DE20101134U1 - Device for determining the liquid level of a liquid column - Google Patents
Device for determining the liquid level of a liquid columnInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des Flüssigkeitsspiegels einer Flüssigkeitssäule in einem Förder- bzw. Bohrloch bzw. in einer Injektionsbohrung, wobei neben einem Steig- bzw. Förderrohr zum Ausbringen der Flüssigkeit bzw. neben einem Injektionsrohr ein Meßrohr angeordnet ist, aus welchem über eine zum Boden des Förder- bzw. Bohrloches gewandten Öffnung ein unter Druck stehendes Gas ausbringbar ist, und wobei aus dem für das Ausbringen des Gases aus dem Meßrohr ermittelten Druck die Höhe des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeitssäule im Bohr- bzw. Förderloch bzw. in der Injektionsbohrung ableitbar bzw. bestimmbar ist.The present invention relates to a device for determining the liquid level of a liquid column in a production or borehole or in an injection bore, wherein a measuring tube is arranged next to a riser or production pipe for discharging the liquid or next to an injection pipe, from which a pressurized gas can be discharged via an opening facing the bottom of the production or borehole, and wherein the height of the liquid level of the liquid column in the borehole or production hole or in the injection bore can be derived or determined from the pressure determined for discharging the gas from the measuring tube.
Eine Vorrichtung der obigen Art ist beispielsweise aus der US-A-5 735 346 bekannt, wobei bei dieser bekannten Vorrichtung der Flüssigkeitsspiegel in einem Loch, beispielsweise einem Förderloch, durch die Messung des Gasdruckes in einem Meßrohr ermittelt wird, welches in die Flüssigkeit eines ein Förderrohr umgebenden Ringraumes im Bohrloch eingetaucht wird. In das Meßrohr wird ein Gas unter Druck eingebracht, wobei aus dem für ein Ausbringen des Gases in die Flüssigkeit erforderlichen Druck unmittelbar auf die Höhe der Flüssigkeitssäule in dem das Förderrohr umgebenden Ringraum rückgeschlossen werden kann. Bei Schwankungen des zu messenden Flüssigkeitsspiegels, wie dies beispielsweise durch einen unregelmäßigen bzw. azyklischen Betrieb eines Förder- bzw. Pumpenele-0 ments möglich ist, wodurch gegebenenfalls starke Niveauunterschiede des Flüssigkeitsspiegels bedingt werden, kann es zu einem raschen Entweichen von Druckgas aus dem Meßrohr bei großen Niveauunterschieden kommen. Durch ein rasches Absinken des Flüssigkeitsspiegels und eines damit verbundenen raschen Absinkens eines Gegendruckes entweichtA device of the above type is known, for example, from US-A-5 735 346, whereby in this known device the liquid level in a hole, for example a production hole, is determined by measuring the gas pressure in a measuring tube which is immersed in the liquid of an annular space in the borehole surrounding a production pipe. A gas is introduced into the measuring tube under pressure, whereby the height of the liquid column in the annular space surrounding the production pipe can be determined directly from the pressure required to discharge the gas into the liquid. In the event of fluctuations in the liquid level to be measured, as is possible, for example, due to irregular or acyclic operation of a production or pump element, which may cause large level differences in the liquid level, pressurized gas can escape quickly from the measuring tube if there are large level differences. A rapid drop in the liquid level and a related rapid drop in counterpressure causes gas to escape.
das Gas aus der Meßleitung unmittelbar aus dem unteren Ende derselben, wobei es bei raschen bzw. abrupten Druckänderungen in dem vergleichsweise langen, einen gleichmäßigen Querschnitt aufweisenden Meßrohr zu turbulenten Strömungsverhältnissen kommen kann, welche Meßergebnisse verfälschen können bzw. eine Messung des Flüssigkeitsspiegels unmöglich machen. Neben derartigen turbulenten Strömungen bei raschen Änderungen der Flüssigkeitssäule und damit verbunden des Gegendruckes, welcher einem Einbringen des Gases in die Flüssigkeit entgegengesetzt wird, kann es zusätzlich zu Schwingungen der Gassäule in dem Meßrohr kommen, welche ebenfalls zu schlecht bzw. nicht interpretierbaren Meßergebnissen führen.the gas from the measuring line directly from the lower end of the same, whereby rapid or abrupt pressure changes in the comparatively long measuring tube with a uniform cross-section can lead to turbulent flow conditions, which can falsify measurement results or make it impossible to measure the liquid level. In addition to such turbulent flows with rapid changes in the liquid column and the associated counterpressure, which opposes the introduction of the gas into the liquid, vibrations of the gas column in the measuring tube can also occur, which also lead to poorly or non-interpretable measurement results.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahin gehend zu verbessern, daß in dem Meßrohr stabile Bedingungen zur Erzielung von zuverlässigen Meßdaten für den Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeitssäule selbst bei raschen bzw. abrupten Änderungen des Niveaus des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeitssäule aufrecht erhalten werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr insbesondere im Bereich vor seiner zum Boden des Bohr-5 bzw. Förderloches bzw. der Injektionsbohrung gewandten Öffnung mit einer Druck- und/oder Mengenreguliervorrichtung ausgebildet ist. Dadurch, daß das Meßrohr mit einer Druck- und/oder Mengereguliervorrichtung ausgebildet ist, gelingt es, in dem Meßrohr eine annähernd laminare Strö-0 mung des zur Bestimmung des Flüssigkeitsniveaus in das Meßrohr unter Druck eingebrachten Gases selbst bei raschen bzw. starken Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels und damit verbunden raschen bzw. abrupten Änderungen des durch den Flüssigkeitsspiegel aufgebauten Gegendruckes aufrecht 5 zu erhalten, wodurch ein kontinuierliches Ausbringen bzw.The present invention aims to improve a device of the type mentioned at the outset so that stable conditions can be maintained in the measuring tube to achieve reliable measurement data for the liquid level of the liquid column even in the event of rapid or abrupt changes in the level of the liquid level of the liquid column. To achieve this object, the device according to the invention, based on a device of the type mentioned at the outset, is essentially characterized in that the measuring tube is designed with a pressure and/or quantity regulating device, particularly in the region in front of its opening facing the bottom of the borehole or production hole or injection bore. Because the measuring tube is designed with a pressure and/or quantity regulating device, it is possible to maintain an approximately laminar flow of the gas introduced into the measuring tube under pressure to determine the liquid level, even in the event of rapid or strong fluctuations in the liquid level and associated rapid or abrupt changes in the counterpressure built up by the liquid level, thus ensuring continuous discharge or
Ausperlen des Gases aus dem Meßrohr erhalten werden kann. Durch ein derartiges kontinuierliches Ausbringen des Gases, welches durch eine annähernd bzw. weitestgehend laminare Strömung im Inneren des Meßrohres erzielbar ist, B können erfindungsgemäß, beispielsweise unabhängig von einem intermittierend arbeitenden Fördersystem des zugehörigen Steig- bzw. Förderrohres, jeweils zuverlässige Daten betreffend die tatsächliche Höhe des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeitssäule erhalten werden. In diesem Zusammenhang ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, daß die Druck- und/oder Mengenreguliervorrichtung im Bereich vor der zum Boden des Bohr- bzw. Förderloches gewandten Öffnung im Meßrohr ausgebildet ist, so daß im wesentlichen unmittelbar vor der zum Boden des Bohrloches gewandten Austrittsöffnung des Meßrohres die gewünschten, laminaren Strömungsverhältnisse aufgebaut und zuverlässig aufrecht erhalten werden können.The gas can be bubbled out of the measuring tube. By such a continuous discharge of the gas, which can be achieved by an almost or largely laminar flow inside the measuring tube, B it is possible according to the invention to obtain reliable data regarding the actual height of the liquid level of the liquid column, for example independently of an intermittently operating conveying system of the associated riser or conveying pipe. In this context, the invention particularly provides that the pressure and/or quantity regulating device is formed in the area in front of the opening in the measuring tube facing the bottom of the borehole or conveying hole, so that the desired laminar flow conditions can be established and reliably maintained essentially immediately in front of the outlet opening of the measuring tube facing the bottom of the borehole.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Druck- und/oder Mengenreguliervor-0 richtung von einem Drosselelement gebildet ist, wobei ein derartiges Drosselelement in einfacher Weise in dem gegebenenfalls eine große Länge aufweisenden Meßrohres angeordnet sein kann. Gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Druck- und/oder Mengenreguliervorrichtung von einem im Bereich der Öffnung des Meßrohres eingesetzten, rohrförmigen Element mit einem gegenüber dem lichten Querschnitt des Meßrohres verringerten Querschnitt gebildet ist. Durch Vorsehen einer Drosselstelle bzw. eines rohrförmigen 0 Elements mit gegenüber dem lichten Querschnitt des Meßrohres verringertem Durchtrittsquerschnitt kann insbesondere bei großen Längen des Meßrohres ein entsprechend großer, lichter Durchtrittsquerschnitt über den größten Teil der Länge des Meßrohres zur Verfügung gestellt 5 werden, um eine ausreichende Gasmenge in den Bereich desAccording to a particularly preferred embodiment, it is provided that the pressure and/or quantity regulating device is formed by a throttle element, whereby such a throttle element can be arranged in a simple manner in the measuring tube, which may have a large length. According to a further preferred embodiment, the invention provides that the pressure and/or quantity regulating device is formed by a tubular element inserted in the area of the opening of the measuring tube with a cross section that is reduced compared to the clear cross section of the measuring tube. By providing a throttle point or a tubular element with a passage cross section that is reduced compared to the clear cross section of the measuring tube, a correspondingly large clear passage cross section can be made available over most of the length of the measuring tube, particularly in the case of large lengths of the measuring tube, in order to allow a sufficient amount of gas to be fed into the area of the
zum Boden des Förderloches gewandten Endes des Meßrohres einbringen zu können, wobei durch die insbesondere im Bereich vor der Austrittsöffnung des Meßrohres vorgesehene Druck- und/oder Mengenreguliervorrichtung mit verringertem Querschnitt unmittelbar vor dem Austritt aus dem Meßrohr die für eine erfindungsgemäße Messung günstige bzw. erforderliche, weitestgehend laminare Strömung erzielbar ist.to be able to introduce the largely laminar flow which is favorable or necessary for a measurement according to the invention can be achieved by means of the pressure and/or quantity regulating device with a reduced cross-section provided in particular in the area in front of the outlet opening of the measuring tube immediately before the outlet from the measuring tube.
Für einen ordnungsgemäßen Aufbau einer gleichmäßigen, laminaren Strömung ist in diesem Zusammenhang gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Drosselelement bzw. das rohrförmige Element mit verringertem Querschnitt eine Längserstreckung in Richtung des Meßrohres aufweist, welche wenigstens dem Innendurchmesser des Meßrohres entspricht, so daß durch die erfindungsgemäß vorgesehene Längserstreckung des Drosselelements bzw. des rohrförmigen Elements ein ausreichender Weg zum Aufbau der gewünschten laminaren Strömung zur Verfügung steht.In order to properly establish a uniform, laminar flow, a further preferred embodiment provides that the throttle element or the tubular element with a reduced cross-section has a longitudinal extension in the direction of the measuring tube which corresponds at least to the inner diameter of the measuring tube, so that the longitudinal extension of the throttle element or the tubular element provided according to the invention provides a sufficient path for establishing the desired laminar flow.
Um auch im Inneren des Meßrohres beim Übergang in das 0 Drosselelement bzw. das rohrförmige Element mit verringertem Querschnitt in jedem Fall eine gleichmäßige Strömung ohne die Ausbildung von Turbulenzen aufrecht zu erhalten, ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Drosselelement bzw. das rohrförmige Element 5 wenigstens an seinem von der zum Boden gewandten Öffnung des Meßrohres abgewandten Ende mit einer sich konisch erweiternden Eintrittsöffnung ausgebildet ist.In order to maintain a uniform flow without the formation of turbulence in the interior of the measuring tube at the transition to the throttle element or the tubular element with a reduced cross-section, according to a further preferred embodiment, the throttle element or the tubular element 5 is designed with a conically widening inlet opening at least at its end facing away from the opening of the measuring tube facing the bottom.
Zur Erzielung der gewünschten Laminarität der Strömung im Inneren des Meßrohres durch eine Mengen- und/oder 0 Druckregulierung des zur Bestimmung der Höhe der Flüssigkeitssäule aufgebauten Gasdrucks wird vorgeschlagen, daß der verringerte Querschnitt des eingesetzten, rohrförmigen Elements bzw. des Drosselelements weniger als ein Viertel, vorzugsweise weniger als ein Zehntel, des lichten Quer-5 Schnitts des Meßrohres beträgt, wie dies in einer weitersIn order to achieve the desired laminarity of the flow inside the measuring tube by a quantity and/or pressure regulation of the gas pressure built up to determine the height of the liquid column, it is proposed that the reduced cross-section of the tubular element used or the throttle element be less than a quarter, preferably less than a tenth, of the clear cross-section of the measuring tube, as is shown in a further
bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht.preferred embodiment of the device according to the invention.
Insbesondere für den Fall eines Einsatzes der erfindungsgemäßen Vorrichtung in verunreinigten Flüssigkeiten ist trotz der kontinuierlichen Zufuhr und dem damit verbundenen Austreten von Gas aus dem Meßrohr gegebenenfalls eine Verschmutzung bzw. eine Anlagerung von Ablagerungen im Meßrohr möglich, wobei in diesem Zusammenhang gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen wird, daß die Druck- und/oder Mengenreguliervorrichtung mit einer Reinigungsvorrichtung versehen ist. Eine derartige Reinigungsvorrichtung zur Entfernung von etwaigen Ablagerungen ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Reinigungsvorrichtung von einem in das Meßrohr einbringbaren, stabartigen Reinigungsglied gebildet ist, welches insbesondere entgegen der Kraft einer Feder in den verringerten Querschnitt des Drosselelements bzw. des rohrförmigen Elements einschiebbar bzw. einführbar ist. Derart kann, 0 falls durch Verunreinigungen oder Ablagerungen ein erhöhter Druck bzw. Staudruck insbesondere im Bereich des Austrittes aus dem Meßrohr auftritt, das erfindungsgemäße, stabartige bzw. kolbenartige Reinigungsglied in das Meßrohr eingebracht werden, wobei durch ein Einschieben des 5 stabartigen Reinigungsglieds in den verringerten Querschnitt unmittelbar eine Freilegung des gesamten verringerten Querschnitt des Drosselelements bzw. des rohrförmigen Elements und somit eine Reinigung erzielbar ist.Particularly in the case of use of the device according to the invention in contaminated liquids, despite the continuous supply and the associated escape of gas from the measuring tube, contamination or accumulation of deposits in the measuring tube is possible, in which connection it is proposed according to a further preferred embodiment that the pressure and/or quantity regulating device is provided with a cleaning device. According to a further preferred embodiment, such a cleaning device for removing any deposits is designed according to the invention such that the cleaning device is formed by a rod-like cleaning member which can be introduced into the measuring tube and which can be pushed or introduced into the reduced cross-section of the throttle element or the tubular element, in particular against the force of a spring. In this way, if increased pressure or back pressure occurs due to contamination or deposits, particularly in the area of the outlet from the measuring tube, the rod-like or piston-like cleaning element according to the invention can be introduced into the measuring tube, whereby by inserting the rod-like cleaning element into the reduced cross-section, the entire reduced cross-section of the throttle element or the tubular element can be immediately exposed and thus cleaning can be achieved.
Neben einer Aufrechterhaltung einer im wesentlichen 0 laminaren Strömung ist für eine Verbesserung der Genauigkeit der Meßergebnisse darüber hinaus günstig, falls viele kleine Gasblasen bzw. Gasperlen aus der Austrittsöffnung des Rohres ausgebracht werden. In diesem Zusammenhang wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfin-5 dungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, daß das Ende desIn addition to maintaining a substantially laminar flow, it is also advantageous for improving the accuracy of the measurement results if many small gas bubbles or gas beads are discharged from the outlet opening of the tube. In this connection, according to a further preferred embodiment of the device according to the invention, it is proposed that the end of the
Meßrohres an seiner zum Boden des Bohr- bzw. Förderloches gewandten Öffnung zur Längsachse des Meßrohres abgeschrägt ausgebildet ist. Durch ein derartiges schräges bzw. abgeschrägtes Ausbilden der zum Boden des Bohr- bzw. Förderloches gewandten Austrittsöffnung des Meßrohres wird bewirkt, daß ein kontinuierliches Ausperlen von kleinen Gasblasen erzielbar ist, während bei einem im wesentlichen normal auf die Längserstreckung des Rohres ausgebildeten Austrittsende, wie dies beispielsweise der eingangs genannten US-A-5 735 346 entnehmbar ist, ein Austreten von Gas erst nach Bildung von entsprechend großen Blasen erfolgt, wodurch ein größerer Druckwiderstand vorgetäuscht wird und demgemäß ein nicht korrektes Ergebnis des Niveaus bzw. Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeitsäule als Resultat erhalten wird.Measuring tube is designed to be bevelled to the longitudinal axis of the measuring tube at its opening facing the bottom of the borehole or production hole. By designing the outlet opening of the measuring tube facing the bottom of the borehole or production hole in such a bevelled or bevelled manner, small gas bubbles can be continuously bubbled out, whereas with an outlet end designed essentially normal to the longitudinal extent of the tube, as can be seen for example from the aforementioned US-A-5 735 346, gas only escapes after correspondingly large bubbles have formed, which simulates a greater pressure resistance and accordingly an incorrect result of the level or liquid level of the liquid column is obtained as a result.
Gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Öffnung des Meßrohres im wesentlichen auf der Höhe eines mit dem Steigbzw. Förderrohr zusammenwirkenden Förderelements, insbe-0 sondere auf Höhe der Eintritts- bzw. Ansaugöffnung einer Förderpumpe, angeordnet ist. Durch Anordnung der Öffnung des Meßrohres auf Höhe des Förderelements, insbesondere auf Höhe der Eintritts- bzw. Ansaugöffnung einer Förderpumpe, läßt sich somit exakt der statische Druck an der Eingangsöffnung eines derartigen Förderelements bzw. einer Förderpumpe ermitteln. Überlicherweise wird das Meßrohr im Bereich des Steig- bzw. Förderrohres bzw. unmittelbar an diesem angeordnet bzw. festgelegt, wodurch sich aus der Kenntnis der Einbaulänge des Förderrohres unmittelbar die exakte Tiefe der Austrittsöffnung des Meßrohres ermitteln läßt. Weiters ergibt sich aus der Messung des statischen Drucks, welcher einer Förderhöhe entspricht, unmittelbar die Tiefe bzw. Position des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeitssäule. Der statische Druck wird in einfacher Weise 5 dadurch bestimmt, daß an das Meßrohr bzw. eine Zufuhr-According to a further preferred embodiment, it is proposed according to the invention that the opening of the measuring tube is arranged essentially at the height of a conveying element interacting with the riser or conveyor pipe, in particular at the height of the inlet or suction opening of a conveyor pump. By arranging the opening of the measuring tube at the height of the conveying element, in particular at the height of the inlet or suction opening of a conveyor pump, the static pressure at the inlet opening of such a conveyor element or a conveyor pump can thus be determined precisely. The measuring tube is usually arranged or fixed in the area of the riser or conveyor pipe or directly on it, whereby the exact depth of the outlet opening of the measuring tube can be determined directly from the knowledge of the installation length of the conveyor pipe. Furthermore, the depth or position of the liquid level of the liquid column is directly determined from the measurement of the static pressure, which corresponds to a delivery head. The static pressure is determined in a simple manner by connecting the measuring tube or a supply line to the measuring tube.
• &phgr;&phgr;&phgr;&phgr;•&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;
• &phgr; &phgr; &phgr;&phgr;&phgr;• φ φ φφφ
&phgr; · &phgr; · #&phgr;φ · φ · #φ
leitung zu dem Meßrohr in an sich bekannter Weise ein Drucksensor angeschlossen ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht, welche insbesondere bei einem offenen Förder- bzw. Steigrohr, welches gegebenenfalls von einem entsprechenden Mantelrohr bzw. Futterrohr umgeben ist, verwendet werden kann.line to the measuring tube, a pressure sensor is connected in a manner known per se, as corresponds to a further preferred embodiment of the device according to the invention, which can be used in particular with an open conveyor or riser pipe, which is optionally surrounded by a corresponding jacket pipe or casing pipe.
Bei geschlossenem Steig- bzw. Förderrohr ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ein weiterer Drucksensor vorgesehen, so daß aus dem Differenzdruck innerhalb des das Förder- bzw. Steigrohr umgebenen Futterrohres und des im Meßrohr ermittelten Drucks das exakte Niveau des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeitssäule ermittelt werden kann.When the riser or conveyor pipe is closed, according to a further preferred embodiment of the invention, a further pressure sensor is provided above the liquid level, so that the exact level of the liquid level of the liquid column can be determined from the differential pressure within the casing pipe surrounding the conveyor or riser pipe and the pressure determined in the measuring tube.
Für eine besonders einfache Auswertung der Messungen zur Bestimmung des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeitssäule ist darüber hinaus gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der wenigstens eine Drucksensor mit einer Auswerteeinheit, insbesondere Rechnereinheit, und einer Anzeigeeinheit gekoppelt ist, wobei derartige Auswerte- bzw. Rechnereinheiten und Anzeigeeinheiten auch in größerer Entfernung von dem Förder- bzw. Bohrloch in einer Überwachungs- bzw. Regelstation vorge-5 sehen sein können.For a particularly simple evaluation of the measurements for determining the liquid level of the liquid column, it is further provided according to a further preferred embodiment that the at least one pressure sensor is coupled to an evaluation unit, in particular a computer unit, and a display unit, wherein such evaluation or computer units and display units can also be provided at a greater distance from the production or borehole in a monitoring or control station.
Zum Schutz des Meßrohres gegen Korrosion wird vorgeschlagen, daß in das Meßrohr ein nicht-korrosives Gas, insbesondere Stickstoff, einbringbar ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform entspricht, wobei ge-0 maß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen wird, daß das Gas aus einem Druckvorratsbehälter, insbesondere einem Hochdruckspeicher, über ein Regel- bzw. Steuerglied in das Meßrohr einbringbar ist, so daß insbesondere ohne einen gesonderten Antrieb für die Bereit-To protect the measuring tube against corrosion, it is proposed that a non-corrosive gas, in particular nitrogen, can be introduced into the measuring tube, as corresponds to a further preferred embodiment, whereby according to a further preferred embodiment it is proposed that the gas from a pressure reservoir, in particular a high-pressure reservoir, can be introduced into the measuring tube via a regulating or control element, so that in particular without a separate drive for the provision
stellung des Gases, welches in das Meßrohr eingebracht wird, das Auslangen gefunden werden kann.position of the gas which is introduced into the measuring tube, the sufficiency can be found.
Insbesondere für ein nachträgliches Einbringen bzw. ein Nachrüsten mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Meßrohr frei hängend bzw. mittels einer gesonderten Zentriervorrichtung eingebracht wird, wodurch für ein derartiges Nachrüsten auf einen Ausbau des Steigbzw. Förderrohrs oder eines Injektionsrohrs für ein Anbringen bzw. Festlegen des Meßrohrs verzichtet werden kann.In particular for subsequent installation or retrofitting with a device according to the invention, according to a further preferred embodiment, the measuring tube is installed in a freely suspended manner or by means of a separate centering device, whereby for such retrofitting there is no need to remove the riser or conveyor pipe or an injection pipe for attaching or securing the measuring tube.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to embodiments shown schematically in the accompanying drawing. In this drawing:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Bohrbzw. Förderloch mit einem Steig- bzw. Förderrohr sowie einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeitssäule in dem Bohrbzw. Förderloch bzw. in einer Injektionsbohrung; 0 Fig. 2 in vergrößertem Maßstab das in Fig. 1 mit I angedeutete Detail des Bereichs des zum Boden des Bohrbzw. Förderloches gewandten Endes des Meßrohres der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1; und Fig. 3 in nochmals vergrößertem Maßstab einen Schnitt 5 durch den Bereich des Austrittsendes des Meßrohres der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer abgewandelten Ausführungsform einer Druck- und/oder Mengenreguli ervorrichtung. Fig. 1 shows a schematic section through a borehole or production hole with a riser or production pipe and a device according to the invention for determining the liquid level of the liquid column in the borehole or production hole or in an injection bore; Fig. 2 shows, on an enlarged scale, the detail indicated in Fig. 1 with I of the area of the end of the measuring tube of the device according to the invention facing the bottom of the borehole or production hole according to Fig. 1; and Fig. 3 shows, on a further enlarged scale, a section 5 through the area of the outlet end of the measuring tube of the device according to the invention with a modified embodiment of a pressure and/or quantity regulating device.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausbildung eines 0 Förder- bzw. Bohrloches ist mit 1 ein Mantelrohr bzw.In the design of a production or borehole shown in Fig. 1, 1 denotes a casing pipe or
Futterrohr des Bohrloches bezeichnet, in welches ein Förder- bzw. Steigrohr 2 und ein Meßrohr 3 eingebracht sind, wobei insbesondere das Meßrohr 3 in den nachfolgenden Fig. 2 und 3 noch im Detail dargestellt ist. An das Steig- bzw. Förderrohr 2 ist ein Förderelement, beispielsweise eineThe casing pipe of the borehole, into which a production or riser pipe 2 and a measuring pipe 3 are introduced, the measuring pipe 3 in particular being shown in detail in the following Fig. 2 and 3. A production element, for example a
Förderpumpe 4 angeschlossen, welche zum Fördern der im Bohrloch 1 enthaltenen bzw. aufsteigenden Flüssigkeit 5 vorgesehen ist, wobei der Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeitssäule 5 in Fig. 1 mit 6 bezeichnet ist. Der Förderhorizont im Bereich des Bohrloches 1 ist mit 7 angedeutet.A feed pump 4 is connected, which is intended for feeding the liquid 5 contained in the borehole 1 or rising therefrom, the liquid level of the liquid column 5 being designated 6 in Fig. 1. The production horizon in the area of the borehole 1 is indicated by 7.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß im Bereich des Eintrittsendes des Steigrohres 2, d.h. im wesentlichen im Bereich der Eintrittsöffnung des Förderelements 4 das Meßrohr 3 endet, wobei die detaillierte Ausbildung desselben in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. In das Meßrohr 3 wird über eine schematisch angedeutete Gasquelle 8, beispielsweise einen Hochdruckbehälter bzw. eine Druckgasflasche, oder auch einen Kompressor, Gas unter Druck in das Meßrohr 3 ausgebracht, wobei an einer Zufuhrleitung 9 zu dem Meßrohr 3 darüber hinaus, insbesondere für den Fall, daß die Gasquelle 8 von einem Hochdruckbehälter bzw. einer Hochdruckflasche gebildet ist, eine entsprechende Druckreduktions- bzw. -regeleinrichtung 10, gegebenenfalls mit einer entsprechenden Durchflußregeleinrichtung, eine Druckanzeige bzw. ein Manometer 11 sowie weiters ein Drucksensor 12 eingeschaltet bzw. vorgesehen sind. Der Drucksensor 12 ist mit einer Auswerteeinheit 13, beispielsweise mit einer Rechnereinheit verbunden, welche weiters mit einer' Anzeigevorrichtung 14 gekoppelt ist. Ergänzend ist in Fig. 1 in der Verbindungsleitung zwischen dem Drucksensor 12 und der Rechnereinheit 13 eine weitere Justiereinrichtung 15 angedeutet.From Fig. 1 it can be seen that the measuring tube 3 ends in the area of the inlet end of the riser pipe 2, i.e. essentially in the area of the inlet opening of the conveying element 4, the detailed design of which is shown in Figs. 2 and 3. Gas under pressure is discharged into the measuring tube 3 via a schematically indicated gas source 8, for example a high-pressure container or a compressed gas bottle, or also a compressor, wherein on a supply line 9 to the measuring tube 3, in addition, in particular in the case that the gas source 8 is formed by a high-pressure container or a high-pressure bottle, a corresponding pressure reduction or control device 10, optionally with a corresponding flow control device, a pressure display or a manometer 11 and also a pressure sensor 12 are switched on or provided. The pressure sensor 12 is connected to an evaluation unit 13, for example to a computer unit, which is further coupled to a display device 14. In addition, a further adjustment device 15 is indicated in Fig. 1 in the connecting line between the pressure sensor 12 and the computer unit 13.
Aus dem Druck, welcher für ein Ausbringen des in dieFrom the pressure required for the discharge of the
Meßleitung bzw. in das Meßrohr 3 unter Druck eingebrachten 0 Gases gegen den Staudruck durch die Flüssigkeitssäule 5 in dem Förder- bzw. Bohrloch 1 erforderlich ist, und der Kenntnis der Länge des Meßrohres 3 läßt sich unmittelbar die Höhe des Flüssigkeitsspiegels 6 bestimmen, wobei bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform zusätzlich ein weiteres Manometer bzw. ein weiterer Drucksensor 16 an demMeasuring line or in the measuring tube 3 under pressure introduced 0 gas against the dynamic pressure through the liquid column 5 in the production or borehole 1 is required, and the knowledge of the length of the measuring tube 3, the height of the liquid level 6 can be determined directly, whereby in the embodiment shown in Fig. 1, an additional manometer or a further pressure sensor 16 is additionally attached to the
14 ····14 ····
Bohr- bzw. Förderloch im Bereich der Mündung desselben sowie ein weiterer Drucksensor 17 angedeutet sind, welche ebenfalls mit der Auswerte- bzw. Rechnereinheit 13 sowie der Anzeigeeinheit 14 gekoppelt sind.Borehole or production hole in the area of the mouth thereof as well as a further pressure sensor 17 are indicated, which are also coupled to the evaluation or computer unit 13 and the display unit 14.
Es läßt sich somit aus der Messung statischen Druckes in dem Meßrohr 3, welcher einer Förderhöhe h entspricht, und aus der bekannten Tiefe T der Austrittsöffnung bzw. der zum Boden des Bohr- bzw. Förderloches 1 gewandten Öffnung des Meßrohres 3 unmittelbar die Tiefe des Flüssigkeitsspiegels H errechnen und beispielsweise auf der Anzeigeeinheit auf dem Bildschirm 14 anzeigen.The depth of the liquid level H can thus be calculated directly from the measurement of static pressure in the measuring tube 3, which corresponds to a discharge head h, and from the known depth T of the outlet opening or the opening of the measuring tube 3 facing the bottom of the borehole or discharge hole 1, and can be displayed, for example, on the display unit on the screen 14.
Anstelle eines Steig- bzw. Förderrohrs , 2 in einem Förder loch 1 kann das Meßrohr 3 gemeinsam mit den angeschlossenen Elementen zur Bestimmung der Flüssigkeitssäule auch in einer Injektionsbohrung mit einem Injektionsrohr zusammenwirken.Instead of a riser or conveyor pipe 2 in a production hole 1, the measuring tube 3 together with the connected elements for determining the liquid column can also work together with an injection pipe in an injection bore.
In den Fig. 2 und 3 wird der Bereich der Austrittsöffnung bzw. der Bereich der zum Boden des nicht dargestellten bzw. Förderloches gewandten Öffnung 18 des Meß-0 rohres 3 in jeweils vergrößertem Maßstab dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der Rand der Öffnung 18 abgeschrägt relativ zu der in Fig. 3 mit 19 bezeichneten Längsachse des Meßrohres 3 ausgebildet ist, wobei sich durch diese Abschrägung der Öffnung 18 bewirken läßt, daß an der Spitze jeweils kleine, schematisch mit 20 angedeutete Gasblasen aus dem Inneren des Meßrohres 3 austreten, so daß zur Bildung der Gasblasen kein übermäßiger Druckaufbau erforderlich ist, der das Meßergebnis verfälschen könnte.In Fig. 2 and 3, the area of the outlet opening and the area of the opening 18 of the measuring tube 3 facing the bottom of the conveying hole (not shown) are shown on an enlarged scale. It can be seen that the edge of the opening 18 is bevelled relative to the longitudinal axis of the measuring tube 3, designated 19 in Fig. 3, whereby this bevelling of the opening 18 can cause small gas bubbles, indicated schematically by 20, to emerge from the interior of the measuring tube 3 at the tip, so that no excessive pressure build-up is required to form the gas bubbles, which could falsify the measurement result.
Weiters ist in Fig. 2 und 3 jeweils im Bereich der 0 Austrittsöffnung 18 des Meßrohres 3 bzw. diesem Bereich unmittelbar vorgeschaltet in Fig. 2 eine von einem Drosselelement 21 gebildete Druck- und/oder Mengenreguliervorrichtung und in Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform einer derartigen Druck- und/oder Mengenre-5 guliervorrichtung in Form eines in das Meßrohr einge-Furthermore, in Fig. 2 and 3, in the area of the outlet opening 18 of the measuring tube 3 or immediately upstream of this area, there is a pressure and/or quantity regulating device formed by a throttle element 21 in Fig. 2 and a modified embodiment of such a pressure and/or quantity regulating device in the form of a throttle element 21 inserted into the measuring tube in Fig. 3.
setzten rohrförmigen Elements 22 dargestellt. Sowohl das Drosselelement 21 als auch das rohrförmige Element 22 dienen dazu, durch eine Verengung des lichten Querschnittes des Meßrohres 3 durch eine entspreohende Druck- und/oder Mengenregulierung im Inneren des Rohres 3 eine annähernd bzw. weitestgehend laminare Strömung selbst bei starken bzw. abrupten Schwankungen des Niveaus des Flüssigkeitsspiegels, wie dies beispielsweise durch ein intermittierendes Fördern durch das Förderelement 4 bewirkt werden kann, aufrecht zu erhalten.shown tubular element 22. Both the throttle element 21 and the tubular element 22 serve to maintain an approximately or largely laminar flow by narrowing the clear cross-section of the measuring tube 3 through a corresponding pressure and/or volume regulation inside the tube 3, even in the event of strong or abrupt fluctuations in the level of the liquid, as can be caused, for example, by intermittent conveying by the conveying element 4.
Wie insbesondere aus der detaillierten Darstellung gemäß Fig. 3 ersichtlich, weist das rohrförmige,, längliche Element 22 einen lichten Querschnitt 23 auf, welcher beispielsweise weniger als ein Sechstel des lichten Quer-Schnitts 24 des Meßrohres 3 beträgt, so daß durch die vorgenommene Querschnittsreduktion zuverlässig die gewünschte, laminare Strömung zumindest im Bereich der Austrittsöffnung 18 bzw. unmittelbar davor eingestellt und aufrecht erhalten werden kann. Da, wie aus Fig. 3 ersicht-0 lieh, das rohrförmige Element 22 eine Längserstreckung aufweist, welche den lichten Querschnitt 24 des Meßrohres 3 übersteigt, wird durch diese vorgesehene Längserstreckung ein entsprechend großer Weg im Inneren des Meßrohres 3 mit verringertem Durchtrittsquerschnitt erhalten, 5 welche die gewünschte, gleichmäßige, laminare Strömung aufbauen bzw. einstellen kann. Weiters ist zur Vermeidung von Turbulenzen an dem von der Öffnung 18 abgewandten Ende das rohrförmige Element 22 mit einer Abschrägung 25 ausgebildet, welche eine sich konisch erweiternde Eintrittsöffnung in den Bereich 23 mit verringertem Querschnitt definiert, so daß bei der Querschnittsverengung das Auftreten von Turbulenzen oder dgl. in dem unter Druck im Meßrohr 3 zugeführten Gas vermieden werden kann.As can be seen in particular from the detailed illustration according to Fig. 3, the tubular, elongated element 22 has a clear cross-section 23 which is, for example, less than one sixth of the clear cross-section 24 of the measuring tube 3, so that the desired laminar flow can be reliably set and maintained at least in the area of the outlet opening 18 or immediately in front of it by the reduction in cross-section. Since, as can be seen from Fig. 3, the tubular element 22 has a longitudinal extension which exceeds the clear cross-section 24 of the measuring tube 3, this intended longitudinal extension provides a correspondingly large path inside the measuring tube 3 with a reduced passage cross-section, which can establish or set the desired, uniform, laminar flow. Furthermore, in order to avoid turbulences at the end facing away from the opening 18, the tubular element 22 is formed with a bevel 25 which defines a conically widening inlet opening into the region 23 with a reduced cross-section, so that when the cross-section narrows, the occurrence of turbulences or the like in the gas supplied under pressure in the measuring tube 3 can be avoided.
In Fig. 3 ist allgemein mit 26 eine Reinigungsvor-5 richtung für das rohrförmige Element 22 angedeutet, wobeiIn Fig. 3, generally indicated at 26 is a cleaning device for the tubular element 22, wherein
für eine Entfernung von Ablagerungen bzw. Verunreinigungen im verringerten Querschnitt 23 ein stabartiges Reinigungsglied 27 in das Innere des lichten Querschnitts insbesondere entgegen der Kraft einer Feder 28, welche an einem kolbenförmigen Element 29 abgestützt ist, eingebracht wird, wobei durch entsprechende Abstimmung der Abmessungen des stabartigen Elements 27 auf den Innendurchmesser bzw. die lichte Öffnung des rohrförmigen Elements 22 eine zuverlässige und vollständige Reinigung des Durchtrittsquerschnitts 23 erzielbar ist.for removing deposits or impurities in the reduced cross-section 23, a rod-like cleaning member 27 is introduced into the interior of the clear cross-section, in particular against the force of a spring 28 which is supported on a piston-like element 29, wherein by appropriately matching the dimensions of the rod-like element 27 to the inner diameter or the clear opening of the tubular element 22, a reliable and complete cleaning of the passage cross-section 23 can be achieved.
Zur Vermeidung einer Korrosion im Bereich der Austrittsöffnung 18 des Meßrohres 3 bzw. des ,rohrförmigen Elements 22 mit verringertem Durchmesser kann ein nichtkorrosives Gas, wie beispielsweise Stickstoff, Verwendung finden.To avoid corrosion in the area of the outlet opening 18 of the measuring tube 3 or the tubular element 22 with reduced diameter, a non-corrosive gas, such as nitrogen, can be used.
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