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Bodendruckmeßgerät für Tiefbohrlöcher Bodendruckmeßgeräte dienen dazu,
den Druck in einem Tiefbohrloch, welches für die Ölgewinnung dient, zu messen und
zu registrieren. Diese Meßgeräte werden neben dem Pumprohr in das Bohrloch abgelassen,
und ihr Durchmesser muß so klein sein, daß das Herablassen und Hochziehen neben
dem Pumprohr im Bohrloch möglich ist. Im allgemeinen \verden im Maximum 32 mm o
zugelassen.
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Die Seh%aierigkeit der Konstruktion besteht nun darin, bei diesem
kleinen Durchmesser Uhrwerk, Re.gistrierkassette und vor allem ein Meßwerk für Drücke
bis etwa Zoo Attn. unterzubringen. Plattenmanometer oder Rohrmanometer mit Bourdonrohr
sind bei diesen Dimensionen nicht möglich. Hierbei ist noch zu berücksichtigen,
daß bei den hohen Drücken für das Gerät Wandstärken von mindestens 3 mm notwendig
sind, so . daß nur eine lichte Weite von 26 mm für das eigentliche Gerät zur Verfügung
steht.
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Alle Konstrukteure benutzen deswegen zur Druckmessung die Bewegung
eines Kolbens durch eine Dichtung hindurch mit einer Spiralfeder als Gegenkraft.
Am Ende des Kolbens ist ein Schreibstift befestigt, der die Bewegung auf einer Registriertrommel
aufschreibt, die von einem Uhrwerk gedreht wird. Das Uhrwerk dreht die Trommel je
nach Wunsch in t Stunde oder 3 Stunden oder 2.1 Stunden einmal herum. Um eine längere
Registrierzeit zu haben, kann das Uhrwerk so eingerichtet sein, daß die Trommel
bei jeder Drehung in der Längsrichtung verschoben wird, z. B. um 5 mm, so daß also
die Registrierung mit einer Spirale als Grundlinie erfolgt.
Der
zu messende Druck ist gegeben durch die: Längsverschiebung der Schreibfeder unter
der Wirkung des äußeren Druckes auf den Kolben unter Abzug der Längsverschiebung,
die die Registrierkassette selbst während der Meßzeit erlitten hat.
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Vorbedingung für eine derartige Messung ist, daß sich der Kolben völlig
frei ohne trockene Reiburig durch die Dichtungsmuffe hindurchbewegt, welche andererseits
trotz des hohen Druckes unbedingt dicht halten muß.
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Bei den bisher konstruierten Instrumenten w tirden zur Dichtung Dichtungsmanschetten
benutzt, welche unter der Wirkung des zu messenden Druckes fest an den Kolben angepreßt
werden, aber naturgemäß die Einstellung des Kolbens unsicher machen.
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Im Gegensatz hierzu wird bei der vorliegenden Erfindung jeder Reibungsfehler
vermieden durch Verwendung nur eines Dichtungsfettes zwischen Kolben und Dichtungsstück,
welches eine hohe Adhäsion zum verwandten Metall hat, aber im übrigen die Eigenschaft
einer idealen Flüssigkeit, nämlich, daß die innere Reibung Null wird bei der Geschwindigkeit
Null.
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Bezeichnen wir die Spaltbreite zwischen Kolben und Dichtungsmuffe
finit s (z. B. o,o i mm), die I_ät@ge der Dichtung mit 1 und den Umfang des Kolbens
mit u (ti = 2 z r, wenn r der Radius des runden Kolbens ist) und mit P den
Druck der zu messenden Flüssigkeit in Atmosphären, so wirkt auf das Dichtungsfett
im Spalt eine Kraft P # s # u. Dagegen wird das Dichtungsfett im Spalt festgehalten
finit einer Kraft a # u # 1, wenn a ein Koeffizient ist, welcher die
Höhe der Adhäsion pro (,)uadi-atzentimeter0berfläche angibt. Ist diese letzte Kraft
größer als die erste, so wird das Dichtungsfett aus dem Spalt durch den Druck P
nicht herausgedrückt. Diese Bedingung kann erfüllt werden bei passendem Fett durch
entsprechend kleines c und "i-olies 1.
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Die innere Reibung des Fettes verlangsamt zwar die Bewegung des Kolbens,
so daß dieser vielleicht einige Sekunden später die Endstellung erreicht, ruft aber
keine Verstellung der Endstellung hervor, da sie ja im Ruhezustand Null ist.
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In der Zeichnung ist ein Beispiel für die Erfindung angegeben.
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Fig. i stellt den oberen Teil des Apparates, Fig. 2 den unteren Teil
dar, Fig. ; ein Teilstück mit vergrößert gezeichnetem Quermaß.
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Durch die Öffnungen i des unteren Rohrstückes 2 dringt die Flüssigkeit
aus dem Bohrloch (Öl oder Wasser) ein und überträgt den Druck in der Flüssigkeit
auf den Schlauch 3 aus weichem Gummi. Der Innenraum dieses Schlauches kommuniziert
finit dem Innenraum ! des Apparates bis zu der Dichtungsmuffe 4 und ist mit Glycerin
gefüllt. Lieses steht somit unter demselben Druck, welcher im Bohrloch am Ort des
Apparates herrscht. Der Kolben 5 im Innenraum l ist verschiebbar durch die Dichtungsmuffe
4 angeordnet, und an dem Kolben ist die Zugfeder 6 befestigt. Das andere Ende der
Feder ist mit Hilfe des Verbindungsstückes i 9 an dem Außenrohr t o befestigt. Der
Druck in der Gly-cerinfüllung drückt den Kolben vor, bis die Zugkraft der Feder
gleich der Druckkraft des Glycerins auf den Kolben ist.
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An dem Kolben befindet sich der Schreibstift i i. Dieser schreibt
auf einem Papierstreifen 12, welcher in der Kassette 13 eingelegt ist.
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Die Registrierkassette wird durch das Präzisionsuhrwerk 14 gedreht
und gleichzeitig mit Hilfe der Schnecke 15 bei jeder Umdrehung um 5 mm vorgeschoben.
Bei konstantem Druck schreibt demnach der Schreibstift eine Spirale auf dem Registrierpapier
in der Kassette.
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Um zii verhindern, daß die Schreibfeder beim Auf- und Abschrauben
der Rohre des Apparates bereits eine enge Spirale schreibt, welcher die Registrierkurve
überlagert ist, ist eine Einrichtung vorgesehen, die bei geschlossenem Apparat je
nach Belieben es ermöglicht, den Schreibstift zurückzudrücken, so daß er das Registrierpapier
nicht berührt, oder wieder vorschnellen zu lassen, so daß er mit dem notwendigen
Druck auf dem Papier schreibt.
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Zu diesem Zweck i s. Fig. 3) ist der Stift i i an einer Blattfeder
16 angenietet, deren anderes Ende mittels der Niet 17 an dein Kolben befestigt
ist.
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Die Blattfeder trägt eine Nase 18, während ein Rohrstück 20 mit passender
Reibung über den Kolben verschiebbar ist. Stößt man den ganzen geschlossenen Apparat
kräftig nach oben, so rutscht das Rohrstück 20 infolge seiner Massenträgheit an
dem Kolben nach oben und rückt die Nase 18 zurückt und damit auch die Schreibfeder.
Wird der Apparat dagegen nach unten gestoßen, so rutscht das Rohrstück nach unten,
der Schreibstift cri seiner Blattfeder kann wieder durch die Kraft der Feder vorrücken
und den Papierstreifen beschreiben, Die Dichtungsmuffe 4 hat eine Bohrung, die etwa
o,oi mm weiter ist als der Durchmesser des Kolbens. An der Dichtungsmuffe 4 ist
ferner ein Rohrstück 7 angeschraubt, welches mit einem konsistenten Dichtungsfett
gefüllt ist. Eine durchlöcherte Mutter g verhindert das Ausfließen des Fettes. Dieses
Fett wird nun mit sehr hohem Druck beim Zusammensetzen des Apparates in den Spalt
g @hineingepreßt. Das Fett steht im übrigen ebenso wie der Kolben unter dem Druck
des Glycerins bzw. der Flüssigkeit im Bohrloch. Dieser Druck wird in Richtung des
Kolbens, nicht in der senkrechten Richtung, drückt also in keiner Weise den Kolben
gegen die Dichtungsmuffe. Dadurch wird jede trockene Reibung zwischen Kolben und
Muffe vermieden. Wir erhalten bei gleichem Druck, sowohl nach einer Zunahme als
auch einer Abnahme des Druckes, die gleiche Verstellung des Kolbens bzw. den gleichen
Ausschlag auf dem Registrierpapier verzeichnet.