DE1092234B - Druckmessgeraet fuer Bohrloecher - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Druckmeßgerätes mit sich drehendem Meßkolben für Bohrlöcher, bei dem der Druck auf einen Tauchkolben, der an einer Meßfeder hängt, wirkt, wobei diese sowie der Tauchkolben und ein daran befestigter Schreibstift von einem Uhrwerk über eine Spindel in gleichförmiger Drehung erhalten werden. Dabei ritzt der Schreibstift ein Druck-Zeit-Diagramm auf eine feststehende Aluminiumfolie, die an der Innenwand eines Zylinders angebracht ist, ein.

Die Aufzeichnung des Druckes in verschiedenen Tiefen und am Boden von Bohrungen ist in modernen Erdölförderbetrieben bekanntlich ein wichtiges Hilfsmittel für die Planung und Einhaltung einer bestmöglichen Ausbeutung der Lagerstätte. Es gibt bereits verschiedene Druckschreiber, die an einem Stahldraht in die Bohrung eingelassen werden und den Druck in obengenannter Art aufzeichnen. Große Genauigkeit und Zuverlässigkeit sind hierbei wichtig, da beispielsweise beim Aufzeichnen des Bodendruckverlaufes nach dem Schließen einer Bohrung die Förderung während der Schließzeit ausfällt und bei fehlerhafter Aufzeichnung, die eine Wiederholung der Messung notwendig macht, erhebliche Förderverluste eintreten können. Die bisher im Gebrauch befindlichen Druckschreiber genügen diesen Anforderungen nicht in jeder Beziehung.

Ein bekanntes Gerät dieser Art ist, damit die Reibung zwischen Kolben bzw. Spindel und Stopfbüchsenpackung möglicht niedrig gehalten wird, mit einer gut schmierenden. Flüssigkeit gefüllt. Diese ist durch eine Membran, über die der Druck in das Innere des Druckelementes, also in die Federkammer, gelangt, von der Bohrlochflüssigkeit getrennt. Bei dieser bekannten Konstruktion befindet sich das Uhrwerk am unteren Ende des Gerätes. Das darüberliegende Druckelement mit Federkammer, Meßkolben und Stopfbüchse und einer besonderen Membrankammer, durch die die Drehspindel geführt ist, wird gegen das Uhrwerk ebenfalls durch eine Stopfbüchse abgedichtet.

Die z. B. aus synthetischem Kautschuk bestehende Membran beinhaltet so viel zusätzliche Füllflüssigkeit, wie der A^olumenzunahme des sich bei Druckzunahme nach oben bewegenden Tauchkolbens entspricht, einschließlich einer gewissen Reserve. Die Füllflüssigkeit dehnt sich bei den in Bohrlöchern oft herrschenden hohen Temperaturen wesentlich aus. Der Durchmesser und die Länge der schlauchförmigen Membran sind deshalb so gewählt, daß das durch die Flüssigkeitsausdehnung hervorgerufene zusätzliche Volumen die Schlauchmembran höchstens so weit ausdehnt, wie in der äußeren Membrankammer Ringraum vorhanden ist.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß ζ. B. bei gering-Druckmeßgerät für Bohrlöcher

Anmelder:

Dr.-Ing. Helmut Hügel,
Salvador-Bahia (Brasilien)

Vertreter: Dr. H. Vygen, Rechtsanwalt,
Oberhausen (RhId.), Lipperfeld 1

Dr.-Ing. Helmut Hügel, Salvador-Bahia (Brasilien),
ist als Erfinder genannt worden

fügigen Undichtigkeiten der Stopfbüchsen, die bei längerem Nichtgebrauch des Instrumentes zwischen den Messungen zuweilen auftreten, die Füllungsverhältnisse sich derartig verschieben, daß im Inneren des Druckelementes nicht mehr genügend Füllflüssigkeit verbleibt, um bei den in Bohrungen auftretenden Drücken den Kolben gegen die Meßfeder entsprechend weit nach oben zu verschieben, weil die schlauchförmige Membran in diesem Fall schon vorher an ihrem Träger anliegt. Es werden dann zu niedrige Meßwerte aufgezeichnet. Andererseits kann bei Eindringen von Verunreinigungen in den Ringraum dieser so weit ausgefüllt werden, daß eine Temperaturausdehnung der Füllflüssigkeit den Membranschlauch an die Außenwand der Membrankamtner drückt. Bei weiterer Temperaturausdehnung treten somit im Druckelement höhere als die tatsächlich im Bohrloch herrschenden Drücke auf. Auch dann ergeben sich Fehlanzeigen. Im letzteren Falle kann die Temperaturäusdehnung sogar zur Zerstörung der Membran führen.

Mit der Erfindung sollen die vorerwähnten Unzulänglichkeiten der bisherigen Druckmeßgeräte für Bohrlöcher vermieden werden. Um nun ein solches Gerät zu schaffen, mit dem trotz vergleichsweise einfacherer und billigerer Bauart genaue und immer zuverlässige Meßergebnisse erreicht werden, geht die Erfindung aus von einem Druckmeßgerät für Bohrlöcher mit einer durch ein Uhrwerk mit gleichbleibender, genau feststellbarer Geschwindigkeit angetriebenen Drehspindel, die über eine Feder mit einem axial verschiebbaren Meßkolben gekoppelt ist, an dessen freiem Ende ein Schreibstift angebracht ist, und einem zur Aufzeichnung eines Druck-Zeit-Diagramms dienenden zylindrischen Markierungsblatt gegenüberliegt, wobei ferner zur Trennung der

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Flüssigkeit der Meßfederkammer von der Bohrlochflüssigkeit eine den Druck zwischen beiden Flüssigkeiten übertragende Schlauchmembran angeordnet ist, wobei ferner ein im oberen Teil des Gerätes fest angeordneter Einbaukörper als Träger gegen die Drehspindel abdichtender Elemente und zugleich als Träger der Schlauchmembran dient.

In diesem Zusammenhang besteht die Erfindung darin, daß die Schlauchmembran an ihren beiden Enden mit je einem in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Sicherheitsventil ausgerüstet ist, von denen jedes so weit vorgespannt ist, daß die normalen Fluktuationen des Flüssigkeits\Olumens in der Federkammer durch die Dehnung der Schlauchmembran und übernormale Fluktuationen durch öffnen der Sicherheitsventile ausgeglichen werden.

Da solche übernormalen Fluktuationen der einen oder anderen Flüssigkeit infolge einer stärkeren Änderung des Druckes oder der Temperatur und der dadurch verursachten öffnung des einen oder anderen Sicherheitsventils nur selten vorkommen, besteht praktisch keine Gefahr einer unzulässigen Verunreinigung des Füllöles. Bei Überdruck der Bohrlochflüssigkeit und öffnung des unteren Sicherheitsventils läßt sich die übertretende geringe Flüssigkeitsmenge durch ein vorgeschaltetes Siebröhrchen filtern. Bei Überdruck des Füllöles und öffnung des oberen Sicherheitsventils kann die Bohrlochflüssigkeit wegen ihres geringeren Druckes nicht in den Ringraum der Meßfederkammern eindringen. Im übrigen läßt sich die Schlauchmembran wegen ihrer relativ geringen Formänderungen in radialer oder axialer Richtung relativ kurz ausführen und in einem entsprechend kleinen Raum unterbringen. Dadurch kann auch das ganze Gerät eine verhältnismäßig geringe Baulänge haben, die sich nicht nur auf die Herstellungskosten und die Betriebssicherheit günstig auswirkt, sondern auch eine ausschlaggebende Bedeutung hat für seine Verwendbarkeit im Ringraum eines Bohrloches außerhalb des Bohrgestänges, weil das Gerät dort in geneigter Lage eingeführt werden muß.

Weitere Einzelheiten der Erfindung beziehen sich auf die besondere Ausbildung der beiden Sicherheitsventile. Von diesen besteht das untere, für den Druckausgleich von der innerhalb der Schlauchmembran befmdlichen Bohrlochflüssigkeit in Richtung der Meßfederkammer dienende Sicherheitsventil aus einer öffnung, die in der Membran unterhalb eines dieselbe elastisch spannenden und dadurch normalerweise abdichtenden Ringwulstes am festen Membranträger vorgesehen ist. Das obere, für den Druckausgleich bei zu hohem Druck in der Meßfederkammer, z. B. infolge Wärmedehnung des Füllöles, dienende Sicherheitsventil besteht aus einem axial beweglichen Membranträgerring, der normalerweise gegen die Außenwand der Meßfederkammer abdichtet, bei elastischer Längsdehnung der Schlauchmembran aber diese Kammer mit einem darüberliegenden erweiterten Ringraum und zugleich eine öffnung in der Außenwand desselben auch mit dem Bohrloch verbindet.

Sonstige in diesem Zusammenhang zweckmäßige konstruktive Maßnahmen ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den betreffenden Unteransprüchen und der Zeichnung. In dieser zeigt Fig. 1 den oberen Teil.

Fig. 2 den daran nach unten anschließenden Teil und

Fig. 3 den an den letzteren nach unten anschließenden unteren Teil eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Druckmeßgerätes; der obere und der mittlere Teil (Fig. 1 und 2) sind, um zum besseren Verständnis der Erfindung dort das Innere des Gerätes erkennen zu lassen, auf der einen Seite der Mittellängsachse im Schnitt dargestellt; außerdem zeigt

Fig. 4 einen Teilquerschnitt in der Ebene Ji-Ä und

Fig. 5 einen Teilquerschnitt in der Ebene B-B' der Fig. 1.

Unter der schematisch angedeuteten Aufhängevorrichtung 1 am Draht 2 befindet sich im Raum 3 ein nicht eingezeichnetes, an sich bekanntes Uhrwerk, das über die Kupplung 4, Drehspindel 5,, Meßfeder 6, Tauchkolben 7 und Schreibstiftträger 8 den Schreibstift 9 bewegt, der auf dem zylindrischen Markierblatt 10 ein Druck-Zeit-Diagramm aufzeichnet. Im unteren Endstück 11 des Gerätes ist zweckmäßig noch ein Maximal- oder Registrierthermometer eingebaut.

Beim Einbau des Gerätes in die Bohrung tritt Bohrlochflüssigkeit unter dem jeweils herrschenden Druck durch eine öffnung 12 und einen Ringraum 13 zwischen einen fest im Gehäuse des Gerätes angeordneten Membranträger 14 und einen axial beweglichen Membranträgerring 15 in das Innere einer an ihren Enden (unten bzw. oben) zwischen diesen beiden Körpern axial gespannten Schlauchmembran 16. Der das obere Ende der Membran haltende Trägerring 15 ist gegenüber dem anderen, das untere Ende der Membran haltenden Tragkörper 14 durch eine Nut- und Federführung 17 gegen Verdrehen gesichert und in seiner axialen Bewegung nach unten durch eine Nase

18 begrenzt, wodurch der Einbau der Membran mit ihren beiden Tragkörpern in den die Meßfederkammer

19 enthaltenden Gehäuseabschnitt erleichtert wird.
Falls Verunreinigungen mit der Bohrlochflüssigkeit

während der Messung in das Innere der Membran 16 eindringen, können diese über ein siebartiges Röhrchen 20 mit zugehörigen Anschlußbohrungen 21 im festen Membranträger 14 mit Hilfe einer Waschflüssigkeit, z. B. Benzin, unter Druck, nach Ausbau des Gerätes aus dem Bohrloch, durch die sonst für den Eintritt der Bohrlochflüssigkeit vorgesehene Öffnung 12 ausgewaschen werden. Der während der Messung im Bohrloch auf das Innere der Membran 16 wirkende Bohrlochdruck überträgt denselben auf den den oberen Teil der Federkammer 19 bildenden Ringraum 22 und drückt somit über die Füllflüssigkeit, z. B. öl, von oben her auf den Tauchkolben 7. Dadurch wird dieser gegen den Zug der Feder 6 nach unten in den Registrierraum23 verschoben, wobei der Schreibstift9 auf dem Markierblatt 10 einen entsprechenden Ausschlag, der dem Druck verhältnisgleich ist, aufzeichnet.

Falls innerhalb der Federkammer 19 aus ungewollten Gründen zuwenig Füllöl vorhanden ist, so vergrößert der Membranschlauch 16 infolge des Überdruckes der Bohrlochflüssigkeit seinen Durchmesser. Dann kann Flüssigkeit aus dem Inneren des Membranschlauches 16 durch dessen Loch 24 unterhalb des Wulstes 24' in der Federkammer 19 übertreten, so daß ein Druckausgleich auch in solchen Fällen stattfindet. Herrscht dagegen in der Federkammer 19 infolge Temperaturausdehnung der Füllflüssigkeit ein Überdruck gegenüber der Bohrlochflüssigkeit, so kann Füllflüssigkeit in das Bohrloch austreten, indem sich der Membranschlauch 16 durch Kolbenwirkung nach oben dehnt, so daß der obere Membranträgerring 15 mit seinem Rundschnurdichtungsring 25 in den erweiterten Ringraum 26 geschoben wird und ein Spalt für den ölaustritt frei wird. Durch diese Maßnahmen sind die erstrebten Sicherheitsventile für Beseitigung des Unterdruckes

bzw. Überdruckes der Füllflüssigkeit gegenüber dem Druck in der Sondenflüssigkeit geschaffen.

Die Tauchkolbendichtung und die Drehspindeldichtung bestehen zweckmäßig aus Rundschnur ringen 28, 28', denen auf der Niederdruckseite in an sich bekannter Weise härtere, schraubenförmig gespaltene Kunststoffringe 29, 29', z. B. aus Polytetrafluoräthylen, vorgelagert sind. Dadurch wird bewirkt, daß bei sehr hohem Druck ein Einquetschen des Rundschnurringmaterials in den Ringspalt zwischen dem Tauchkolben 7 bzw. der Drehspindel 5 und den Dichtungsträgern 30 bzw. 14 verhindert wird. Es ist ferner zweckmäßig, die Drehspindel 5 mit einem Bund 31 zu versehen, der durch die Brille32 und die Schrauben33 im Verbindungsnippel 34 drehbar gelagert ist und die Drehspindel gegen axiale Verschiebung sichert.

Zum Festhalten der Rundschnurringe 28, 28' dienen die Hohlschrauben 35 und 35', zum Festhalten der beiden Enden der Schlauchmembran 16 je eine Schnur 36 bzw. 36'. Zum Anbringen des Markierblattes dient in an sich bekannter Weise ein dünnwandiger, in das Gehäuse des Meßgerätes herausnehmbar eingesetzter Zylinder 37 mit Klemmringen 38, 38'. Eine Schraube 39' hält den Zylinder 37 mit seinen Klemmringen 38 und 38' im Außenrohr 39 fest.

Der Membranschlauch 16 kann gegebenenfalls auch durch einen anderen nachgiebigen oder verschiebbaren Körper ersetzt werden.

Statt des Uhrwerkes kann auch ein anderes Antriebsorgan, z. B. eine elektrische Drehvorrichtung, verwendet werden.

Statt der Zugfeder 6 kann bei entsprechender Umkonstruktion auch eine Druckfeder Verwendung finden.

Statt am Einbaudraht 2 kann das Druckmeßgerät auch auf andere Weise in das Bohrloch eingelassen werden, z. B. an einem Bohrgestänge.

Claims (7)

Patentansprüche.

1. Druckmeßgerät für Bohrlöcher mit einer durch ein Uhrwerk mit gleichbleibender, genau feststellbarer Geschwindigkeit angetriebenen Drehspindel, die über eine Feder mit einem axial verschiebbaren Meßkolben gekoppelt ist, an dessen freiem Ende ein Schreibstift angebracht ist, und einem zur Aufzeichnung eines Druck-Zeit-Diagramms dienenden zylindrischen Markierungsblatt gegenüberliegt, wobei ferner zur Trennung der Flüssigkeit der Meßfederkammer von der Bohrlochflüssigkeit eine den Druck zwischen beiden Flüssigkeiten übertragende Schlauchmembran angeordnet ist, wobei ferner ein im oberen Teil des Gerätes fest angeordneter Einbaukörper als Träger gegen die Drehspindel abdichtender Elemente und zugleich als Träger der Schlauchmembran dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchmembran (16) an ihren beiden Enden mit je einem in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Sicherheitsventil (15, 18, 25, 36 bzw. 24, 24', 36') ausgerüstet ist, von denen jedes so weit vorgespannt ist, daß die normalen Fluktuationen des Flüssigkeitsvolumens in der Federkammer (19) durch die Dehnung der Schlauchmembran und übernormale Fluktuationen durch Öffnen der Sicherheitsventile ausgeglichen werden.

2. Druckmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere, für den Druckausgleich von der innerhalb der Schlauchmembran (16) befindlichen Bohrlochflüssigkeit in Richtung der Meßfederkammer (19) dienende Sicherheitsventil aus einer Öffnung (24) besteht, die in der Membran unterhalb eines dieselbe elastisch spannenden und dadurch normalerweise abdichtenden Ringwulstes (24') am festen Membranträger (14) vorgesehen ist.

3. Druckmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere, für den Druckausgleich bei zu hohem Druck in der Meßfederkammer (19), z.B. infolge Wärmedehnung des Füllöles, dienende Sicherheitsventil aus einem axial beweglichen Membranträgerring (15) besteht, der normalerweise gegen die Außenwand der Meßfeder-. kammer (19) abdichtet, bei elastischer Längsdehnung der Schlauchmembran (16) aber diese Kammer mit einem darüberliegenden erweiterten Ringraum (26) und zugleich über eine öffnung (12) in der Außenwand desselben auch mit dem Bohrloch verbindet.

4. Druckmeßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Schlauchmembran (16) ein siebartiges Röhrchen (20) vorgesehen ist, das zum Auswaschen von Verunreinigungen dient, die in den innerhalb der Membran liegenden Raum eingedrungen sind und dessen Innenraum zu diesem Zweck über Anschlußbohrungen (21) im festen Membranträger (14) mit dem Eintrittsraum (26) der Bohrlochflüssigkeit in Verbindung steht.

5. Druckmeßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranschlauch (16) durch eine Nut- und Federführung (17) des mittels eines Anschlages (18) begrenzt axial beweglichen Membranträgers (15) gegenüber dem festen Membranträger (14) gegen Verdrehen gesichert ist.

6. Druckmeßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abdichten des Meßkolbens (7) und der Drehspindel (5) gegenüber den sie umgebenden festen Gerätetafeln an sich bekannte Rundschnurringe (28, 28') mit auf der Seite geringeren Druckes vorgelagerten härteren, gespaltenen Kunststoffringen (29, 29') vorgesehen sind.

7. Druckmeßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Drehspindel (5) vorgesehenen Dichtungselemente (28', 29') am unteren Ende des festen Membranträgers (14) angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 318 550, 566183, 338;

USA.-Patentschriften Nr. 1969 141, 2 078 623, 223 913, 2 598 932, 2 711649.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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