann zum Bestimmen dienen, ob die Pumpe Flüssigkeit
für mindestens den gegebenen Zeitanteil während einer gegebenen Zeit fördert.
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Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel wird in Figur 8 gezeigt. Dort ist
am Bohrschwengel 151 ein Dehnungsmesser 150 in bekannter Weise angebracht, um zu
bestimmen, ob der Schwengel 151 eine normale Beanspruchung erfährt, die sich aus
der normalen Pumpenfolge des Förderns von Flüssigkeit, z.B. Öl, aus einem Bohrloch
ergibt. Ein Schalter 152, der beispielsweise dem Schalter 102 nach Figur 6 entspricht,
dient zum Messen der Belastung entweder beim AuSwärts- oder beim Abwärtshub des
Bohrschwengels 151. Der Ausgang des Dehnungsmessers 150 ist mit dem der Eingangsklemme
153 auf der Schalttafel 154 verbunden und wird von einem Verstärker 155 verstärkt
und ist über den Schalter 152 in einen Differenzverstärker 156 gekoppelt. In einen
anderem Eingang des Differenzverstärkers 156 ist eine Bezugsspannung 162 eingekoppelt,
die auch in einen anderen Eingang des Differenzverstärkers 156 gekoppelt ist. Der
Ausgang des Differenzverstärkers 156 liegt an einer Spule 157 eines Relais 158,
dessen Sontaktarm geerdet ist. Der Arbeitskontakt 160 liegt am Oszillator 161, dessen
Ausgang in einen Zähler geschaltet ist, der dem Zähler 52 nach Figur 4 entspricht.
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Im Betrieb von Vorrichtung und Schaltung nach den Figuren 8 und 9
wird das elektrische Signal, das vom Durchmesser 150 gemessen worden ist, mit der
Bezugsspannung 162 beim Aufwärtshub des Bohrschwengels 151 verglichen, wodurch der
Schalter 152 geschlossen wird, Beim überschreiten eines gegebenen Wertes wird das
Relais 158 betätigt und der Oszillator 161 geerdet.
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Bei jedem Pumpenzyklus, bei dem die Beanspruchung unter normal liegt,
liefert der Differenzverstärker keinen Ausgang und somit wird der Oszillator 161
nicht geerdet. Bei jedem normalen Pumpenzyklus, d.h. bei dem Öl gefördert wird,
wird der Oszillator 161 geerdet und die Impulse werden in einen Zahler gegeben und
danach arbeitet die Schaltung, wie es in Verbindung mit Figur 4 erläutert worden
ist.
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Figur 10 zeigt schematisch eine Bohrlochpumpenanlage mit einer üblichen
Pumpenvorrichtung auf der Erdoberfläche, wie sie z.B. in Figur 5 gezeigt wird, und
mit einer Rohrleitung 180, die von der Erdoberfläche zum Ort der Flüssigkeit im
Bohrloch führt und die gefördert werden soll. Zwischen der Erdformation und dem
Inneren des Bohrlochs wird ein Gehäuse 182 gehalten.
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An der Saugstange 184 befindet sich eine übliche Pumpe 183, die in
bekannter Weise die Flüssigkeit 181 durch die Leitung 180 zur Erdoberfläche pumpt.
In das Bohrloch entlang der Rohrleitung 180 wird ein kleines Rohr 185 gesenkt, das
einen Differenztialdruckmesser oder eine andere übliche Einrichtung zum uebertragen
eines Signals zur Erdoberfläche besitzt, die den Flüssigkeitspegel im Bohrloch unter
dem Sensor oder einen anderen Detektor anzeigt, der sich in der Rohranlage 185 befindet.
Die Rohrleitung 185 ist durch eine Leitung 186 an
der Erdoberfläche
mit einen Schalter 187 verbunden, der ein elektrisches Signal an seinem Ausgang
entsprechend dem Sensor im Rohr 185 erzeugt, der sich über dem Flüssigkeitspegel
im Bohrloch befindet.
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Der elektrische Ausgang des Schalters 187 ist in den Eingang eines
Inverters 188 geschaltet, dessen Ausgang in einen der Ausgänge des Und-Tores 189
führt, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang eines Taktgebers 190 verbunden ist,
der elektrische Impulse erzeugt, die mit der Bewegung des Bohrschwengels 191 der
Pumpervorrichtung übereinstimmen. Der Ausgang des End-Tores 191 liegt an der Spule
192 eines Relais 193, deren andere Seite zusammen mit dem J'rm des Relais geerdet
ist.
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Der Arbeitskontakt 194 des Relais 193 liegt am Oszillator 195 ähnlich
wie bei den anderen Beispielen, z.B.
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wie bei dem nach Figur 6.
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Beim Betrieb von Vorrichtung und Schaltung, die schematisch in Figur
10 gezeigt werden, befindet sich der im Rohr 185 befindliche Sensor während des
normalen Pumpenvorganges unter dem Flüssigkeitspegel 181 im Bohrloch und es wird
vom Schalter 187 kein Signal gegeben. Somit wird eine logische t10tt an den Eingang
des Inverters 188 und eine logische "1" lt an den Eingang des Und-Tores 189 gelegt,
der der Ausgang des Taktgebers 190 ist. Bei Betrieb der Pumpe wird somit am ausgang
des Und-Tores 193 bei jedem Pumpenzyklus ein Signal erzeugt, während sich das Öl
oder eine andere Flüssigkeit im Bohrloch über einem gegebenen Pegel befindet.
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Dadurch wird das Relais 193 betätigt und der Oszillator 195 geerdet.
Die Schaltung arbeitet dann in der in Verbindung mit Figur 4 beschriebenen Weise.
Diese Schaltung
bestimmt somit, ob das Ol im Bohrloch sich über
ei--nem bestimmten Pegel für mehr al. einem gegebenen zeitlichen Anteil während
eines Intervalls befindet.
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Es sind aber auch andere Einrichtungen zum Bestimmen des Pegeln der
Flüssigkeit 181 im Bohrloch bekannt z.B. akustische Einrichtungen,Si denen akustische
Wellen von der Erdoberfläche zur Blussigkeitsoberfläche übertragen und die zurückgeführten
Wollen auf ihres Weg von der Erdoberfläche zur Plüssigkeitsfläche untersucht werden,
um die Tiefe der Flüssigkeit im Bohrloch zu bestimmen. In einer der in Verbindung
mit der Vorrichtung nach Figur 10 beschriebenen analogen Weise können solche akustischen
Verfähren verwendet werden, um anzuzeigen, daß der Flüssigkeitspegel sich auf einer
bestimmten Höhe für mindestens einem gegebenen Anteil während eines bestimmten Intervalls
befindet.
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Es sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben
und dargestellt worden, bei denen eine ganz neue und verbesserte Anlage den zeitlichen
Anteil bestimmt, in dem Flüssigkeit aus einer Ölbohrung gewonnen wird und der Pumpbetrieb
bei dieser Bestimmung geregelt wird. Der Fachmann kann Abänderungen dieser Ausführungsbeispiele
vornehmen. Beispielsweise können andere Ventile und Abtastmachanismen zum Erzeugen
einer Anzeige der normalen Folge des Pumpens von Flüssigkeit verwendet werden. So
kann der Gebrauch eines Schwimmerventils bekannter Art ein elektrisches Signal oder
dergl.
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erzeugen. Dies kann dann zum Unterstützen des Bestimmens des zeitlichen
Anteils benutzt werden, in dem Öl durch die Leitung fließt. Während beim bevorzugten
Ausführungsbeispiels
verschiedene mechanische und elektromechanische
Taktgebermechanismen wie auch Festzustandseinrichtungen wie die Einstellschaltung
45 verwendet werden, ist dem Fachmann bekannt, daß äquivalente Einrichtungen zum
Erzielen der Ergebnisse der Erfindung benutzt werden können. Beispielsweise kann
die gesamte Schaltung nach Figur 4 aus Festzustandselementen bestehen, um Platz
und Kosten einzusparen und auch die Zuverlässigkeit wesentlich zu verbessern. Obwohl
beim bevorzugten Ausführungsbeispiel elektrische Signale den zeitlichen Anteil bestimmen,
in dem Öl gepumpt wird, weiß der Fachmann ferner, daß auch pneumatische Signale
hierfür benutzt werden können. Obwohl nicht dargestellt, kann in gleicher Weise
eine gippspannungseinrichtung verwendet und deren Amplitude zu einer gegebenen Zeit
mit einer bekannten Amplitude verglichen werden, um den zeitlichen Anteil zu bestimmen,
in dem Öl gepumpt wird.
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