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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
beschleunigten Untersuchen der Alterung eines in Zirkulation
befindlichen Fluids unter auferlegten spezifischen
Bedingungen.
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Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann man schnell
zwei verschiedene Untersuchungstypen verwirklichen. Sie
kann verwendet werden, um die besonderen Eigenschaften
einer Fluidformel im Rahmen des Betriebs zur Eignung dieses
Fluids für eine spezielle Verwendung auszuwerten oder auch
überdies die Gesetze zum Zeitverhalten eines bestimmten
Fluids zu bestimmen, wenn es Einsatz- bzw.
Betriebsbedingungen unterworfen ist, die extreme, im Betrieb
anzutreffende Bedingungen wiedergeben.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann insbesondere dazu
dienen, Schlämme, wie man sie im Laufe von
Brunnenbohrungsarbeiten, so wie Erdölbohrungsarbeiten, verwendet, zu
untersuchen und zu testen.
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Während der Erdölbohrungsarbeiten wird zwischen der
Erdoberflächeninstallation und der Zone, die das Bohrwerkzeug
umgibt, eine Zirkulation von Schlamm unter Druck aufgebaut.
Der Schlamm dient zum Kühlen und Schmieren des
Bohrwerkzeuges sowie zum Reinigen des gebohrten Loches, indem der
Abtrag an die Erdoberfläche transportiert wird. Er dient auch
zum Erzeugen eines ausreichenden hydrostatischen Druckes,
um die Bohrwände zu stabilisieren und die Fluide in den den
Bohrer umgebenden Formationen unter Druck zu halten. Der
Schlamm wird also bei seinem Durchfluß in den gebohrten
Zonen
bedeutenden Belastungen abhängig von den Eigenschaften
der Bohrungen unterworfen, wobei es sich um sehr erhöhte
Temperaturen bis zu 200ºC, um erhöhte Drücke in der
Größenordnung von mehreren zehn MPa und um Schubkräfte bzw.
Scherbeanspruchungen in Höhe des Bohrwerkzeuges handelt. Es
kommt häufig vor, daß sich die Bohrbedingungen, die
Temperatur und die Beschaffenheit der Formationen ändern. Diese
Änderungen können die Eigenschaften des Bohrfluids
beeinflussen. Es ist daher wichtig, sicherzustellen, daß das
verwendete Fluid Eigenschaften besitzt, die geeignet sind,
und diese im Laufe der Zeit ungeachtet der unterzogenen
Belastungen behält.
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Die Untersuchung des Betriebsverhaltens von Bohrfluiden
kann auf zwei verschiedene Weisen durchgeführt werden.
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Man kann verschiedene Meßinstrumente in die
Pumparbeitsinstallation, die Fluid unter Druck liefert, einschließen, um
die Eigenschaften des aus der Bohrzone kommenden bzw.
aufsteigenden bzw. geförderten Fluids im Durchlaufverfahren zu
untersuchen. Ein Instrument, das gestattet, Untersuchungen
dieser Art zu machen, ist zum Beispiel in dem US-Patent
4,635,735 beschrieben. Dieser Typ für Messungen besitzt den
Vorteil, daß das untersuchte Fluid gleichen Bedingungen,
welche am Grund einer Bohrung herrschen, unterworfen ist.
Seine Verarbeitung macht es indessen notwendig, daß man ihn
modifiziert und an eine bestehende Installation zur
Zirkulation von Bohrfluid anpaßt, was nicht immer möglich ist.
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Man kann sich auch entscheiden, das Verhalten eines Fluids
im Labor zu untersuchen. Bei einer Installation in situ
werden die Zyklen für Messungen mit Zyklen zur Zirkulation
des Bohrschlammes verbunden. Der Zirkulationsrythmus ist
aufgezwungen und relativ langsam, wobei die Untersuchung
der Entwicklung des Fluids im Laufe der Zeit im allgemeinen
sehr lang dauert. Mit einem Laborinstrument kann man
dagegen die Bedingungen, die in einer Bohrzone vorherrschen,
betreffend genau definierte Parameter durch Aufzwingen
eines viel schnelleren Zirkulatiosrythmus des Fluids
simulieren. Durch diese Mittel wird das Fluid einer
beschleunigten Alterung unterworfen. Die sonst sehr langwierigen
Untersuchungen werden sehr zügig durchgeführt. Andererseits
erlaubt die Möglichkeit, in Ruhe bestimmte experimentelle
Bedingungen, welche die beobachteten Veränderungen im Laufe
der Bohrungen wiedergeben, variieren zu lassen, die
Untersuchungen und Messungen zu vervielfachen. Verschiedene
Instrumente diesen Typs sind in den US-Patenten 4,483,189,
4,501,143 oder 4,510,800 beschrieben.
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Durch das US-Patent 4,790,933 kenn man eine Vorrichtung, um
Messungen anhand der Eigenschaften von Bohrschlämmen vor
zunehmen, die einen Versuchskreislauf umfaßt, bei dem man den
Schlamm mittels eine Zirkulationspumpe zirkulieren läßt,
welcher mit Heizmitteln, mit Mitteln zum Messen von
rheologischen Charakteristiken und mit Filtrier- bzw.
Filtrierungs- bzw. Filtrationsmitteln versehen ist.
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Wenn man ein Instrument zur Simulation von Fluid
verwirklichen will, besteht die Schwierigkeit zum Auflösen darin,
die Parameter, die auf das über die gesamte Länge jedes
auferlegten Arbeitszyklus untersuchte Fluid einwirken,
genau zu kontrollieren, indem bestens unkontrollierte
Veränderungen der Parameter und ganz allgemein alles, was
imstande ist, die Messungen zu verfälschen, vermieden werden.
Die Bohrfluide enthalten oftmals korrosive Substanzen
(Elektrolyte) oder abrasive Substanzen (Bariumsulfat-Tone),
die aufgrund der Versuchsbedingungen
(Temperatur-Zirkulation) imstande sind, die wesentlichen Materialien der
Zirkulationskreisläufe anzugreifen. Das Fluid kann sich dann
ungewollterweise durch metallische Ionen kontaminiert
vorfinden, welche die Ergebnisse der Messungen verfälschen. In
den bestehenden Zirkulationskreisläufen wird das Erwärmen
bzw. Aufheizen des Fluids am häufigsten an einer einzigen
Stelle realisiert. Um Begrenzungen bestimmter in dem
Kreislauf
enthaltener Instrumente bzw. Anordnungen Rechung zu
tragen, ist man auch gezwungen, entweder das Fluid
abzukühlen oder die Anordnung zu verkomplizieren. Die durch die
Simulationskreisläufe realisierten, experimentellen
Bedingungen geben aufgrund dieser Tatsache nicht am besten die
realen Bedingungen wieder, die am Grund der Bohrungen bzw.
Bohrlöcher herrschen.
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Man muß auch bemerken, daß die Anordnungen zur Untersuchung
von in Zirkulation befindlichen Fluiden schnell sehr
komplex werden, wenn man eine vollständige Gesamtheit von
Messungen erhalten will. Aufgrund dieser Tatsache gestaltet
sich die Aufrechterhaltung von genauen, experimentellen
Bedingungen, so wie Temperatur- und Druckwerten, während
sämtlicher Einwirkungen auf das Fluid des geschlossenen
Kreislaufs sehr schwierig, auszuführen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet die
Ausführung einer Gesamtheit von Messungen an einem Fluidstrom,
der gewissen spezifischen Bedingungen ähnlich denen
ausgesetzt ist, die während seiner Verwendung auftreten, und in
einem geschlossenen Kreis zirkuliert, unter Vermeidung der
oben erwähnten Unzulänglichkeiten.
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Sie umfaßt eine Zirkulationspumpe, die direkt in den
geschlossenen Kreis eingeschlossen ist, um einen Fluidstrom
in diesem Kreis herzustellen, Regelmittel zum Steuern der
Druckdifferenz zwischen Austritt und Eintritt der
Zirkulationspumpe, Mittel, um das im geschlossenen Kreis
zirkulierende Fluid zu scheren, Mittel zum Messen der Durchsätze
des Fluids im geschlossenen Kreis, Mittel zum Messen der
rheologischen Charakteristiken des Fluids, Heizmittel zum
Erwärmen des in Zirkulation befindlichen Fluids, Filtrier-
bzw. Filtrierungs- bzw. Filtrationsmittel für das in
Zirkulation befindliche Fluid. Die Vorrichtung ist dadurch
gekennzeichet, daß die Zirkulationspumpe vom Membrantyp ist,
die Regelmittel derart ausgebildet sind, um die
Druckdifferenz
zu beiden Seiten der Membranen der Zirkulationspumpe
zu regulieren, und die Heizmittel derart angeordnet sind,
um das in Zirkulation befindliche Fluid homogen zu erwärmen
bzw. aufzuheizen, wobei die Vorrichtung ebenfalls eine
Lade- bzw. Beladungspumpe, um in den geschlossenen Kreis
ein oder mehrere Fluide einzuführen, eine
Filtrierungsregulierpumpe, wobei die Filtrierungsmittel durch diese
betätigt werden, eine Injektions- und Absaugpumpe,
Meßaufnehmer, eine elektrische Speise- bzw. Versorgungsanordnung und
ein progammierbares Befehlssystem, das mit den
Meßaufnehmern verbunden ist und mit der elektrischen Speise- bzw.
Versorgungsanordnung zusammenwirkt, um den Pumpen und den
Steuer- oder Befehlsventilen Arbeitssequenzen zur
Durchführung der Gesamtheit von Messungen am in Zirkulation
befindlichen Fluid aufzugeben, umfassen.
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Die Heizmittel umfassen zum Beispiel eine Anordnung von
temperaturgesteuerten bzw. -geregelten Heizhülsen.
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Die Filtrationsmittel sind zum Beispiel in einen
Parallelkreis eingeschaltet und umfassen eine Vielzahl von
Filtereinheiten mit in Reihe geschalteten Filterhülsen, wobei
jede von ihnen über ein Ventil mit der
Filtrierungsregulierpumpe verbunden ist, welche selektiv an die Filtereinheiten
einen Differentialdruck beidseits der Filterhülsen anlegen,
um Fluid außerhalb des geschlossenen Kreises im Nebenschluß
zu führen.
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Vorzugsweise umfaßt der Kreis im wesentlichen
Kreisbereiche, die derart orientiert sind, daß die Bildung von
Abscheidungen vermieden wird, die in der Lage sind, lokal den
Querschnitt des geschlossenen Kreises einzuschnüren.
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Das programmierbare Befehlssystem umfaßt zum Beispiel einen
programmierbaren Automaten, der so ausgelegt ist, daß er
die Werte der gemessenen Parameter in Zuordnung zu einem
Befehlsmikrorechner zentralisiert, um die Steuerparameter
mit Werten zu behaften, und Verbindungsmittel, um die
Wechselwirkung des Automaten und des Befehlsmikrorechners
sicherzustellen, wobei die Vorrichtung außerdem eine
Sichtbarmachungsanordnung umfaßt, die in jedem Augenblick den
Zustand ihrer verschiedenen Elemente anzeigt.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird als
Zirkulationspumpe eine Pumpe mit metallischen Membranen
verwendet, die unmittelbar am geschlossenen Kreis
angeschlossen ist.
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Die Regelmittel umfassen zum Beispiel zwei Druckaufnehmer,
die benachbart jeweils dem Eintritt und dem Austritt der
Zirkulationspumpe angeordnet sind, und zwei Druckaufnehmer,
die zu beiden Seiten der Membranen von dieser gleichen
Pumpe angeordnet sind.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet, die einem
Fluid auferlegten Bedingungen aus den folgenden Gründen
zuverlässig aufrechtzuerhalten:
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- Die Verteilung der Heizmittel längs des gesamten
geschlossenen Kreislaufes gestattet ein homogenes Erwärmen
bzw. Aufheizen des gesamten Fluids und vermeidet das
Auftreten von Wärmepunkten und Kältepunkten, die Probleme
bei der Regulierung bzw. Einstellung des Druckes in den
Kreisen zur Folge haben und, was die Wärmepunkte
betrifft, riskieren, eine lokale Abnutzung der in
Zirkulation befindlichen Fluide hervorzurufen.
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- Die Lade- bzw. Beladungspumpe gestattet, die Phase der
Bereitstellung zu vereinfachen, und die
Filtrierungsregulierpumpe gestattet, die notwendige Druckdifferenz für
die Funktionsweise der Filtereinheiten einfacher auf
einem bestimmten Wert beizubehalten.
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- Die Verwendung einer Zirkulationspumpe vom Typ mit
Membranen ist im übrigen zur Aufrechterhaltung der
Temperatur und des Druckes, die für das in Zirkulation
befindliche Fluid festgelegt sind, sehr geeignet.
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- Mit dem verwendeten programmierbaren Automaten, der die
Arbeitssequenzen verschiedenen Elementen (Ventile, Pumpen
etc.) in Abhängigkeit der von den Aufnehmern stammenden
Messungen genau auferlegt und der deren Entwicklung
kontrolliert bzw. verfolgt, wobei dieser Automat unter der
unmittelbaren Kontrolle eines Operateurs über den Umweg
eines Befehlsmikrorechners steht, kann man leicht
komplexe Sequenzen bzw. Abläufe durchführen, ohne sich von
auferlegten Bedingungen zu entfernen, und erleichert man so
den Erhalt von repräsentativen Ergebnissen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Vorrichtung gemäß der
Erfindung sind anhand der Lektüre der nachfolgenden
Beschreibung einer als nicht beschränkenden Beispiels
vorgeschlagenen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen besser verständlich, in denen:
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Fig. 1 die Ausbildung der Kreise des geschlossenen
Kreislaufes auf schematische Weise zeigt; und
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Fig. 2 ein synoptisches Schema der Befehls- bzw.
Betätigungs- und Kontrollelemente zeigt, die auf die
Kreise des geschlossenen Kreislaufes einwirken.
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Die in der Fig. 1 schematisierte Vorrichtung umfaßt einen
geschlossenen Kreis oder Kreislauf C, der geeignet ist,
einem dort zirkulierenden Fluid präzise Bedingungen
aufzuerlegen, welche diejenigen reproduzieren, denen es im
Betrieb unterworfen ist oder unterworfen sein muß. Auf dem
Anwendungsgebiet von Bohrschlämmen muß die Vorrichtung dem
Fluid in dem Kreis bestimmte Parameter auferlegen:
Temperatur Tc, Druck Pc, Schubkraft bzw. Scherbelastung etc., die
diejenigen wiedergeben, welche am Grund einer Bohrung bzw.
eines Bohrloches benachbart zu dem Bohrwerkzeug anzutreffen
sind. Das Volumen des Kreises C ist verhältnismäßig klein,
zum Beispiel in der Größenordnung eines Zehners von Litern,
gewählt. Er ist in einer Legierung ausgeführt, die fähig
ist, der Korrosion durch salzhaltige Lösungen bei hoher
Temperatur und dem abrasiven Verschleiß durch mit festen
Partikeln bzw. Feststoffpartikeln beladenen Lösungen zu
wider stehen.
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Der Kreislauf C ist in der Hauptsache aus vertikal
orientierten bzw. angeordneten Kreisbereichen gebildet. Er ist
in dieser Hinsicht optimiert, um die horizontalen oder eine
geringe Neigung zur Horizontalen aufweisenden
Verbindungskreisbereiche weitestmöglich zu reduzieren. Auf diese Weise
ist jede Möglichkeit zur Sedimentation von in Zirkulation
befindlichen festen Partikeln bzw. Feststoffpartikeln, die
das untersuchte Fluid enthalten kann, eliminiert worden.
Man vermeidet so Querschnittsverengungen der Rohrleitungen
aufgrund von lokalen Sedimentansammlungen und zugleich die
unkontrollierten Wirkungen der Schubkraft bzw.
Scherbelastung, die das Fluid oft in Zirkulation verbringen können.
Man vereinfacht auch die Instandsetzung bzw. Instandhaltung
der Vorrichtung am Ende der Versuche. Die Länge des
Kreislaufes beträgt zum Beispiel die Größenordnung eines Zehners
von Metern.
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Der Kreislauf C ist an einer Zirkulationspumpe P2
angeschlossen, die fähig ist, unter einem Druck von mehreren
zehn MPa (z.B. 50 MPa) zu arbeiten, indem sie einen
unterschiedlichen Druck in der Größenordnung eines Zehners von
MPa zwischen ihren Eintritt (Ansaugung) und ihrem Austritt
(Förderung) zuläßt. Man verwendet vorzugsweise eine
doppelstufige Pumpe mit metallischen Membranen, die unmittelbar
auf das in Zirkulation befindliche Fluid einwirkt, ohne
seine Temperatur und seinen Druck im wesentlichen
modifizieren zu müssen, und die gestattet, eine absolute
Dichtigkeit
zu erhalten. Dies ist unter Berücksichtigung des
geringen Volumens von dem Kreis C unerläßlich, da ein
geringer Flüssigkeitsverlust Gefahr läuft, einen bedeutsamen
Druckabfall und infolgedessen eine Fluidverdampfung nach
sich zu ziehen. Eine absolute Dichtigkeit garantiert
außerdem, daß kein Ausgleich von Verlusten notwendig ist und daß
somit das anfänglich in den Kreislauf eingeführte Fluid,
das untersucht wird, während des gesamten Versuchs Bestand
hat bzw. ausreicht. Die Pumpe ist speziell geprüft, um
warmen bzw. heißen, abrasiven und korrosiven Fluiden zu
widerstehen. Sie ruft keine wesentliche Abkühlung des Fluids
hervor. Zwei Pulsierungsdämpfer AP1 und AP2 kommunizieren
mit dem Kreis C in der Nähe der Pumpe P2. Der erste Dämpfer
AP1 ist stromabwärts von der Pumpe, der andere
stromaufwärts angeordnet. Ihre Funktion besteht darin, eine
konstante Menge in dem Kreis C sicherzustellen. Die Pumpe P2
gewährleistet zum Beispiel eine Menge in der Größenordnung
von 20 l/min.
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Die Menge wird durch ein Durchflußmesser D gemessen, der in
dem Kreis unter Zwischenschaltung eines Ventils A1
angeschlossen ist. Eine durch ein Ventil A2 kontrollierte bzw.
überwachte Abzweig- bzw. Parallelleitung gestattet, den
Durchflußmesser D nach Belieben an den Kreis anzuschließen
oder von dem Kreis abzukoppeln. Über den Kreis LD
stromabwärts von der Pumpe P2 und stromabwärts von dem
Durchflußmesser ist ein Ventil B1 und parallel zu diesem ein erstes
Kreiselement, das ein Viskosimeter V und zwei Steuerventile
B3 und B4 umfaßt, sowie ein zweites Kreiselement, das von
einem Ventil B2 kontrolliert bzw. überwacht ist,
angeordnet. Ein Entnahmekreis, der durch ein Ventil B5
kontrolliert bzw. überwacht ist, gestattet, eine Entnahmezelle Sc
von bekanntem Typ zu verbinden. Die Entnahmen von Fluid,
die zu verschiedenen Zeitpunkten des Alterungszyklus
erfolgen, gestatten, die Entwicklung der physikalisch-chemischen
Eigenschaften des Fluids: pH-Wert, Redoxpotential (Redox)
nachzuverfolgen und die Entwicklung der Struktur der Tone
sowie den Abbau der organischen Bestandteile zu
untersuchen. Man kann die Messungen, die auf den Entnahmen
basieren, zweckmäßigerweise an verschiedene rheologische
Messungen, die im Laufe des Alterungszyklus durchgeführt werden,
annähern. Das Viskosimeter V gestattet, diskontinuierliche
Messungen zu bestimmten Zeitintervallen, zum Beispiel zu
jeder Stunde, vorzunehmen.
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Stromabwärts des Durchflußmessers ist die stromabwärtige
Rohrleitung LD des Kreises C mit einer
Querschnittsverengung RS oder dergleichen Querschnittseinschnürung versehen,
die geeignet ist, dem in Zirkulation befindlichen Fluid bei
jedem Zyklus eine Schubkraft bzw. Scherbelastungs- bzw.
Scherkraftrate aufzuerlegen, die in Abhängigkeit von einer
bestimmten Anwendung festgelegt ist. In dem Fall eines
Bohrfluids wählt man eine Verengung bzw. Einschnürung, die
eine Schubkraft- bzw. Scherbelastungs- bzw. Scherkraftrate
in der Größenordnung von 10&sup4; s&supmin;¹ erzeugt, die gleiche
Größeordnung aufweisend wie die Schubkraft- bzw.
Scherbelastungs- bzw. Scherkraftrate, dem das Fluid im Durchgang in
dem Bohrwerkzeug unterworfen ist. Der Zugang zu der
Verengung ist durch ein Ventil C2 kontrolliert bzw. überwacht.
Zwei Druckaufnehmer CP1, CP2 sind in dem Kreis C beidseits
der Verengung RS angeordnet, um den Chargen- bzw. Lade-
bzw. Beladungsverlust, welchen sie erzeugt, zu messen.
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Aufgrund der geringen Kapazität des Kreises und der Menge
der Zirkulationspumpe P2 durchströmt das Fluid schnell den
Kreis C. Man kann so die Frequenz der Durchgänge durch die
Verengung RS vervielfachen und die Alterung des
untersuchten Fluids beschleunigen.
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Eine Filtrier- bzw. Filtrierungs- bzw. Filtrationszelle ist
in der Abzweig- bzw. Parallelleitung zu der Verengung RS
und dem Kontroll- bzw. Regelungs- bzw. Steuerungsventil C2
angeordnet. Diese Filtrier- bzw. Filtrierungs- bzw.
Filtartionszelle umfaßt zum Beispiel sechs Filtereinheiten F1 bis
F6, die in einer gemeinsamen Abzweig- bzw. Parallelleitung
cd, deren Zugang durch ein Ventil C1 kontrolliert bzw.
überwacht ist, untereinander in Reihe verbunden sind.
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Diese Struktur der Filter in Reihe ist vorteilhaft. Die
Kammern der Filter und der Ventile können in einer gleichen
Baugruppe bearbeitet bzw. hergestellt sein, wodurch die
Verwendung zahlreicher Ventil- und Verbindungskörper
vermieden ist und ganz allgemein die Anzahl der notwendigen
Ventile für die Kontrolle bzw. Regelung bzw. Steuerung der
Filtrierungsstruktur weniger groß ist als für eine andere
Konfiguration.
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Jede Filtereinheit umfaßt einen Hohlraum, der in zwei
koaxiale Kammern CFi und CFe durch eine Filterhülse MF
abgetrennt ist. Wenn der Druck in den beiden Kammern gleich
ist, ist die Filtereinheit inaktiv. Das Fluid durchquert
sie, wobei es im Zentrum der Filterhülse MF verbleibt. Um
einen unterschiedlichen Filterdruck in den Filtereinheiten
aufzubauen und so das Fluid zu zwingen, die Filterhülsen zu
durchqueren, ist jede Umfangskammer CFe unter
Zwischenschaltung eines Kontroll- bzw. Regelungs- bzw.
Steuerungsventils G1, G2 ... G6 mit einer gemeinsamen Rohrleitung cd2
verbunden, die selbst über ein weiteres Ventil H mit einer
Filtrierungsregulierpumpe P3 verbunden ist, welche geeignet
ist, einen ausgesprochen konstanten Druckunterschied ΔP
zwischen dem Druck P in dem geschlossenen Kreis C und dem
Druck P', der in den ringförmigen Kammern CFe der
verschiedenen Filtereinheiten F1 bis F6 herrscht, während der
gesamten Dauer der Filtration zu erzeugen und
aufrechtzuerhalten, wenn sich irgendeine zwischen ihnen aktiv
darstellt. Die Filtereinheiten sind mit Entlüftungskreisen
versehen, welche durch Entlüftungsventile D1, D2 ... D6
kontrolliert bzw. geregelt bzw. gesteuert sind. Ein
Entlüftungsventil E ist mit den Auslässen der Filter F5 und F6
verbunden. Die Filtrierungsregulierpumpe P3 ist zum
Beispiel vom Kolben- oder Plungertyp.
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Die Funktionsweise dieser Pumpe P3 ist durch Vergleich
zwischen den Werten, die durch einen Druckaufnehmer CP3,
welcher mit dem Kreiselement cd2 stromabwärts von dem Ventil H
verbunden ist, und einen Druckaufnehmer CP4, welcher mit
dem Kreis C verbunden ist, gemessen werden, kontrolliert
bzw. geregelt bzw. gesteuert. Ein Pulsierungsdämpfer AP3
ist mit der Pumpe P3 über ein Kontroll- bzw. Regelungs-
bzw. Steuerungsventil F verbunden. Er gestattet, die
Entladung bzw. Entlastung der Pumpe P3, wenn diese ausgefüllt
bzw. geflutet ist. Ein Kontroll- bzw. Regelungs- bzw.
Steuerungsventil J setzt die Pumpe P3 mit einem
Kreiselement cd3 in Verbindung, das über ein Ventil M1 mit der
Rohrleitung LU des Hauptkreises C stromaufwärts von der
Zirkulationspumpe P2 und über zwei Kontroll- bzw.
Regelungs- bzw. Steuerungsventile L1 und L2 entsprechend mit
zwei Eintritten-Austritten es1, es2 einer doppelstufigen
Kolbenpumpe P4, welche die Injektion und die An- bzw.
Absaugung ermöglicht, verbunden ist. Ein Ventil L4 läßt den
Eintritt es1 mit dem stromaufwärtigen Kreis LU
kommunizieren. Die Pumpe P4 hat folgende Funktionen:
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- das Fluid zu komprimieren, um es beim Arbeitsdruck
mitzuführen;
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- den Druck des Fluids in dem Kreis während des Versuches
durch An- bzw. Absaugung oder durch Injektion zu
regulieren bzw. einzustellen;
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- den Druck des Fluids während der Versuche, insbesondere
während der Phasen der Filtrierung und der Probennahmen
im Gleichgewicht zu halten;
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- feste, zum Beispiel von einem Gebiet charakteristische
Sink- und Schwebstoffe oder noch salzhaltige, die
Formationsfluide darstellende Lösungen in das in Zirkulation
befindliche Fluid zu injizieren; und
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- Entnahmen von Fluiden aus dem Kreis zu bewirken.
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Die zwei Eintritte-Austritte es1, es2 der Pumpe P4 sind
unter der Zwischenanordnung entsprechender Ventile M1 und L5
mit einem Kreisbereich cd4 verbunden, der unter
Zwischenschaltung eines Kontroll- bzw. Regelungs- bzw.
Steuerungsventils K2 mit einem Pulsierungsdämpfer AP4 kommuniziert.
Der Eintritt-Austritt es2 zur Injektion von der Pumpe P4
kommuniziert über ein Ventil L3 mit dem stromabwärtigen
Kreis LD des Hauptkreises C von Seiten des Austritts der
Zirkulationspumpe P2. Ein Ventil L4 kontrolliert bzw.
regelt bzw. steuert die Verbindung zwischen dem
Eintritt-Austritt es1 und der stromaufwärtigen Rohrleitung LU des
Hauptkreises C von Seiten des Eintritts der
Zirkulationspumpe P2.
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Die Beladung des Hauptkreises mit Fluid ist durch eine
Lade- bzw. Beladungspumpe P1 sichergestellt, deren Austritt
mit einem Pulsierungsdämpfer AP5 und durch
Zwischenschaltung eines Rückschlagventils SAR und eines Kontroll- bzw.
Regelungs- bzw. Steuerungsventils K1 mit dem Kreiselement
cd3 kommuniziert.
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Zwei Druckaufnehmer CP5 und CP6 sind unmittelbar
stromaufwärts und stromabwärts von der Pumpe P2 angeordnet. Der
Vergleich der Anzeigen dieser zwei Aufnehmer gestattet, zu
verifizieren, daß die Beladungsverluste sämtlich längs des
Kreises C mit dem maximal zulässigen Differentialdruck
durch die Zirkulationspumpe P2 kompatibel sind. Ein
Druckaufnehmer CP7 ist an das Kreiselement CD3 angeschlossen,
wobei seine Messungen die Regelung der Lade- bzw.
Beladungspumpe P3 erlauben. Wenn der Druck, den er mißt,
geringer als eine feste Untergrenze ist, lädt die Lade- bzw.
Beladungspumpe die Pumpe P4. Wenn er größer als eine
Obergrenze ist, hält die Lade- bzw. Beladungspumpe P3 an. Ein
Druckaufnehmer CP8 ist in dem Kreis des Viskosimeters V
angeordnet, um den Druck in diesem, insbesondere während der
Phasen der Messung, in denen er von dem Rest des Kreises
isoliert ist, zu messen. Zwei Aufnehmer CP9 und CP10 sind
eingesetzt, um die Drücke beidseits jeder metallischen
Membran der Zirkulationspumpe P2 zu messen. Ihre Messungen
werden verwendet, um die Drücke beidseits jeder Membran
(ein-)zuregeln. Man kann durch sie so exzessive
Funktionsbedingungen im Abnormalitätsfall vermeiden.
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Zwei Entlüftungsventile R1, R2 sind in der
Zirkulationspumpe P2 angeordnet. Sie werden während der Phasen zur
Beladung von Fluid verwendet.
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Der Arbeitsdruck wird zum Teil durch Erwärmung bzw.
Aufheizung des Fluids erhalten. Sämtliche Kreise und wesentliche
mit dem in Zirkulation befindlichen Fluid in Kontakt
stehende Elemente (Pumpen, Filtrier- bzw. Filtrierungs- bzw.
Filtrationszelle, Pulsierungsdämpfer, Viskosimeter etc.)
sind mit einer isolierenden Umhüllung versehen. Das
Instrument umfaßt eine bedeutende Anzahl, zum Beispiel etwa 30,
Heizhülsen (nicht dargestellt), die über den Hauptkreis C
und die Abzweig- bzw. Parallelkreise verteilt sind, wobei
jede von ihnen mit einem Temperaturaufnehmer bzw.
-meßfühler und einer eigenen Regelung ihrer Temperatur vom Typ
P.I.D. versehen ist. Diese Hülsen gewährleisten eine
homogene Erwärmung bzw. Aufheizung der Gesamtheit des
Kreislaufes und gestatten, das Fluid längs des gesamten Kreises
bei eine Temperatur zu führen, die 200ºC erreichen kann.
Während der statischen Phasen ist dies deshalb bedeutend,
als es weder Wärmepunkte noch Kältepunkte besitzen muß.
Aufgrund der schlechten Druckübertragung in thixotropen
Fluiden führt das Vorhandensein von Wärmepunkten in den
Kreisen tatsächlich zu einer lokalen Druckerhöhung oberhalb
der Sicherheitsgrenzen, die einen Funktionsstillstand
hervorrufen, und ebenso zu einer möglichen lokalen Abnutzung
des Fluids. Das Vorhandensein von Kältepunkten kann den
Druck des Fluids diesseits einer festgelegten Untergrenze
absenken und ebenso einen Funktionsstillstand provozieren.
Zahlreiche Temperatur- und Druckaufnehmer, die entsprechend
CT1, CT2 ... CT20 bezeichnet sind, sind an verschiedenen
Stellen des Hauptkreises C und der Abzweig- bzw.
Parallelkreise angeordnet, um die Temperaturen des in Zirkulation
befindlichen Fluids zu messen.
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In der Fig. 2 stellt die Baugruppe 1 die Gesamtheit der
Kreise und Bauelemente aus der Fig. 1 dar. Ein
programmierbarer Automat 2 von bekanntem Typ, so wie ein Automat M.G
PB400 (nicht beschränkendes Beispiel) ist verwendet, um die
in der Baugruppe 1 auftretende Gesamtheit der Prozesse zu
leiten. Er ist mit einem Befehlsmikrorechner MP verbunden.
Der Automat 2 ist mit einer Erfassungseinheit 3 gekoppelt,
die geeignet ist, die verschiedenen, in der Baugruppe 1
gemessenen Temperatur- und Drucksignale zu multiplexen, zu
bemustern bzw. aus diesen Momentwerte zu bilden und zu
digitalisieren. Die Erfassungseinheit 3 empfängt unmittelbar
die analogen Signale, die durch den Durchflußmesser D und
die Temperaturaufnehmer CT1 bis CT20 geliefert sind, sowie
die Signale TR, die durch die Temperaturaufnehmer geliefert
sind, welche mit den entsprechenden Heizhülsen verbunden
bzw. diesen zugeordnet sind.
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Die Drucksignale der Aufnehmer CP1 bis CP10 sind an eine
Druckmessungseinheit 4 angelegt, welche die Werte cp der
gemessenen Drücke an die Erfassungseinheit 3 aussendet.
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Der Automat 2 empfängt die digitalisierten Messungen über
die Erfassungseinheit 3 und verschiedene Betriebssignale
CTR. Es handelt sich dabei um Signale, die aus der
Baugruppe 1 stammen: Stellungssignale Ein/Aus der Pumpen P1 bis
P4, Endstellungssignale FC, die von den verschiedenen
Pumpen P1 bis P4 und Ventilen A bis N empfangen sind, Signale,
die die Rotationsgeschwindigkeit der Zirkulationspumpe P2
anzeigen. Es handelt sich dabei weiterhin um Singale, die
von den Pumpen P3 und P4 zugeordneten Zahlengebern bzw.
Stromstoßsendern (nicht dargestellt) stammen, welche
anzeigende
Impulse der genauen Stellung von deren jeweiligen
Kolben erzeugen, und die gestatten, deren jeweilige
Injektions- bzw. Fördermengen Q zu kontrollieren bzw. zu
überwachen, wenn sie mengenreguliert bzw. -gesteuert sind.
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In Antwort auf die erhaltenen Messungen und Signale sowie
durch den Mikrorechner MP auferlegten Anweisungen
erarbeitet der Automat 3 Befehle. Diese, welche die Ventile
betreffen, werden direkt an die Baugruppe 1 weitergeleitet.
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Entsprechend der Phasen und Sequenzen der Funktionsweise,
die weiter unten erläutert werden, können die Pumpen anhand
der Menge (Q) oder anhand des Druckes (P) reguliert bzw.
eingestellt werden. Weitere Befehle werden an eine
Energieversorgungseinrichtung 5 angelegt, die fünf Einheiten
umfaßt. Vier Einheiten ALP1, ALP2, ALP3 und ALP4 erhalten vom
Automaten 2 Ein-/Aus-Singale M/A für die Pumpen P1 bis P4
der Baugruppe 1 einerseits und Anweisungswerte für die
Pumpen P2 bis P4, gemäß denen sie druck- oder mengenreguliert
bzw. -eingestellt sein müssen. In Antwort auf diese Signale
liefern diese Einheiten den Pumpen jeweils die notwendigen
Ströme, um sie zu betätigen. Eine fünfte Einheit ALCH
betätigt bzw. regelt bzw. steuert die Versorgungs- bzw.
Zufuhrrelais der Heizhülsen in der Baugruppe 1 in Abhängigkeit
von einem zweckentsprechenden Befehl, der von dem Automaten
2 stammt und auf der Grundlage von Werten, welche auf den
Regulierungsparametern P.I.D. basieren, erarbeitet ist.
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Die Vorrichtung umfaßt auch eine optische Anzeige- bzw.
Sichtbarmachungseinheit 6, an der die Gesamtheit der
Kreise, der Pumpen, der Ventile und der Aufnehmer in einer
synoptischen Form dargestellt ist und die zu jedem
Zeitpunkt den Zustand ihrer verschiedenen wesentlichen Elemente
darstellt. Die optische Anzeige- bzw.
Sichtbarmachungseinheit 6 erhält vom Automaten 2 die zweckentsprechenden
Sichtbarmachungssignale SV. Eine Druckeinheit PR ist mit
dem Mikrorechner MP verbunden.
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Die Phasen (im automatischen Modus) und die Sequenzen (im
halb-automatischen Modus) lösen sich auf der Grundlage von
der optischen Anzeige- bzw. Sichtbarmachungseinheit 6 durch
Sichtbarmachung einer Befehlsnummer auf dieser und
Validierung bzw. Freigabe des entsprechenden Vorganges aus. Wenn
eine Phase im automatischen Modus beendet ist, setzt der
Automat 2 den Kreislauf in der Alterungsphase zurück und
erwartet einen Befehl zum Ingangbringen eines anderen
spezifischeren.
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Der Automat ist programmiert, um die verschiedenen Phasen
der Funktionsweise der Kreise der Baugruppe 1 automatisch
zu leiten, wie man in der Folge der Beschreibung sehen
wird. Indessen kann der Operateur auf den Ablauf des
Prozesses laufend mittels Befehlsmikrorechner MP eingreifen,
der mit dem Automaten 2 verbunden ist. Der Mikrorechner MP
erhält die durch den Automaten übertragenen Messungen und
überträgt als Gegenleistung dafür die Anweisungswerte. Er
erhält außerdem direkt die von dem Viskosimeter V unter
Zwischenschaltung einer Schnittstelleneinheit RHC
stammenden Messungen. Die von dem Mikrorechner MP auferlegten
Anweisungen sind für das Viskosmeter V durch die gleiche
Schnittstelleneinheit RHC angepaßt.
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Verschiedene Prozesse der Funktionsweise des Kreislaufes C,
der in der Baugruppe 1 enthalten ist, werden nachfolgend
beschrieben, um die Arbeitssequenzen darzustellen, die
durch den Automaten 2 vorgenommen werden.
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Die verschiedenen Phasen der Funktionsweise der Vorrichtung
gemäß der Erfindung sind durch Modifikation ihrer
Konfiguration mittels Veränderung des Zustandes der Pumpen und der
Ventile realisiert.
Ein- bzw. Auffüllen des Kreislaufes mit frischem Fluid
(Phase 01)
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Der Kolben der Pumpe P4 wird in eine mittlere Stellung und
derjenige der Pumpe P3 in die Stellung S verbracht.
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Der Ein- bzw. Auffüllungsvorgang mit frischem Fluid wird
durch die Pumpe P1 in mehreren Sequenzen bzw. Abfolgen
bewirkt, um die Toträume mit Luft auf das Maximum
einzuschränken (Sequenzen 01 bis 04).
Test des Kreislaufes auf den Anweisungsdruck Pc und
Umgebungstemperatur (Phase 02)
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Der Kreislauf wird zuerst auf den Fördermengendruck der
Pumpe 1 hin getestet, um eventuelle bedeutende
Undichtigkeiten zu erfassen (Sequenz 1). Der Anweisungsdruck wird
dann durch Injektion des Basisfluids in den Hauptkreis
unter Zuhilfenahme der Pumpe P4 erhalten. Die Injektion
vollzieht sich alternativ durch die beiden Kammern der Pumpe:
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- Injektion in der Richtung 1 (Sequenz 02)
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- Injektion in der Richtung 2 (Sequenz 03).
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Diese Sequenzen werden durch den Automaten 2 geleitet,
wobei die Sequenzänderung durch eine Endstellungsmarkierung
des Kolbens bestimmt wird.
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Die Injektion durch die eine der Kammern hat eine Absenkung
des Druckes, die durch den Aufnehmer CP7 gemessen wird, in
der anderen Kammer zur Folge. Die Beladung dieser letzteren
vollzieht sich automatisch mit der Pumpe P1. Man vermeidet
eine zu große Beanspruchung der Pumpe, indem sie in
Abhängigkeit von dem gemessenen Druck p7 betätigt oder
angehalten bzw. ausgeschaltet wird.
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Nach der Kontrolle der Dichtigkeit anhand des
Anweisungsdruckes wird der Kreislauf auf Außendruck gebracht (Sequenz
04) und wird der Kolben der Pumpe P4 zum Anschlag in der
Richtung 1 geführt.
Ein- bzw. Auffüllen des Kreislaufes mit Bahrfluid
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Dieser Vorgang wird in mehreren Phasen durchgeführt, die
jeweils mehrere Sequenzen umfassen, derart, um die
bestmögliche Spülung des frischen Fluids zu erhalten.
Ein- bzw. Auffüllen der Injektions- und Absaugpumpe P4
(Phase 03)
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Der Kolben der Pumpe wird in der Richtung 2 unter
gleichzeitiger Ein- bzw. Auffüllung der Kammer 1 durch die Pumpe
P1 verschoben bzw. bewegt (Sequenz 01). Dann wird der
Vorgang in der anderen Richtung wiederholt (Sequenz 02). Die
Sequenzen 01 und 02 werden verdoppelt.
Ein- bzw. Auffüllen des Restes des Kreislaufes (Phase 04)
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Dies wird in mehreren Schritten oder Sequenzen vollzogen:
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- Ein- bzw. Auffüllen des unteren Teiles des Kreislaufes
(Sequenz 01)
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- Ein- bzw. Auffüllen der Abzweigleitungen des
Durchflußmessers D und des Viskositätsmessers V sowie der fünf
ersten Filter F1 bis F5 (Sequenz 02)
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- Ein- bzw. Auffüllen des Durchflußmessers D von der
stromabwärtigen Rohrleitung zur Öffnung des Ventils B1 und der
fünf ersten Filter F1 bis F5 (Sequenz 03)
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- Ein- bzw. Auffüllen der Rohrleitung über die Öffnung von
C2 und des sechsten Filters F6 (Sequenz 04)
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- Ein- bzw. Auffüllen der Rohrleitung, die zu der Pumpe P2
zurückführt, und des sechsten Filters (Sequenz 05).
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Es muß indessen bemerkt werden, daß das Ein- bzw. Auffüllen
mit Bohrfluid nicht den Kreis CD2 betrifft, der mit den
ringförmigen Kammern der Filterhülsen MF verbunden ist, die
nur frisches bzw. klares Fluid beinhalten.
Ein- bzw. Auffüllen des Viskosimeters (Phase 05)
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Dieser Vorgang erfolgt nur, wenn das in dem Kreislauf
enthaltene Fluid die gewünschten Eigenschaften aufweist, der
so eine vollständige Verschiebung bzw. Bewegung des
anfänglichen Fluids überträgt. Nach Verminderung der Menge aus
der Pumpe P1 wird das Viskosimeter V ein- bzw. aufgefüllt
(Sequenz 01), dann durch Schließung des Ventils B3 isoliert
und der Kreislauf bei einem Testdruck getestet bzw.
untersucht (Sequenz 02).
Einstellen der Temperatur- und Druckbedingungen
Beendigung der Zirkulation (Phase 06)
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Die Zirkulationspumpe wird in Gang gesetzt, derart, um die
Temperatur des Fluids in dem Kreislauf während dieser Phase
zur Einstellung der Bedingungen zu homogenisieren (Sequenz
01). Die Zirkulation erfolgt bei geringer Menge bzw.
Durchsatz, da die Pulsierungsdämpfer in diesem Stadium ihre
Funktion zur Regelung der Menge bzw. des Durchsatzes nur
teilweise erfüllen können.
Erwärm- und Regelungsphasen (Phasen 07 und 08)
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Während der Phase der Erwärmung bzw. Aufheizung wird die
Pumpe P4 in Haltestellung C gesetzt, solange sich eine der
Anweisungen (Pc oder Tc) noch nicht angenähert haben. Zwei
Situationen können angetroffen werden:
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- Pc Erreichung bzw. Einstellung vor Tc (Phase 07)
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- Tc Erreichung bzw. Einstellung vor Pc (Phase 08).
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- Wenn P = Pc T < Tc (Phase 07), dann muß Fluid aus dem
Kreislauf durch die Pumpe P4 abgezogen werden, um mit dem
Erwärmen bzw. Aufheizen fortfahren zu können, ohne den
Anweisungsdruck zu übersteigen (Sequenz 01 und 02 gemäß
dem Zweck der Funktionsweise der Pumpe).
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- Wenn T = Tc P < Pc (Phase 08), dann ist Fluid in den
Kreilauf durch die Pumpe P4 zu injizieren, um den
Anweisungsdruck Pc zu erreichen (Sequenzen 01 und 02 gemäß dem
Zweck der Funktionsweise der Pumpe).
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Während dieser Phase soll der Druck in der zweiten Kammer
nicht unter einen festgelegten Grenzwert abgesenkt werden,
derart, um eine Verdampfung des Fluids zu vermeiden. Die
zweckentsprechenden Anweisungen Ein/Aus sind aufgrund
dieser Tatsache durch den Automaten 2 an die Pumpe P1 in
Abhängigkeit des gemessenen Druckes P7 übermittelt.
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Die vollständig durch den Automaten 2 geleiteten bzw.
überwachten Phasen 7 und 8 können vorteilhafterweise in der
Phase 6 als Untersequenzen des Prozesses zur Einstellung
der Temperatur- und Druckbedingungen integriert werden.
Sobald dieser Prozeß beendet ist, erfolgt automatisch die
Überleitung zu der folgenden Phase 09.
Versuchsphasen
Alterung bei der Zirkulation (Phase 09)
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Die Menge bzw. der Durchsatz der Zirkulation wird zunehmend
auf den gewählten Wert nach Erreichung bzw. Einstellung der
Anweisungen Pc und Tc zurückgeführt (Sequenz 01). In der
Folge der Vorgänge bzw. Operationen von diesen
Versuchsphasen hängt die Stellung der Ventile (L1 bis L5 und M2) von
dem Zweck der Funktionsweise der Pumpe P4 und der Phase zur
ständigen Regulierung (Injektion oder An- bzw. Absaugung)
ab. Sie können zum Beispiel die Konfiguration der Sequenzen
01 und 02 der Phase 07 bei An- bzw. Absaugung oder die
Konfiguration der Sequenzen 01 und 02 der Phase 08 bei
Injektion aufweisen.
Messung der rheologischen Eigenschaften (Phase 10)
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Sie wird nach Austausch des Fluids im Inneren des
Viskosimeters V und Isolierung dessen realisiert. Die Ein- bzw.
Auffüllung des Viskosimeters V umfaßt folgende Schritte:
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- Reduzierung der Menge bzw. des Durchsatzes in dem
Hauptkreis
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- Austreiben von früherem Fluid in den Rohrleitungen
des Zutritts zu dem Viskosimeter durch Zirkulation
während einer gewissen Zeit (Sequenz 01)
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- Austreiben des früheren Fluids, das in dem
Viskosimeter enthalten ist (Sequenz 02)
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- Isolierung des Viskosimeters und Erhöhung der Menge
bzw. des Durchsatzes in dem Hauptkreis (Sequenz 03).
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Die Phase der Messung kann bei Schließung des Ventils B4
beginnen.
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Messen der rheologischen Eigenschaften.
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Unter Zwischenschaltung der Befehlskonsole 7 wählt der
Operateur die Parameter aus, welche die rheologischen
Messungen konditionieren:
-
- Betrag der maximalen Schubkraft bzw. Scherbelastung,
Steigung des Anstiegs bei der Schubkraft bzw.
Scherbelastung, Stufe und Steigung des Abfalls bei der Schubkraft
bzw. Scherbelastung für die rheologischen Kurven;
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- Betrag und Zeit der Schubkraft bzw. Scherbelastung für
die Messungen der Thixotropie;
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- Gelzeiten für die "standardisierten" Messungen der Gele.
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Dann wählt er den Typ der durchzuführenen Messung auf einem
Menü aus und löst ihn aus bzw. setzt ihn in Gang.
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Am Ende des Zyklus der Messungen, das durch den Operateur
bestimmt ist, vollziehen sich ein automatisches Ausschalten
der Drehung des Rotors des Viskosimeters V und ein
Wiederanlaufen
der Konfiguration der Sequenz 01 von der Phase 09
mit Öffnung des Ventils B4.
Messungen der dynamischen Filtrierung (Phase 11)
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Der Prozeß umfaßt:
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- Isolierung der Reduktion bzw. Einschnürung RS und
Zirkulation durch die Filter F1 bis F6 (Sequenz 01),
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- Aufbau des Differentialdruckes zur Filtrierung bzw.
Filtration ΔP in der Pumpe P3 (Sequenz 02),
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- eine Sequenz zur Filtrierung bzw. Filtration durch
selektive Öffnung des Ventils G1 bis G6 des ausgewählten
Filters und des Ventils V, das den Zeitpunkt des Beginns der
Messung der Filtrierung markiert. Der Differentialdruck
wird durch Verschiebung bzw. Bewegung des Kolbens der
Pumpe 3 in der Richtung S aufrechterhalten (Sequenz 03).
Man mißt das Volumen des Filtrats während eines
festgelegten Zeitintervalls oder bis das Volumen des Filtrats
eine gleichermaßen festgelegte Grenze erreicht.
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In dieser Phase der Messung zeichnet man in Abhängigkeit
der Zeit folgendes auf: das filtrierte Volumen, die
Zirkulationsmenge, den Differentialdruck der Filtrierung und die
Temperatur des Fluids nahe dem ausgewählten Filter.
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- Rückgängigmachen des Differentialdruckes ΔP durch
Komprimierung des Fluids durch die Regulierungspumpe P4
(Sequenz 04).
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Die Phase der Filtrierung bzw. Filtration endet durch die
Öffnung der Ventile G1 bis G6 und das Wiederanlaufen der
Alterung in dem Hauptkreis (Phase 09, Sequenz 01).
Messungen der statischen Filtrierung (Phase 12)
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Um diese Phase zu realisieren:
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- isoliert man die Querschnittseinengung RS und leitet die
Zirkulation über die Filter F1 bis F6 (Sequenz 01), um
das in Ruhe verweilende Fluid auszutauschen,
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- man stellt die Zirkulation in dem Hauptkreis wieder her
und baut einen Differentialdruck zur Filtrierung bzw.
Filtration ΔP in der Pumpe P3 her (Sequenz 02), und
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- man öffnet wahlweise das Ventil G1 bis G6 des
ausgewählten Filters (Sequenz 03).
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Man verfährt auf die gleiche Weise wie für die dynamische
Filtrierung (Phase 11, Sequenz 03), ohne daß die
Zirkulationsmenge während dieser Phase aufgezeichnet wird. Die Phase
der statischen Filtrierung bzw. Filtration endet durch
Rückgängimachen des Differentialdruckes ΔP (Sequenz 04),
durch Öffnen des betroffenen Ventils G und durch
Zurücknehmen der Konfiguration der Alterung in dem Hauptkreis (Phase
09, Sequenz 01).
Reinigung der Filtrierungsregulierpumpe P3 (Phase 13)
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Dieser Vorgang erweist sich vor dem Beginn einer Phase der
Filtrierung als notwendig. Die Pumpe wird zunächst isoliert
(Sequenz 01), dann teilweise durch Verschiebung bzw.
Bewegung des Kolbens geleert (Sequenz 02). Bei dieser Sequenz
wird die Pumpe P3 in einen vorrangig Mengenmodus
angeordnet. Das verbleibende Fluid wird sodann nach Schließung des
Ventils F bis zur Wiederherstellung des Druckes komprimiert
(Sequenz 01), anschließend werden das Ventil H und das
betroffene Ventil G geöffnet. Die Konfiguration der Alterung
wird sodann wiederhergestellt (Phase 09, Sequenz 01).
Vorgänge zur Kontamination von Fluid
Injektion eines kontaminierten Fluids (Phase 14)
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Während dieser Phase arbeitet die Pumpe P4 im vorrangig
Mengenmodus und kommt somit nicht ihrer Rolle der
Regulierung des Druckes in dem Versuchskreislauf nach. Diese
Funktion
wird durch die Pumpe P3 mit den schon verwendeten
Filtern sichergestellt. Während dieser Phase verfährt man
nacheinander folgendermaßen:
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- Verschiebung bzw. Bewegung des Kolbens der Pumpe P4 am
Anschlag in der Richtung 1 mit Überführung von Fluid aus
der Kammer 1 in die Kammer 2 (Sequenz 01).
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- Ein- bzw. Auffüllen der Kammer Ch1 durch Verschiebung
bzw. Bewegung des Kolbens in der Richtung 2 mit
gleichzeitiger Entleerung der Kammer Ch2 (Sequenz 02),
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- Erneuerung bzw. Wiederholung der Sequenzen 01 und 02 vor
der Injektion des kontaminierten Fluids mit gewünschter
Menge bzw. gewünschtem Durchfluß, um die Qualität des
kontaminierten Fluids sicherzustellen, (Sequenz 03).
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Die Phase 14 geht einer Reinigung bzw. Entlüftung der Pumpe
P1 und einem Teil des Rohrleitungssystems mittels eines
manuellen Betätigungs- bzw. Befehlsventils M voraus, das
zwischen der Pumpe P1 und dem Rückschlagventil SAR angeordnet
ist.
Reinigung des kontaminierten Fluids am Ende der Injektion
(Phase 15)
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Nach der Reinigung bzw. Entlüftung der Pumpe P1 und eines
Teils des Kreises sowie dem Ein- bzw. Auffüllen des durch
Bohrfluid kontaminierten Fluids wird der verbliebene Teil
des Kreises durch die Pumpe P4 gereinigt bzw. entlüftet.
Hierzu wird die Kammer 1 mittels der Pumpe P1 durch
Verschiebung bzw. Bewegung des Kolbens in der Richtung 2
aufgefüllt (Sequenz 01). Das zu eliminierende bzw.
auszutreibende Fluid wird dann aus der Kammer Ch1 in die Kammer Ch2
überführt (Sequenz 02) und anschließend durch Ein- bzw.
Auffüllen der Kammer Ch1 durch Bohrfluid gereinigt bzw.
entlüftet (Sequenz 03).
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Die Sequenzen 02 und 03 werden erneuert bzw. wiederholt, um
einen korrekten bzw. vollständigen Austausch des
kontaminierten Fluids sicherzustellen. Die Konfiguration der
Alterung wird dann wiederhergestellt (Phase 09, Sequenz 01).
Durchflußmesser
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Der Durchflußmesser wird in dem Kreis durch Unterbrechung
integriert, wenn die Erfassungen der Mengen- bzw.
Durchsatzmessungen notwendig sind. Ausgehend von der Phase 05
werden infolgedessen die Stellung der Ventile A1, A2 durch
den Zyklus zur Erfassung von Mengen- bzw.
Durchsatzmessungen in regelmäßigen Zeitintervallen, die Modifizierung der
Betriebsbedingungen bezüglich der Menge bzw. des
Durchsatzes während des Vorganges der Beladung des Viskosmeters
zum Beispiel und der laufenden Phase (z.B. die ständige
Erfassung während der Vorgänge der dynamischen Filtrierung)
konditioniert.
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Die Befehlssoftware des Automaten 2 und des Mikrorechners
MP erlauben eine vollständige Leitung bzw. Überwachung der
Vorrichtung. Die Vorrichtung realisiert eine vollständige
Feinregelung bzw. -steuerung aufeinanderfolgender Phasen
und Sequenzen ausgehend von durch den Operateur unter
Zwischenschaltung des Mikrorechners auferlegten Anweisungen;
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- sie leitet die Behandlung bzw. Verarbeitung der
Filtrierungs- bzw. Filtrationsdaten und der rheologischen
Messungen sowie ihre Darstellung in Kurven- oder
Tabellenform und erzeugt zu definierten Intervallen systematische
Aufstellungen von durchgeführten Operationen bzw.
Vorgängen;
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- sie regelt bzw. steuert sämtliche Regler P.I.D. der
Mittel zur Regulierung der Temperatur.
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Außerdem ist sie geeignet, Fehler der Funktionsweise zu
erfassen und sie zu lokalisieren, wodurch deren ausgesprochen
schnelle Korrektur ermöglicht ist.