DE4229795C2 - Vorrichtung zum Nachweis von Leckagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis von Leckagen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei Tiefbohrlochpumpvorrichtungen - beispielsweise dem sog. Schwingbalkentyp - ist es schwer, die Unversehrtheit der Stopfbüchse und deren Dichtung um die sich hin- und herbewegende Pumpenstange beizubehalten. Viele dieser Pumpvorrichtungen werden unbeaufsichtigt auf dem Feld betrieben, und ein Ausfall der Stopfbüchsendichtung kann zum Verlust großer Mengen an Öl und dadurch zu großen wirtschaftlichen Verlusten sowie Verschmutzung der Umwelt führen.

Daher ist es wichtig, Meßeinrichtungen am Bohrlochkopf bereitzustellen, die Stopfbüchsenausfälle erkennen können und ein Signal zum Alarmieren des verantwortlichen Bedienungspersonals erzeugen, das geeignete Maßnahmen ergreifen soll.

Die US-PS 48 73 863 beschreibt ein Gerät zur Registrierung von Oberflächenveränderungen mittels eines Strahlengenerators, von dem ein Laserstrahl auf eine Oberfläche geschickt wird, dessen Reflektion ein gekrümmter Spiegel auffängt und zu einem Detektor leitet; dieser registriert die Höhenveränderung jener Oberfläche.

Ein den Ausfall der Stopfbüchse anzeigendes Gerät offenbart US-PS 31 80 134. Diese Stopfbüchse wird von einem Reservoir aus dem Bohrloch geförderten Öls umgeben, dessen statischer Flüssigkeitsdruck im wesentlichen höher liegt als der Druck, mit dem das Öl aus dem Bohrloch gefördert wird. Ein Abfall des Öldrucks im Reservoir ist ein sicherer Hinweis auf ein Leck in der Stopfbüchse. Die Öldruckdifferenz wird abgelesen, und ein geeigneter Meßfühler antwortet auf den Druckabfall und erzeugt ein Signal, das dem beteiligten Bedienungspersonal die undichte Stelle meldet.

Ein weiteres Meßfühlgerät wird in US-PS 32 76 246 beschrieben, bei dem Öl aus einer undichten Hauptstopfbüchse durch eine Hilfsstopfbüchse zurückgehalten und danach in ein Reservoir geleitet wird. Sobald der Flüssigkeitspegel im Reservoir einen bestimmten Pegelstand erreicht, ertönt ein geeigneter Alarm.

In Kenntnis dieses Standes der Technik haben sich die Erfinder das Ziel gesetzt, die gattungsgemäße Vorrichtung zu verbessern, um übermäßige und unzulässige Produktverluste in der Stopfbüchse einer Bohrlochpumpe od. dgl. anzuzeigen und zu verhindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentanspruches; die Unteransprüche geben weiterführende Verbesserungen an.

Erfindungsgemäß wird ein Behälter zur Aufnahme des Stopfbüchsenausflusses bereitgestellt, der durch ein Überfließwehr in zwei Räume unterteilt ist. In den ersten der Räume wird die Stopfbüchsenleckage eingeleitet, der diese bis zu einem zulässigen Pegel aufnimmt; wird dieses Pegelmaß überschritten, strömt Flüssigkeit aus jenem ersten Raum über das Wehr in den zweiten Raum ab. Das Vorhandensein der Flüssigkeit in diesem zweiten Raum wird nachgewiesen sowie ein Pumpenabstellsignal erzeugt.

Als Meßfühlorgan wird bevorzugt ein photoelektrisches Organ eingesetzt.

Zudem ist vorteilhafterweise im ersten Raum ein einstellbares Auslaßorgan vorgesehen. Dieses wird auf eine vorbestimmte Größe entsprechend einem zulässigen Pegel der Stopfbüchsenleckage eingestellt, wobei keine Flüssigkeit über vorgenanntes Wehr fließt, solange die Leckage das zulässige Maß nicht überschreitet.

Die variable einstellbare Öffnung im ersten Raum wirkt mit dem Volumen des ersten Raumes und der Höhe des Wehrs zusammen, um einen zulässigen Pegel der Stopfbüchsenleckage einzustellen.

So ist als ein Merkmal der Erfindung die Bereitstellung eines Meßfühlers anzusehen, der zwischen normaler und gewöhnlicher Leckage einerseits und übermäßiger, unzulässiger Leckage andererseits unterscheidet.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Meßfühlgerät, das Veränderungen bei der Flüssigkeitsopazität nachweist, insbesondere ein photoelektrisches Mittel zum Nachweis der Opazität einer Flüssigkeit, sowie der Einsatz des Opazitätsgrades als Maßstab der Produktqualität der Ölquelle. Hierfür wird selbständiger Schutz begehrt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt in einer besonderen Ausführung den wannenartig ausgebildeten Behälter mit einem Einlaß zum Anschluß an die Stopfbüchse od. dgl., wobei der zweite Raum als Überlaufkammer vom Innenraum des Behälters durch eine Scheidewand als Wehr getrennt und im Wirkbereich eines Sensors als Meßfühlorgan angeordnet ist. Die Überlaufkammer kann im Behälter in der Art eines Einsatztroges vorgesehen werden.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist die Überlaufkante der wehrartigen Scheidewand in ihrem Abstand zum Boden von Behälter bzw. Überlaufkammer einstellbar. Außerdem soll letztere im Strahlengang einer Lichtquelle liegen sowie einem gegenüber ihr bzw. dem Behälter abgedichteten Gehäuse als Sensorraum für die Lichtquelle zugeordnet sein.

Als günstig hat es sich erwiesen, den Sensorraum oberhalb der Überlaufkammer unter Zwischenschaltung wenigstens einer lichtdurchlässigen Gehäusewand und einer Dichtung federnd und austauschbar festzulegen.

Erfindungsgemäß soll weiterhin der Sensor oder das Meßfühlorgan an eine Signal- oder Auswerteeinheit angeschlossen sein, wobei ein Schaltkreis für Lichtquelle und Meßfühlorgan mit einem Signal/e des Meßorgans aufnehmenden ersten Konditionierer als Spannungswandler vorhanden sind, ein Verstärker, ein diesem folgender zweiter Spannungswandler oder Konditionierer sowie ein Konverter zur Umwandlung eines Spannungssignals.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Meßfühleinheit, und

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines zugeordneten elektrischen Stromkreises.

Ein Flüssigkeitsbehälter 10 mit einer einstellbaren Auslaßöffnung 11 ist gemäß Fig. 1 in einen ersten Raum 12 und einen zweiten Raum 13 durch ein als Scheidewand dienendes Wehr 14 unterteilt. Dessen Überlaufkante 15 ist bei einer besonderen Ausführung bezüglich ihrer Höhe einstellbar.

In den ersten Raum 12 wird durch einen Einlaß 30 Leckage aus der Stopfbüchse einer Bohrschwengelpumpe (walking beam pump) geleitet. Ist die Stopfbüchsenleckage normal nimmt der Raum 12 die normale Leckageflüssigkeit auf.

Um lange Perioden unbeaufsichtigten Betriebes der Pumpe zu gewährleisten und die Häufigkeit der Pumpeninspektionen auf dem Feld zu minimieren, ist die Auslaßöffnung 11 mit Bezug auf das Volumen des Raumes und die Höhe des Wehres 14 auf eine Öffnung justiert, die einem zulässigen Flüssigkeitspegel oder normalen Fluß der Stopfbüchsenleckage entspricht. Dies setzt voraus, daß eine gewisse Menge Stopfbüchsenleckage normal und wünschenswert ist, um eine geeignete Schmierung der Pumpenstange zu erlauben und ein Festfressen zu verhindern.

Sobald die Stopfbüchsenleckage über die zulässigen Pegel gelangt, überschreitet die in den Raum 12 fließende Flüssigkeit (Öl oder Mischung aus Öl und Wasser) den Ausfluß durch Öffnung 11. Tritt dies ein, strömt Flüssigkeit über das Wehr 14 in den normalerweise leeren zweiten Raum 13, der eine Überlaufkammer bildet. An letzteren schließt ein über eine Neoprendichtung 16 abgedichteter dritter Raum als Sensorraum 17 an, der ein Meßfühlorgan 28 in Form einer photoelektrischen Zelle od. dgl. enthält. Ein Schutzfenster 31 ist zwischen der Dichtung 16 und dem zweiten Raum 13 angeordnet. Die Dichtung 16 und das Schutzfenster 31 verhindern das Eindringen von Öl, Wasser oder einer Mischung aus Öl und Wasser in den Sensorraum 17.

Federn 19 von denen nur eine dargestellt ist sowie Befestigungseinheit 21 mit Bolzen und Mutter legen den Sensorraum 17 an einem Deckel 22 des Behälters 10 über dem zweiten Raum bzw. der Überlaufkammer 13 fest.

Eine Lichtquelle 23, bevorzugt eine Glühlampe, wird in einer Fassung 24 innerhalb des Sensorraumes 17 gehalten und durch Leitungen 26 mit Energie versorgt. Diese Lichtquelle 23 erleuchtet die Überlaufkammer 13 durch Sichtfenster 27.

Die photoelektrische Zelle 28 liest die von der Überlaufkammmer 13 reflektierte Lichtintensität ab und sendet ein elektrisches Signal über Leitungen 29. Dieses Signal ist ein Maß für die von der Lichtquelle 23 reflektierte Lichtintensität.

Die unter idealen Leckagebedingungen normalerweise leere Überlaufkammer 13 fängt bei nicht normalen Leckagebedingungen die über Wehr 14 fließende Mehrflüssigkeit auf; letztere - Öl, Wasser oder eine Mischung aus Öl und Wasser - bietet einen großen Opazitätsbereich und daher einen großen Bereich reflektierten Lichtes an, d. h., das reflektierte Licht schwankt zwischen dem vom leeren Raum der Überlaufkammer 13 reflektierten und der von der Opazität herrührenden Reflexion der jeweiligen über das Wehr 14 fließenden und in der Überlaufkammer 13 aufgefangenen Flüssigkeit.

Dadurch dient das von der photoelektrischen Zelle erzeugte Signal zum "Lesen" der Intensität des reflektierten Lichtes, nicht nur zum Nachweis des Vorhandenseins von überfließender Flüssigkeit sondern auch zum Bereitstellen eines Maßes für die Qualität des - durch die Bohrschwengel - geförderten Öls.

Das heißt, Rohöl mit einen Minimum an Wasser oder anderen Fremdstoffen entwickelt einen Reflexionsindex, der von einem Reflexionsindex eines mit Wasser, Schlamm usw. verunreinigten Rohöls deutlich unterscheidbar ist.

Sobald eine übermäßige Menge Leckage in der Pumpenstopfbüchse auftritt, fließt die Flüssigkeit über Wehr 14, und dieser Vorfall wird von der photoelektrischen Welle 28 gelesen. Das erzeugte Warnsignal wird an einen Bedienungsmann geleitet, der das Entsprechende unternimmt, beispielsweise die Pumpe abstellt. Selbstverständlich könnte das Warnsignal auch zum Auslösen eines automatischen Ausschaltvorganges herangezogen werden.

Zusätzlich kann das Signal der photoelektrischen Zelle 28 mit einem Qualitätsmesser verglichen werden, der die Qualität des geförderten Produktes anzeigt.

Das Flußdiagramm nach Fig. 2 zeigt einen typischen, bei dem erfindungsgemäßen Meßfühlgerät einsetzbaren, elektrischen Schaltkreis. Das reflektierte Licht von Lichtquelle 23 wird von der photoelektrischen Zelle 28 wahrgenommen, die ein Signal an einen Konditionierer 40 sendet. Dieser wandelt das Signal von Zelle 28 in Spannung um, die dann an einen Verstärker 42 angelegt wird. Der Konditionierer 40 besteht beispielsweise aus einer im Stand der Technik bekannten Widerstandsmeßbrücke.

Ein Konditionierer 43 empfängt die verstärkte Spannung vom Verstärker 42, die auf den Bereich von 0-10 V Gleichstrom normalisiert wird. Konverter 44 wandelt das Spannungssignal in ein Standardstromsignal um. Das Signal wird auf einer Kathodenstrahlröhre oder einem anderen geeigneten Lesegerät abgebildet, um den Leckagepegel anzuzeigen sowie einen Vergleich zwischen dem Signal und einem geeichten Standard zum Anzeigen der Produktqualität durchzuführen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Nachweis von Leckagen bei Ölpumpenanlagen mit sich hin- und herbewegender Pumpenstangen- und Stopfbüchseneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wehr (14) einen zur Aufnahme von Stopfbüchsenölleckage dienenden Behälter (10) in einen die Stopfbüchsenleckage bis zu einem zulässigen Pegel aufnehmenden ersten Raum (12) sowie in einen bei normaler Stopfbüchsenleckage leeren zweiten Raum (13) unterteilt, daß im ersten Raum ein einstellbares Auslaßorgan (11) vorgesehen sowie dieses auf eine vorbestimmte und jenem zulässigen Pegel der Stopfbüchsenleckage entsprechende Größe eingestellt ist, daß bei Überschreitung eines zulässigen Grenzwertes die Leckage über das Wehr führbar ist, und daß ein Meßfühlorgan (28) zum Nachweis des Vorhandenseins der Flüssigkeit im zweiten Raum vorgesehen ist, die aus dem ersten Raum bei übermäßiger sowie unzulässiger Stopfbüchsenleckage über das Wehrelement geführt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Meßfühlorgan in Form einer photoelektrischen Zelle (28).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Zelle (28) in einem dritten Raum (17) vorgesehen und dieser über dem zweiten Raum angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Dichtungsorgan (16) zwischen dem zweiten Raum (13) und dem dritten Raum (17) zu dessen Abdichtung gegen Flüssigkeit.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Zelle (28) durch ein Stück aus lichtdurchlässigem Werkstoff geschützt ist, der ein Sichtfenster (31) des zweiten Raums (13) bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) wannenartig ausgebildet und mit einem Einlaß (30) zum Anschluß an die Stopfbüchse od. dgl. versehen, sowie der zweite Raum als Überlaufkammer vom Innenraum des Behälters durch eine Scheidewand (14) als Wehr getrennt und im Wirkbereich eines Sensors (28) als Meßfühlorgan angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufkammer (13) im Behälter (10) in der Art eines Einsatztroges angebracht ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufkante (15) der wehrartigen Scheidewand (14) in ihrem Abstand zum Boden von Behälter (10) bzw. Überlaufkammer (13) einstellbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufkammer im Strahlengang einer Lichtquelle (23) liegt und der Überlaufkammer ein gegenüber ihr bzw. dem Behälter (10) abgedichtetes Gehäuse als Sensorraum (17) für die Lichtquelle zugeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorraum (17) oberhalb der Überlaufkammer (13) unter Zwischenschaltung wenigstens einer lichtdurchlässigen Gehäusewand (27) und einer Dichtung (16) federnd und austauschbar festliegt .

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Sensor oder Meßfühlorgan (28) an eine Signal- oder Auswerteinheit angeschlossen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis für Lichtquelle (23) und Meßfühlorgan (28) mit einem Signal/e des Meßorgans aufnehmenden ersten Konditionierer (40) als Spannungswandler, einem Verstärker (42), einem diesem folgenden zweiten Spannungswandler oder Konditionierer (43) sowie einem Konverter (44) zur Umwandlung eines Spannungssignals.