EP0184013B1 - Verfahren zur Messung von Flüssigkeits- und Gasdruck in einem abgedichteten Bohrloch - Google Patents

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EP0184013B1
EP0184013B1 EP85114119A EP85114119A EP0184013B1 EP 0184013 B1 EP0184013 B1 EP 0184013B1 EP 85114119 A EP85114119 A EP 85114119A EP 85114119 A EP85114119 A EP 85114119A EP 0184013 B1 EP0184013 B1 EP 0184013B1
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EP
European Patent Office
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measuring
measuring tube
probe
tube
pressure
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EP85114119A
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EP0184013A3 (en
EP0184013A2 (de
Inventor
Kalman Prof. Dr. Kovari
Jakob Köppel
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Der Industrieorientierten Forschung An Den Schweizerischen Hochschulen und Weiteren Institutionen Gesell zur Forderung
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Der Industrieorientierten Forschung An Den Schweizerischen Hochschulen und Weiteren Institutionen Gesell zur Forderung
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Publication of EP0184013A3 publication Critical patent/EP0184013A3/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12—Packers; Plugs
    • E21B33/124—Units with longitudinally-spaced plugs for isolating the intermediate space
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/06—Measuring temperature or pressure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
    • E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
    • E21B34/14—Valve arrangements for boreholes or wells in wells operated by movement of tools, e.g. sleeve valves operated by pistons or wire line tools

Definitions

  • a method of this type is known from US Pat. Nos. 4,192,181 and 4,230,180.
  • the pressure is measured, for example, for geophysical surveys, e.g. B. for tunnel construction, for investigations of the subsoil on dams or other structures or for the determination of subsidence.
  • the object of the invention is to enable pressure measurement with high accuracy to avoid the disadvantages of the known method without the medium to be measured penetrating into the measuring tube. This object is achieved on the basis of the features of patent claim 1, by a measuring tube for carrying out the method according to patent claim 2 and by a measuring probe for this measuring tube according to patent claim 10.
  • the measuring tube 1 consists of individual pieces of pipe 2 placed next to one another and pipe sleeves 3 connecting them to one another, so that it can be achieved by continuously joining pipe sleeves and pipe pieces and thereby pushing them further into the borehole 4 to a desired length with a corresponding number of measuring points 5 provided in the pipe sleeves put together.
  • a sealing sleeve 6 is attached on the outside of the pipe section.
  • the sealing sleeves 6 of the measuring tube are connected to one another by a filling line (not shown) in order to pressurize them by means of a supplied flowable medium, such as gas, water or cement mortar, so that they rest firmly and thus sealingly on the wall 7 of the borehole.
  • a supplied flowable medium such as gas, water or cement mortar
  • the individual pipe sections 2 and the pipe sleeves 3 have guide grooves 12 for guiding the wheels 10, 11 of a measuring probe shown in FIGS. 4-12, which run parallel to the axis of the measuring pipe 1 and have an angular distance of 120 ° to one another. So that the guide grooves 12 of the pipe sections and pipe sockets can merge into one another, the pipe sockets and pipe sections are to be mounted in a predetermined angular position, for which purpose a positive engagement between them is provided, as shown in the example according to FIG. 2 by extensions 13, 14, which in one engage correspondingly shaped recess 15, 16 of the other part. It
  • connection can take place in various ways, as can the securing of the position of the parts to one another in the axial direction by means of radially or tangentially extending screws or bolts which extend through both parts to be connected to one another.
  • the connection must be made in such a way that the measuring tube is gas-tight or liquid-tight.
  • an O-ring 18 is inserted in a circumferential groove of the pipe sections 2, so that the pipe sleeve 3 comprising the pipe section 2 lies tightly with its inner wall on the O-ring.
  • stop cams 20 are also provided adjacent to each guide groove, which serve for the exact positioning of the measuring probe in the measuring position, as will be described in more detail below.
  • a threaded hole 22 is provided in the pipe socket 3, into which the threaded connector 23 of the housing 24 of the measuring cell 25 is screwed.
  • An O-ring 26 inserted between the measuring cell housing 24 and the pipe sleeve 3 ensures the sealing of the measuring tube.
  • a protective filter protection plate 35 which is inserted in the housing cover 36 which fastens the membrane 30 to the housing 24.
  • the unit consisting of piston 27 and membrane 30 is biased towards the interior of the measuring tube by a compression spring 31.
  • the pressure acting on the inside of the membrane 30 is compensated by this compression spring.
  • the compression spring is, for example, clamped between the filter plate 35 and a cover plate resting on the membrane 30, as shown.
  • the compression spring 31 can be dispensed with for overpressure measurements.
  • the axle shaft 51 enclosed by the front end part 43 of the measuring probe simultaneously forms the actuating rod for rotating the central probe part 41 in the measuring position or out of the measuring position and is drilled over its length, so that it can accommodate connecting cables (not shown) to the measuring device provided in the central probe part.
  • the rotary movement takes place, for example, through an angle of 45 between the positions shown in FIGS. 5 and 6.
  • the abovementioned stop cams 20 of the measuring tube are each arranged on both sides of the guide grooves 12, so that the measuring probe can be moved freely in the measuring tube 1 when the middle probe part assumes the driving position shown in FIG. 5. If the measuring wheel 53 of the measuring device 54 has laterally passed the tip 38 of the piston of the measuring cell with an angular distance of 45 ° and if the counter stops 55 have passed the stop cams 20 of the measuring tube, the central probe part 41 is turned 45 ° into that in FIG. 6 The angular position shown is rotated and the probe is retracted until the counter stops 55 come into exact contact with the stop cams 20, as the diagram in FIG. 4 shows schematically.
  • the exact contact with the stop cam 20 and thus the exact alignment of the measuring probe 40 with the measuring tube 1 is ensured by the spherical design of the surface of the counter stops 55 and the conical design of the surface of the stop cam 20.
  • the guide wheels 10, 11 of the measuring probe which support the measuring probe in the guide grooves 12 of the measuring tube with a relatively precisely set pretension, also contribute to precise alignment.
  • This spring preload is given by the mounting of the guide wheels 10, 11 shown in FIGS. 11 and 12 at the end of a leaf spring 57, 58.
  • stop bolts 60, 61 which are fastened with an axially parallel course in the probe end parts 42, 43 and engage in a circumferential groove 62, 63 of the central probe part 41, the end surfaces of which lie opposite one another in the circumferential direction of the measuring probe, stop surfaces for the stop bolts 60, 61 form.
  • the measuring wheel 53 is mounted on an axis 66, which at the end of a lever 65 is attached, which runs parallel to the longitudinal axis of the measuring probe and is pivotable about an axis 67 relative to the measuring probe.
  • the pivoting range of the lever 65 is very limited since the lever end carrying the measuring wheel 53 bears against a transmission member 68 of the measuring device and a stop pin 69 is provided at the opposite end of the lever 65.
  • the stop bolt 69 is designed as a threaded bolt with a lock nut 70 so that the pivoting range of the lever can be adjusted radially outwards.
  • the force measurement by means of the measuring beam 76 is carried out by determining its bending deformation, in that strain gauges are attached to the outside of the measuring beam in a certain area 92, the stretching of which leads to a change in an electrical resistance.
  • a suitable arrangement of the strain gauges to several and their electrical switching connection in the form of a Wheatston bridge circuit enable high measuring accuracy.
  • the area 92 of the measuring bar at which the bending movement is measured has a considerable cross-sectional weakening due to a recess 93 which extends in the longitudinal direction of the measuring bar and has an opening 94 on the outside opposite the free bar end 87.
  • the measuring bar thus has an inwardly directed free end 95 which runs parallel to the bending region 92.
  • a second filling line 119 with a return line 120 is provided for filling the space 116.
  • the return line has a filling valve mechanism 122, which is of the same design as that already described with reference to FIG. 14.
  • the back ventilation 120 has a ventilation mechanism 123, which has a fabric sleeve attached to it, which encloses a number of holes 125 in the return line 120.
  • the fabric of the cuff 124 allows air and / or water to flow from the space 116 into the return line, but retains the filling medium there.
  • a sealing device 100 of the type described above is provided on both sides of a measuring cell 25 ′′.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Flüssigkeits- und Gasdruck in einem abgedichteten Bohrloch mittels eines in das Bohrloch eingebrachten Messrohres, wobei vorgegebene Bereiche des Bohrloches, in denen die Druckmessung erfolgen soll, gegeneinander durch beidseitig zu dem jeweiligen vorgesehenen Bereich zwischen der Aussenwand des Messrohres und der Bohrlochwand vorgesehene Dichtungseinrichtungen abgedichtet werden und die Messung mittels einer Meßsonde erfolgt, deren für die Messung ausgebildeter Teil an eine in der Wand des Messrohres vorgesehene Meßstelle gelangt, sowie ein Messrohr zur Durchführung des Verfahrens und eine Messonde für das Messrohr.
  • Ein Verfahren dieser Art ist bekannt durch die US-Patentschriften 4 192 181 und 4230 180. Die Druckmessung erfolgt beispielsweise für geophysikalische Untersuchungen, z. B. für den Tunnelbau, für Untersuchungen des Untergrundes an Staudämmen oder anderen Bauwerken oder auch zur Ermittlung von Grundwasserabsenkungen.
  • Nach dem vorbekannten Verfahren erfolgt die Druckmessung, indem über ein in der Messrohrwand vorgesehenes Ventil, das durch die Messonde geöffnet wird, eine Verbindung mit einem Innenraum der Meßsonde hergestellt wird, in dem die Messung erfolgt. Durch das Überleiten des zu messenden Mediums in der Messonde können sich Druckveränderungen ergeben, die zu einem fehlerhaften Ergebnis führen, ausserdem können dabei Feststoffpartikel zu Störungen an dem hierbei verwendeten Ventilmechanismus führen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Vermeidung der Nachteile des bekannten Verfahrens eine Druckmessung mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen, ohne dass das zu messende Medium in das Messrohr eindringt. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt aufgrund der Merkmale des Patentanspruches 1, durch ein Messrohr zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch 2 sowie durch eine Meßsonde für dieses Messrohr gemäss Patentanspruch 10.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils des in einem Bohrloch montierten Messrohres in Axialschnitt,
    • Fig. 2 einen Axialschnitt durch das Messrohr nach Fig. 1 im Bereich einer Meßstelle,
    • Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Messzelle des Messrohres nach Fig. 1 in vergrösserter Darstellung relativ zu den Darstellungen der Fig. 1 und 2,
    • Fig. 4 eine Seitenansicht einer Meßsonde in schematischer Darstellung mit einem Teil des Messrohres,
    • Fig. 5 einen Querschnitt durch die Meßsonde nach Fig. 1 in Fahrposition relativ zu dem Messrohr,
    • Fig. 6 einen Querschnitt durch die Meßsonde in Messposition,
    • Fig. 7 einen Axialschnitt durch den mittleren Bereich einer Meßsonde,
    • Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie Vill - VIII in Fig. 7,
    • Fig. 9 einen Querschnitt entlang der Linie IX - IX der Fig. 7,
    • Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie X - X der Fig. 7,
    • Fig. 11 einen axialen Teilquerschnitt der Meßsonde mit ihrem hinteren Ende,
    • Fig. 12 einen axialen Teilschnitt durch die Meßsonde mit ihrem vorderen Ende,
    • Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Teiles eines in einem Bohrloch montierten Messrohres mit einer Dichteinrichtung,
    • Fig. 14 einen Querschnitt durch einen Füllventilmechanismus; und
    • Fig. 15 einen Querschnitt durch einen Entlüftungsmechanismus.
  • Das Messrohr 1 besteht aus einzelnen aneinandergesetzten Rohrstücken 2 und diese miteinander verbindenden Rohrmuffen 3, so dass es sich durch fortlaufendes Aneinanderfügen von Rohrmuffen und Rohrstücken und dabei weiteres Einschieben in das Bohrloch 4 auf eine gewünschte Länge mit einer entsprechenden Anzahl von in den Rohrmuffen vorgesehenen Meßstellen 5 zusammensetzen lässt. An der Aussenseite des Rohrstückes ist auf nicht näher dargestellte Weise eine Dichtmanschette 6 befestigt. Die Dichtmanschetten 6 des Messrohres sind durch eine nicht dargestellte Fülleitung miteinander verbunden, um sie mittels eines zugeführten strömungsfähigen Mediums, wie Gas, Wasser oder Zementmörtel unter Druck zu setzen, so dass sie sich fest und damit dichtend an die Wand 7 des Bohrloches anlegen. Auf diese Weise ist jede Messtelle zwischen zwei Dichtmanschetten 6 eingeschlossen, so dass an ihr der in diesem eingeschlossenen Bereich vorhandene Druck gemessen werden kann. Dieser Druck kann durch Gas oder Flüssigkeit gebildet sein, die aus dem umgebenden Material 8 in den Raum 9 zwischen dem Messrohr 1 und der Bohrlochwand 7 eingedrungen sind.
  • Die einzelnen Rohrstücke 2 und die Rohrmuffen 3 haben für die Führung der Räder 10, 11 einer in den Fig. 4 - 12 dargestellten Meßsonde Führungsrillen 12, die achsparallel zu dem Messrohr 1 verlaufen und einen Winkelabstand von 120° zueinander aufweisen. Damit die Führungsrillen 12 der Rohrstücke und Rohrmuffen ineinander übergehen können, sind die Rohrmuffen und Rohrstücke in vorgegebener Winkelposition zueinander zu montieren, wofür ein formschlüssiger Eingriff zwischen ihnen vorgesehen ist, wie im Beispiel nach Fig. 2 durch Fortsätze 13, 14 gezeigt, die in eine entsprechend geformte Aussparung 15, 16 des anderen Teiles eingreifen. Es
  • versteht sich, dass eine solche formschlüssige Verbindung auf verschiedene Weise erfolgen kann, ebenso wie die Sicherung der Lage der Teile zueinander in axialer Richtung durch radial oder tangential verlaufende Schrauben oder Bolzen, die sich durch beide miteinander zu verbindende Teile erstrecken. Die Verbindung hat jedoch so zu erfolgen, dass das Messrohr gas-oder flüssigkeitsdicht ist. Entsprechend Fig. 2 ist in einer Umfangsnut der Rohrstücke 2 ein O-Ring 18 eingelegt, so dass die das Rohrstück 2 umfassende Rohrmuffe 3 mit ihrer Innenwand an dem O-Ring dicht anliegt. An der Innenseite der Rohrmuffe 3 sind ausserdem angrenzend an jede Führungsrille 12 Anschlagnocken 20 vorgesehen, die für die genaue Positionierung der Meßsonde in Messposition dienen, wie im folgenden noch näher beschrieben wird.
  • An der Meßstelle 5 ist in der Rohrmuffe 3 ein Gewindeloch 22 vorgesehen, in das der Gewindestutzen 23 des Gehäuses 24 der Messzelle 25 eingeschraubt ist. Ein zwischen das Messzellengehäuse 24 und die Rohrmuffe 3 eingelegter O-Ring 26 gewährleistet die Abdichtung des Messrohres.
  • In der Messzelle 25 ist ein als Kolben 27 ausgeführtes Druckaufnahmeorgan beweglich gelagert, in dem der Kolbenschaft 28 in einem Axialkugellager 29 in dem Gewindestutzen 23 geführt ist. Der den Kolben 27 aufnehmende Innenraum des Gehäuses 24 ist nach aussen, d.h. gegenüber dem Raum 9, in dem der zu messende Druck vorhanden ist, durch eine dünne, hochelastische Membran 30 abgedichtet. An dieser Membran liegt die äussere Stimfläche des Kolbens 27 an oder ist ah ihr, z. B. durch Kleben, befestigt. Der auf die Membran 30 wirkende Druck wird somit auf den Kolben 27 übertragen, so dass seine Unterseite an der Innenschulter 32 des Gehäuses 24 auf Anlage gelangt. Für die Druckmessung ist nur ein sehr geringer Kolbenweg 33 erforderlich. Mit geringem Abstand von der Membran 30 ist diese von einer schützenden Filter-Schutzplatte 35 überdeckt, die in dem die Membran 30 am Gehäuse 24 befestigenden Gehäusedeckel 36 eingesetzt ist. Um die Messung von äusserem Unterdruck relativ zu dem innerhalb des Messrohres vorhandenen Druck, d.h. normalerweise Atmosphärendruck, zu ermöglichen, ist die Einheit aus Kolben 27 und Membran 30 in Richtung zum Innenraum des Messrohres durch eine Druckfeder 31 vorbelastet. Durch diese Druckfeder wird der auf die Innenseite der Membran 30 wirkende Druck kompensiert. Die Druckfeder ist beispielsweise entsprechend der Darstellung zwischen der Filterplatte 35 und einer an der Membran 30 anliegenden Deckplatte eingespannt. Für Überdruckmessungen kann auf die Druckfeder 31 verzichtet werden.
  • Das freie Ende des Kolbenschaftes 28 ragt um ein geringes Mass in den Innenraum des Messrohres 3 hinein und weist eine abgerundete Kuppe 38 auf, die bestimmt ist für den mechanischen Messkontakt mit der im folgenden näher beschriebenen Meßsonde 40. Die Meßsonde 40 bildet einen langgestreckten, zylindrischen Körper mit einem mittleren Teil 41, der um die Längsachse der Meßsonde relativ zu den durch die Räder 10, 11 geführten Endteilen 42, 43 verdrehbar ist. Die Lagerung der Teile 41, 42, 43 zueinander erfolgt durch Gleitlagerpaare 45, 46 und 47, 48, die jeweils an den beiden äusseren Enden der Sondenendteile 42, 43 vorgesehen sind und langgestreckte Achsschäfte 50, 51 lagern, die an beiden äusseren Enden des mittleren Sondenteils 41 angeformt sind. Der vom vordern Endteil 43 der Meßsonde umschlossene Achsschaft 51 bildet gleichzeitig die Betätigungsstange zum Verdrehen des mittleren Sondenteiles 41 in Messposition oder aus der Messposition heraus und ist über seine Länge durchbohrt, so dass er nichtdargestellte Verbindungskabel zu der im mittleren Sondenteil vorgesehenen Messeinrichtung aufnehmen kann. Die Drehbewegung erfolgt beispielsweise um einen Winkel von 45 zwischen den in den Fig. 5 und 6 dargestellten Positionen. In der in Fig. 5 dargestellten Fahrposition befindet sich ein Messrad 53 in axialer Richtung hinter dem Führungsrad 10, sein äusserer Umfang hat jedoch einen geringen Abstand von der Wand des Messrohres 1 und greift somit nicht in die Führungsrille 12 ein. Die bereits genannten Anschlagnocken 20 des Messrohres sind jeweils beidseitig zu den Führungsrillen 12 angeordnet, so dass die Meßsonde ungehindert in dem Messrohr 1 verschoben werden kann, wenn der mittlere Sondenteil die in Fig. 5 gezeigte Fahrposition einnimmt. Hat das Messrad 53 der Messeinrichtung 54 die Kuppe 38 des Kolbens der Messzelle mit dem Winkelabstand von 45° seitlich passiert und haben entsprechend die Gegenanschläge 55 die Anschlagnocken 20 des Messrohres passiert, so wird der mittlere Sondenteil 41 um 45° in die in Fig. 6 dargestellte Winkelposition gedreht und die Sonde dabei soweit zurückgefahren, bis die Gegenanschläge 55 zur exakten Anlage an die Anschlagnocken 20 gelangen, wie die Darstellung der Fig. 4 schematisch zeigt. Die exakte Anlage an den Anschlagnocken 20 und damit die genaue Ausrichtung der Meßsonde 40 zum Messrohr 1 ist durch die kugefförmige Ausbildung der Oberfläche der Gegenanschläge 55 und die kegelförmige Ausbildung der Oberfläche der Anschlagnocken 20 gewährleistet. Zu einer genauen Ausrichtung tragen auch die Führungsräder 10, 11 der Meßsonde bei, die mit verhältnismässig genau eingestellter Vorspannung die Meßsonde in den Führungsrillen 12 des Messrohres abstützen. Diese Federvorspannung ist durch die in den Fig. 11 und 12 gezeigte Lagerung der Führungsräder 10, 11 am Ende einer Blattfeder 57, 58 gegeben. Die genaue Anschlagposition in Drehrichtung ist durch Anschlagbolzen 60, 61 gewährleistet, die mit achsparallelem Verlauf in den Sondenendteilen 42, 43 befestigt sind und in eine Umfangsnut 62, 63 des mittleren Sondenteils 41 eingreifen, deren in Umfangsrichtung der Meßsonde einander gegenüberliegenden Endflächen Anschlagflächen für die Anschlagbolzen 60, 61 bilden.
  • Bei der erwähnten Rückfahrbewegung bis in Anschlagposition fährt somit das Messrad 53 unter die Kuppe 38 und schiebt damit den das Druckaufnahmeorgan bildenden Kolben 27 der Messzelle 25 relativ zum Messrohr um einen geringen Weg nach aussen, und die Messeinrichtung 54 der Meßsonde misst dabei die hierfür erforderliche Kraft bzw. die Kraft, die erforderlich ist, um den Kolben entgegen dem aussen an ihm wirkenden Umgebungsdruck ausser Anlage an der Gehäuseschulter 32 der Messzelle zu haften. Damit beim Untsrfshrsn des Messkolbens durch das Messrad dieses sich im wesentlichen nur radial zur Meßsonde bzw. zum Messrohr bewegt oder nur in dieser Richtung die Messkraft auf die Messeinrichtung 54 überträgt, ist das Messrad 53 auf einer Achse 66 gelagert, die am Ende eines Hebels 65 befestigt ist, der parallel zur Längsachse der Meßsonde verläuft und um eine Achse 67 relativ zur Meßsonde schwenkbar ist. Der Schwenkbereich des Hebels 65 ist sehr begrenzt, da das das Messrad 53 tragende Hebelende an einem Übertragungsglied 68 der Messeinrichtung anliegt und am gegenüberliegenden Ende des Hebels 65 ein Anschlagbolzen 69 vorgesehen ist. Der Anschlagbolzen 69 ist als Gewindebolzen mit einer Kontermutter 70 ausgeführt, so dass der Schwenkbereich des Hebels radial nach aussen einjustierbar ist.
  • Die Drehbewegung des Messrades 53 beim Unterfahren des Kolbens 27 und die Schwenkbewegung des Hebels 65 sind ebenfalls sehr leichtgängig durch entsprechende Ausführung der Lagerungen, ebenso wie der Kolben 27 durch die Lagerung in einem Axialkugellager leicht beweglich ist.
  • Die Messeinrichtung 54 ist in einer längsgerichteten und im Querschnitt angenähert quadratischen Aussparung 70 des massiven Hauptkörpers 71 des mittleren Sondenteils 41 angeordnet. Diese Aussparung 70 ist durch eine Membran 72 verschlossen, die durch einen Verschlusskörper 73 am Hauptkörper 71 mittels Schraubenbolzen 74 gehalten ist. Das Übertragungsglied 68 bildet einen in der Aussparung 70 angeordneten, geschlossenen Rahmen 75, der einen Messbalken 76 umschliesst und mit diesem durch einen Schraubenbolzen 77 mit Kontermutter 78 fest verbunden ist. Ein aussen an dem Rahmen 75 des Übertragungsgliedes 68 befestigter Gewindebolzen 79 erstreckt sich durch eine Öffnung in der Membran 72 und bis an das das Messrad 53 lagernde Ende des Hebels 65 heran, so dass es dessen Bewegung bzw. die Auslenkung des Messrades 53 auf den Messbalken 76 übertragen kann. Auf den Gewindebolzen 79 ist eine Schraubenmutter 80 aufgeschraubt, die eine den Schraubenbolzen umschliessende Scheibe 81 dichtend gegen die Membran 72 presst, so dass diese zwischen dem Rahmen 75 und dieser Scheibe 81 eingeklemmt ist.
  • Der Messbalken 76 ist an einem Ende durch zwei Schrauben 84, 85 fest an dem massiven Hauptkörper 71 der Messonde befestigt, derart, dass dieses Messbalkenende fest an einem erhöhten Bodenteil 86 der Aussparung 70 anliegt. Der übrige Teil des Messbalkens, beispielsweise beginnend von seiner Mitte, befindet sich in geringem Abstand von einem abgesetzten Bodenteil 88 der Aussparung 70, so dass er durch die Messbewegung des mit ihm fest verbundenen Übertragungsgliedes 68 ausbiegbar ist. Die Biegebewegung des Messbalkens ist durch eine einen Anschlag bildende Justierschraube 89 begrenzt, die von dem Schraubenbolzen- 77 umschlossen ist, der den Messbalken mit dem Rahmen 75 des Übertragungsgliedes 68 verbindet. Bei maximaler Ausbiegung des Messbalkens 76 gelangt das Ende der Justierschraube 89 in eine Bodenvertiefung 90 der Aussparung 70 zum Anschlag. Diese Bodenvertiefung 90 ist für die Aufnahme des unteren Teiles des den Messbalken umschliessenden Rahmens 75 vorgesehen. Durch die Justierschraube 89 wird beispielsweise ein Spiel 91 von 0,3 mm eingestellt.
  • Die Kraftmessung mittels des Messbalkens 76 erfolgt durch Ermittlung seiner Biegeverformung, indem in einem bestimmten Bereich 92 aussen an dem Messbalken Dehnungs-Messtreifen befestigt sind, deren Dehnung zur Änderung eines elektrischen Widerstandes führt. Eine geeignete Anordnung der Dehnmesstreifen zu mehreren und ihre elektrische Schaltverbindung in Form einer Wheatston'schen Brückenschaltung ermöglichen eine hohe Messgenauigkeit. Der Bereich 92 des Messbalkens, an dem die Biegebewegung gemessen wird, weist eine erhebliche Querschnittsschwächung aufgrund einer Aussparung 93 auf, die sich in Längsrichtung des Messbalkens erstreckt und auf dem dem freien Balkenende 87 gegenüberliegenden Ende eine Öffnung 94 nach aussen hat. Somit hat der Messbalken ein nach innen gerichtetes freies Ende 95, das parallel zu dem Biegebereich 92 verläuft. An diesem freien Ende ist auf die beschriebene Weise der Rahmen 75 des Übertragungsgliedes 68 befestigt. Folglich wird die Biegeverformung von diesem nach innen gerichteten freien Ende 95 über das freie äussere Balkenende 87 auf den Biegebereich übergeleitet. Mit 96 ist ein Stück eines durch den Achsschaft 51 nach aussen führenden, elektrischen Kabels bezeichnet, das die Verbindung zwischen den Dehnmesstreifen und einem aussen angeordneten elektrischen Messgerät herstellt. Ein Stück eines von der Meßsonde 40 nach aussen führenden Kabels 97 ist auch in Fig. 4 angedeutet.
  • Es versteht sich, dass die beschriebene Messanordnung für die Kraftmessung auch anders ausgeführt sein kann, indem statt eines Messbalkens mit Dehnmesstreifen handelsübliche Kraftsensoren verwendet werden, die nach Ohm'schem, kapazitivem, instruktivem oder piezoelektrischem Messprinzip eine Messbewegung entgegen der konstanten Kraft eines Federelementes in ein elektrisches Messignal wandeln.
  • Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Dichteinrichtung 100, das gegenüber der Verwendung von einer Dichtmanschette 6 entsprechend der Darstellung in Fig. 1 eine zuverlässigere und vollkommenere Abdichtung des Bereiches gewährleistet, in dem die Druckmessung erfolgen soll. Dies ist für eine genaue Bestimmung des Druckes in diesem Bereich von grosser Bedeutung.
  • Die Dichteinrichtung 100 besteht aus einem Paar von an der Aussenseite des Messrohres 101 über Flansche 102 dichtend angebrachten Manschetten 103, 104, die mittels einer Fülleitung 105 von aussernsµ> des Bohrloches 106 mit einem aushärtenden Füllmedium, beispielsweise Zementmörtel, gefüllt werden, so dass sie sich dichtend an die Bohrlochwand 107 anlegen. Das Füllmedium strömt dabei über einen in Fig. 14 deutlich dargestellten Füllventilmechanismus 109, 110 innerhalb der Manschetten 103, 104, in diese ein. Der Ventilmechanismus hat ein die Rückleitung 111 und damit eine Anzahl von in dieser dort vorgesehenen Löchern 113 umschliessendes gummielastisches Schlauchstück 114, so dass eine Rückströmung in die Rückleitung verhindert wird.
  • Die gefüllten Manschetten 103, 104 dichten zwischen sich einen Raum 116 ab, der anschliessend ebenfalls durch ein z. B. aushärtendes Füllmedium 117 gefülft wird. Da letzteres in unmittelbaren Kontakt mit der möglicherweise unebenen Bohrlochwand 107 gelangt, ergibt sich eine Abdichtung, die gegenüber der Abdichtung,allein durch Anpressung einer Manschette, wesentlich besser ist.
  • Für die Füllung des Raumes 116 ist eine zweite Fülleitung 119 mit einer Rückleitung 120 vorgesehen. Innerhalb des jeweiligen Raumes 116 hat die Rückleitung einen Füllventilmechanismus 122, der gleich ausgeführt ist wie der bereits anhand der Fig. 14 beschriebene. Ausserdem hat die Rückleftung 120 einen Entlüftungsmechanismus 123, der eine an ihr befestigte Gewebemanschette aufweist, die eine Anzahl von Löchern 125 in der Rückleitung 120 umschliesst. Das Gewebe der Manschette 124 lässt Luft und/oder Wasser aus dem Raum 116 in die Rückleitung strömen, hält jedoch das Füllmedium dort zurück.
  • Es versteht sich, dass mit Ausnahme der am Ende des Messrohres vorgesehenen Messzelle 25' in Rohrlängsrichtung beidseitig einer Messzelle 25" jeweils eine derartige, zuvor beschriebene, Dichteinrichtung 100 vorgesehen ist.

Claims (19)

1. Verfahren zur Messung von Flüssigkeits- und Gasdruck in einem abgedichteten Bohrloch (4) mittels eines in das Bohrloch eingebrachten Messrohres (1), wobei vorgegebene Bereiche des Bohrloches, in denen die Druckmessung erfolgen soll, gegeneinander durch beidseitig zu dem jeweiligen vorgesehenen Bereich zwischen der Aussenwand des Messrohres und der Bohrlochwand (7) vorgesehene Dichteinrichtungen (6) abgedichtet werden und die Messung mittels einer Meßsonde (40) erfolgt, deren für die Messung ausgebildeter'Teil (53) an eine in der Wand des Messrohres vorgesehene Meßstelle (25) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessung durch Messen der Kraft erfolgt, die erforderlich ist, um ein in der Wand des Messrohres beweglich gelagertes, gegenüber dieser abgedichtetes und durch den aussen auf das Messrohr wirkenden Druck belastetes Druckaufnahmeorgan (27, 30) mittels der in das Messrohr eingeführten Messonde (40) zu bewegen.
2. Messrohr (1) zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 mit aussen an ihm befestigten Dichteinrichtungen (6) für die dichtende Verbindung mit der umgebenden Bohrlochwand (7), wobei sich zwischen mindestens zwei in Rohrlängsrichtung hintereinander vorgesehene Dichteinrichtungen eine Meßstelle (25) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass an der Messtelle in einer Öffnung (22) der Messrohrwand eine Messzelle (25) dichtend eingesetzt ist, deren Gehäuse (24) ein in ihm bewegliches Druckaufnahmeorgan (27, 30) einschliesst, an dem der Druck des das Messrohr umgebenden Mediums wirkt, wobei der Innenraum des Gehäuses (24) durch mit dem Druckaufnahmeorgan (27) bewegliche Dichtmittel (30) gegenüber dem das Messrohr umschliessenden Raum abgedichtet ist.
3. Messrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Messzellengehäuses (24) durch eine Membrane (30) abgedichtet ist.
4. Messrohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckaufnahmeorgan ein Kolben (27) ist, dessen Schaft (28) in einem in die Öffnung (22) der Messrohrwand eingesetzten Stutzen (23) des Gehäuses (24) axial leicht beweglich gelagert ist, wobei das freie Ende (38) des Kolbenschaftes (28) in das Messrohr (1) hineinragt.
5. Messrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschaft (28) in einem Axialkugellager (29) geführt ist.
6. Messrohr nach einem der Ansprüche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (24) der Messzelle (25) nach aussen durch eine Filterplatte (35) verschlossen ist.
7. Messrohr nach einem der Ansprüche 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckaufnahmeorgan (27, 30) durch eine Druckfeder (31) in Wirkungsrichtung des Mediendruckes vorbelastet ist.
8. Messrohr nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (31) zwischen der Filterplatte (35) und dem Druckaufnahmeorgan (27,30) eingespannt ist.
9. Messrohr nach einem der Ansprüche 2 - 8, gekennzeichnet durch mindestens eine in der Messrohrwand parallel zur Messrohrachse verlaufende Führungsrille (12) für ein Rad (10, 11) einer Messonde und mindestens einen in dem Messrohr vorgesehenen Anschlagnocken (20) für die Positionierung einer Messonde relativ zu der Meßstelle (25) des Messrohres.
10. Meßsonde (40) für ein Messrohr (1) nach einem der Ansprüche 2 - 9 mit Führungsrädern (10, 11), gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung (54) mit einem Kontaktorgan (53) für den Messkontakt mit dem Druckaufnahmeorgan (27) des Messrohres (1), wobei die Messeinrichtung mit Mitteln (76) für die Messung der Kraft für die Bewegung des Druckaufnahmeorgans entgegen dem zu messenden Druck des das Messrohr umgebenden Mediums versehen ist.
11. Meßsonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktorgan ein Messrad (53) ist.
12. Meßsonde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrad am Ende eines parallel zur Längsachse der Messonde (40) verlaufenden Schwenkhebels (65) gelagert ist.
13. Meßsonde nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (54) einen einseitig starr am Hauptkörper (71) der Messende befestigten, parallel zur Längsachse der Messonde verlaufenden Messbalken (76) aufweist, der über ein Übertragungsglied (68, 75) mit dem Kontaktorgan (53) der Messonde verbunden ist, wobei die Messung mittels an dem Messbalken befestigter Dehnmesstreifen erfolgt.
14. Meßsonde nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbalken (76) zwei parallel zueinander verlaufende Schenkel (92, 95) aufweist, die über das freie Balkenende (87) miteinander verbunden sind, wobei an dem dem Kontaktorgan (53) zugekehrten Schenkel (92) die Dehnmesstreifen befestigt sind und das Übertragungsglied (68, 75) mit dem anderen Schenkel (95) verbunden ist.
15. Meßsonde nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine Justierschraube (89) zur Begrenzung der Biegebewegung des Messbalkens (76).
16. Meßsonde nach einem der Ansprüche 13 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbalken (76) in einer Aussparung (70) des Sondenmittelteils (41) angeordnet ist, die durch eine Membran (72) verschlossen ist, wobei sich das Übertragungsglied (68) durch die Membran hindurcherstreckt.
17. Meßsonde nach einem der Ansprüche 13 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsglied einen den Messbalken umschliessenden Rahmen (75) aufweist.
18. Meßsonde nach einem der Ansprüche 10 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsräder (10, 11) der Meßsonde an zwei Sondenendteilen (42, 43) vorgesehen sind und ein die Messeinrichtung (54) tragender Sondenmittelteil (41) in einem begrenzten Winkel um die Längsachse der Meßsonde relativ zu ihren Endteilen zwischen einer Fahrposition und einer Messposition verdrehbar ist, wobei der Sondenmitteltell (41) an seiner Aussenseite mindestens einen die Messposition in Längsrichtung des Messrohres bestimmenden Gegenanschlag (55) für den Kontakt mit einem am Messrohr vorgesehenen Anschlagnocken (20) aufweist.
19. Meßsonde nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche des Gegenanschlags (55) eine Kugel- oder Kegelfläche ist, für den Kontakt mit einer als Kegel- oder Kugelfläche ausgebildeten Kontaktfläche des Anschlagnockens (20) des Messrohres, für einen KugeI/Kegelkontakt zwischen Gegenanschlag (55) und Anschlagnocken (20).
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