DE4012625A1 - Vorrichtung zur entnahme von wasserproben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Wasserproben, insbesondere aus Bohrlöchern, die eine Bedieneinheit sowie einen von einer Steuervor­ richtung beaufschlagten und mit mindestens einer ver­ schließbaren Öffnung versehenen Probenbehälter auf­ weist.

Derartige Vorrichtungen werden verwendet, um flüssige Proben aus dem Bereich eines Bohrloches zu entnehmen. Bislang bekannte Vorrichtungen sind nicht in der Lage, die Proben ereignisgesteuert, d. h. mit genügender Po­ sitioniergenauigkeit automatisch zu entnehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, daß in einem weiten Einsatzbereich ereignisgesteuert eine hohe Positioniergenauigkeit nach vorgegebenen Pa­ rametern gewährleistet und der Einsatz bei geringen Bohrlochdurchmessern durchführbar ist sowie mit einem geringen Energiebedarf ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bedieneinheit einen bidirektionalen optischen Da­ tenübertragung zur Programmierung und Datenübernahme aufweist und eine Probenahme über mindestens einen Sensor ereignisgesteuert wird, indem ein elektro-me­ chanisch in Richtung der Längsachse beweglicher Aus­ lösestößel betätigbar ist, der ein Verbindungselement mit dem Probebehälter zur Freigabe von Befüllungen in eine Aufnahmelage in Längsrichtung verschiebt, wobei die Befüllöffnungen in einer Ausgangslage durch ein Gehäuse schiebeartig abgedeckt sind und die Öffnung des Probebehälters durch einen Abschlußkolben verschließbar ist, und das die Sensordaten, die Zeit und die Aus­ löseparameter in der Steuervorrichtung speicherbar sind.

Durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination ist es möglich, in Abhängigkeit von einem vom Sensor erfaßten Parameter des im Bohrloch befindlichen Mediums die Probe zu entnehmen. Bei Erreichen des vorgesehenen Sensorwertes wird dazu der Probenbehälter durch die Steuervorrichtung so positioniert, daß ein Einströmen des Mediums ermöglicht wird. Nach Befüllung des Pro­ benbehälters wird dieser durch einen nachlaufenden Ab­ schlußkolben verschlossen, um weiteres Eindringen des im Bohrloch befindlichen Mediums sowie ein Austreten des vom Probenbehälter aufgenommenen Mediums zu ver­ hindern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorge­ schlagen, daß der Auslösestößel über Federn beauf­ schlagt und mit einer steuernden Auslöseeinrichtung derart verbunden ist, daß der Probenbehälter aus der Ausgangslage in die Aufnahmelage sowie der Abschluß­ kolben in die Verschlußlage bringbar ist. In jedem Be­ triebszustand nimmt der Probenbehälter dadurch eine definierte Position relativ zum Gehäuse ein.

Zur Erhöhung der Funktionsfähigkeit mit geringem Ener­ gieaufwand ist vorgesehen, daß das Gehäuse oberhalb des Verbindungselementes eine Zutrittsbohrung für einen Entlastungsdruck des Abschlußkolbens aufweist.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Sen­ sor als Drucksensor und/oder Temperatursensor ausge­ bildet ist.

Zur Ermöglichung einer Probenaufnahme in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Zeitablauf wird vorgeschlagen, daß die Auslöseeinrichtung von einer Zeitsteuerung be­ aufschlagt ist.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, daß im Gehäuse ein Kommunikationsfenster angeordnet ist, in dessen Bereich eine Gehäusekommunikationseinrichtung vorge­ sehen ist. Hierbei wird vorgeschlagen, daß das Kommu­ nikationsfenster aus Quarzglas ausgebildet ist.

Für eine weitgehende Beweglichkeit wird vorgeschlagen, daß die optische Datentelemetrie, visualisiert über einen Rechner, im wesentlichen aus einer Kommunika­ tionseinrichtung im Gehäuse und einer Bedienungskommu­ nikationseinrichtung am Rechner besteht, die jeweils durch einen Phototransistor sowie durch eine LED ge­ bildet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es mög­ lich, daß das Gehäuse als ein Druckbehälter ausgebildet ist. Darüber hinaus ist vorgesehen, daß im Gehäuse eine die Steuervorrichtung inklusive Datenspeicher sowie die Auslöseeinrichtung speisende Energieversorgung ange­ ordnet ist. Hierbei wird vorgeschlagen, daß die Ener­ gieversorgung aus mindestens einem Akkumulator ausge­ bildet ist. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß die Bedieneinrichtung als ein Standard-PC oder Laptop ausgebildet ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich­ nungen veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung;

Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung einer op­ tischen Datentelemetrie.

Die dargestellte Vorrichtung zur Entnahme von Bohr­ lochproben besteht im wesentlichen aus einer in einem Gehäuse 1 angeordneten Steuervorrichtung 2, an deren Ende ein mit einer verschließbaren Öffnung 3 versehener Probenbehälter 4 über ein Verbindungselement 5 lösbar angeordnet ist.

Von der Steuervorrichtung 2 wird ein Auslösestößel 6 ausgelöst, der durch Federn 26 unterstützt wird und relativ zum Gehäuse 1 bewegbar ist und dabei den Pro­ benbehälter 4 mit seinem Verbindungselement 5 aus einer Ausgangslage in eine Aufnahmelage zur Befüllung ver­ schiebt. Das Verbindungselement 5 besitzt zu diesem Zweck radiale Befüllöffnungen 7, die in der Ausgangs­ lage durch das Gehäuse 1 abgedeckt sind und in der Aufnahmelage bei Verschiebung durch den Auslösestößel 6 freigegeben werden. Gleichzeitig wird über den Auslösestößel 6 über eine koaxial angeordnete An­ triebsstange 8 ein der Öffnung 3 zugeordneter Ab­ schlußkolben 9 ausgelöst, der den Probenbehälter 4 im Nachlauf verschließt.

Die Steuervorrichtung 2 wird in diesem Fall durch einen Sensor 10 angesteuert, der als Drucksensor ausgebildet ist. Es ist aber auch möglich, den Sensor 10 als Tem­ peratursensor oder als einen Sensor für eine Leitfä­ higkeit, ein Redoxpotential, einen pH-Wert oder einen Sauerstoffgehalt eines einem Bohrloch zu entnehmenden Mediums auszubilden. Es ist selbstverständlich möglich, mehrere Sensoren 10 vorzusehen und mit mindestens einigen der Sensoren 10 unterschiedliche Parameter des im Bohrloch enthaltenen Mediums zu er­ fassen. Einer dieser Sensoren 10 ist im Gehäuse 1 in einem als Bohrung 11 ausgebildeten Durchtrittskanal angeordnet. Selbstverständlich kann der Sensor 10 auch an der Außenwandung des Gehäuses angeordnet sein.

Der Sensor 10 ist zur Übertragung von Daten mit der Steuervorrichtung 2 verbunden. Die Steuervorrichtung 2 ist im wesentlichen aus elektronischen Bauelementen ausgebildet und auf drei Baugruppen angeordnet. Es ist eine Datentelemetriebaugruppe 12, eine Meßdatenerfas­ sungsbaugruppe 13 sowie eine Auslöseansteuerungsbau­ gruppe 14 vorgesehen. Die Auslöseansteuerungsbaugruppe 14 ist mit einer im wesentlichen elektro-mechanisch ausgebildeten Auslöseeinrichtung 15 für den Auslöse­ stößel 6 verbunden. Die Auslöseeinrichtung 15 positio­ niert den Probenbehälter 4 mit Hilfe des Auslösestößels 6 in unterschiedlichen stationären Positionierungen. Es handelt sich dabei um eine Ausgangslage, die der Pro­ benbehälter 4 während seines Transportes zu einer Ent­ nahmestelle einnimmt, einer Aufnahmelage, bei der der Probenbehälter 4 mit seinen Befüllöffnungen 7 im Bereich außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist und um eine Verschlußlage, in der die Öffnung 3 durch den Ab­ schlußkolben 9 des Probenbehälters 4 gegenüber seiner Umgebung abgeschlossen wird.

Der Abschlußkolben 9 wird über die Bohrung 11 dabei mit einem Ausgleichsdruck versorgt, der den Schließvorgang unterstützt.

Die Steuervorrichtung 2 und die Auslöseeinrichtung 15 sind mit einer elektrischen Energieversorgung 16 ver­ bunden. Die Energieversorgung 16 ist aus wiederauflad­ baren Akkumulatoren oder Einwegbatterien gebildet. Im Bereich der dem Probenbehälter 4 abgewandten Seite des Gehäuses 1 ist ein Kommunikationsfenster 17 angeordnet, das im wesentlichen Bereich seiner Ausdehnung transpa­ rent ausgebildet ist. Insbesondere ist daran gedacht, das Kommunikationsfenster 17 aus Quarzglas auszubilden. Im Bereich der dem Innenraum des Gehäuses 1 zugewandten Seite des Kommunikationsfensters 17 ist eine Gehäuse­ kommunikationseinrichtung 18 angeordnet, die im we­ sentlichen aus einem Phototransistor 19 sowie einer Gehäuse-LED 20 ausgebildet ist.

Die Gehäusekommunikationseinrichtung 18 ist über eine optische Datentelemetriestrecke 21 mit einer Bedien­ kommunikationseinrichtung 22 verbunden, die einen Pho­ totransistor 19 sowie eine LED 20 aufweist.

Die Bedienkommunikationseinrichtung 22 ist mit einer Bedieneinrichtung 25 verbunden, die mindestens bereichsweise als ein Digitalrechner ausgebildet ist. Insbesondere ist daran gedacht, die Bedieneinrichtung 25 als einen als Laptop bezeichneten transportablen Digitalrechner auszubilden. Im Bereich der Bedienein­ richtung 25 ist eine eine Datenspeicherung ermöglichende Diskettenstation und eine Festplatte so­ wie ein Etikettendrucker angeordnet.

Das Gehäuse 1 sowie der Probenbehälter 4 sind aus kor­ rosionsbeständigen Materialien ausgebildet. Der Probe­ behälter 4 kann aus Kunststoff oder einem korrosions­ armen Stahl, beispielsweise V4A, ausgebildet sein. Es ist auch möglich, im Bereich eines Innenraumes des Probenbehälters 4 eine Teflon-Beschichtung vorzusehen. Sowohl das Gehäuse 1 als auch der Probenbehälter 4 sind mit glatten und hinterschneidungsfreien Oberflächen ausgestattet.

Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Funktion ist eine automatische Batterieüberwachung realisiert, die bei einem unzureichenden Energievorrat eine Selbstab­ schaltung auslöst. Darüber hinaus ist vorgesehen, über die Bedieneinrichtung 25 den Probenehmer zu programieren. Ebenfalls kann über der Bedieneinrichtung 25 ein anderes Entnahmekriterium festgelegt werden, beispielsweise statt der Auslösung der Befüllung des Probenbehälters 4 in Abhängigkeit von der Absenktiefe eine Befüllung in Abhängigkeit von einer anderen mit Hilfe der Sensoren 10 erfaßten physikalischen Eigen­ schaft des zu entnehmenden Mediums, beispielsweise dessen Temperatur, festgelegt werden.

Zur Entnahme einer Bohrlochprobe aus einem Bohrloch wird die Vorrichtung in das Bohrloch abgesenkt nachdem sie durch den Laptop 25 programiert wurde. Nach er­ folgter Probenahme wird die Gehäusekommunikationsein­ richtung 18 mit der Bedienkommunikationseinrichtung 22 verbunden. Über die optische Datentelemetriestrecke 21 werden Meßdaten von der Steuervorrichtung 2 zur Be­ dieneinrichtung 25 übermittelt und in umgekehrter Richtung Steuerbefehle übertragen. Von den Sensoren 10 ermittelte Meßwerte können so im Bereich der Bedien­ einrichtung 25 angezeigt werden. Es ist darüber hinaus möglich, den zeitlichen Verlauf der gemessenen Para­ meter graphisch im Bereich der Bedieneinrichtung 25 darzustellen. Mit Hilfe des Drucksensors wird bei­ spielsweise die Absenktiefe ermittelt und im Bereich der vorgesehenen Positionierung die Befüllung des Pro­ benbehälters 4 ausgelöst. Der Probenbehälter 4 wird dazu aus seiner Ruhelage in die Aufnahmelage ver­ schoben, und nimmt das im Bohrloch enthaltene Medium auf. Anschließend wird der Probenbehälter 4 vom Ab­ schlußkolben 9 verschlossen, daß der Innenraum des Probenbehälters 4 mit dem darin eingeschlossenen Medium gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Alternativ zur Auslösung des Befüllvorganges in Abhängigkeit vom ermittelten Druck oder einem anderen physikalischen Parameter des Bohrlochmediums kann auch eine Auslösung mit Hilfe einer Zeitsteuerung vorgesehen sein.

Bei mehreren Sensoren 10 werden die von ihnen abgege­ benen analogen Meßsignale mit Hilfe eines Multiplexers einem Analog-Digital-Wandler im Probenehmer zugeführt, der die gewandelten Meßdaten zur Meßdatenerfassungs­ baugruppe 13 überträgt.

Nach einer Entnahme der Vorrichtung aus dem Bohrloch kann der Probenbehälter 4 vom Gehäuse 1 gelöst und mit Hilfe eines vom Etikettendrucker hergestellten Eti­ kettes, auf dem die spezifischen Daten angegeben sind, in eindeutiger Weise gekennzeichnet werden. Ein Trans­ port der Vorrichtung kann in einfacher Weise in einem Transportkoffer erfolgen, der für die einzelnen Ele­ mente der Vorrichtung vorgesehene Aufnahmen aufweist.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Entnahme von Wasserproben, insbe­ sondere aus Bohrlöchern, die eine Bedieneinheit sowie einen von einer Steuervorrichtung beauf­ schlagten und mit mindestens einer verschließbaren Öffnung versehenen Probebehälter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedieneinheit einen bidirektionalen optischen Datenübertragung zur Programmierung und Datenübernahme aufweist und eine Probenahme über mindestens einen Sensor (10) ereignisgesteuert wird, indem ein elektro-mecha­ nisch in Richtung der Längsachse beweglicher Aus­ lösestößel (6) betätigbar ist, der ein Verbin­ dungselement (5) mit dem Probebehälter (4) zur Freigabe von Befüllöffnungen (7) in eine Aufnahme­ lage in Längsrichtung verschiebt und die Öffnung (3) des Probebehälters (4) durch einen Abschluß­ kolben (9) verschließbar ist, wobei die Befüllöffnungen (7) in einer Ausgangslage durch ein Gehäuse (1) schiebeartig abgedeckt sind, und daß die Sensordaten, die Zeit und die Auslöseparameter in der Steuervorrichtung (2) speicherbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Auslösestößel (6) über Federn (26) beaufschlagt und mit einer steuernden Auslöseein­ richtung (15) derart verbunden ist, daß der Pro­ benbehälter (4) aus der Ausgangslage in die Auf­ nahmelage sowie der Abschlußkolben (9) in die Ver­ schlußlage bringbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (1) oberhalb des Verbindungselementes (5) eine Zutrittsbohrung (11) für einen Entlastungsdruck des Abschlußkolbens (9) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) als Drucksensor und/oder Temperatursensor ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auslöseeinrichtung (15) von einer Zeitsteuerung beaufschlagt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) ein Kom­ munikationsfenster (17) angeordnet ist, in dessen Bereich eine Gehäusekommunikationseinrichtung (18) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kommunikationsfenster (17) aus Quarz­ glas ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die optische Datentelemetrie (21), visualisiert über einen Rechner (25), im wesentlichen aus einer Kommunika­ tionseinrichtung (18) im Gehäuse (1) und einer Be­ dienungskommunikationseinrichtung (22) am Rechner (25) besteht, die jeweils durch einen Phototran­ sistor (19) sowie durch eine LED (20) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) als ein Druckbehälter ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) eine die Steuervorrichtung (2) inklusive Datenspeicher sowie die Auslöseeinrichtung (15) speisende Energiever­ sorgung (16) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Energieversorgung (16) aus mindestens einem Akkumulator gebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bedieneinrichtung (25) als ein Standard-PC oder Laptop ausgebildet ist.