DE944542C - Messgeraet zum Bestimmen des OElspiegels, des Bodendruckes und der Temperatur in einem Erdoelbohrloch - Google Patents

Description

• Meßgerät zum Bestimmen des Ölspiegels, des Bodendruckes und der Temperatur in einem Erdölbohrloch Für die wirtschaftliche Ausbeute einer Ölquelle ist die genaue Messung und ständige Beobachtung des Ölspiegels, des Bodendruckes und der Temperatur in einer Erdölbohrung von ausschlaggebender Bedeutung. Bei diesen Messungen müssen speziell folgende Forderungen erfüllt werden: r. Genaue Anzeige kleiner Drücke (Ölsäulenhöhen) für den Fall, daß das Meßgerät, in Höhe der Erdölpumpe aufgehängt, die Ölsäulenhöhe über der Pumpe anzeigen soll (Bereich etwa o bis 6o m Höhe).
• z. Genaue Anzeige, wenn das Meßgerät den Lagerstättendruck (Sohle), der oft eine Zehnerpotenz größer ist; genau messen soll (Bereich 300 bis 8oo m). 3. Da die Länge der Meßleitung oft sehr groß ist, ist es aus Kostengründen erforderlich, bei gleichzeitiger Messung der Temperatur an der gleichen Stelle mit wenig Leitern im Kabel auszukommen.
• 4. Ein kleiner Durchmesser des Meßgerätes muß eingehalten werden, um ein leichtes Absenken im Bohrloch zu gewährleisten.
• 5. Es muß angestrebt werden, geringe Anschaffungs- und Unterhaltungskosten sowie Bedienung durch ungeschultes Personal zu erreichen.
• Für Druckmessungen sind Geräte, z. B. das Gasmanometer, bekannt, bei welchen ein Druck auf ein durch Quecksilber abgeschlossenes Gasvolumen in einem zweckmäßig kalibrierten Rohr übertragen und dieses Gasvolumen durch Druck umgekehrt proportional zusammengedrückt wird. Ein in diesem Druckrohr befindlicher elektrischer Widerstand wird durch das -Quecksilber mehr- oder weniger dem Druck entsprechend kurzgeschlossen und die Widerstandsänderung-elektrisch über eine Leitung an einem Instrument abgelesen oder schreibend registriert. Die Temperatur einer Meßstelle wird durch einen temperaturabhängigen Wider= stand, der gleichfalls in einem Senkkörper eingebaut ist, bestimmt. Das sind allgemein bekannte physikalische Methoden der Fernanzeige von Druck und Temperatur, die jedoch in der bekannten Form für eine Anwendung in einer Erdölbohrung nicht geeignet sind.
• In der Praxis bei der Erdölgewinnung eingesetzte Geräte arbeiten in anderer Weise und gestatten dabei aber nicht die gleichzeitige Messung aller oben angeführten Größen, sondern beispielsweise nur die Höhe des Ölspiegels. Außerdem erfordern sie einen großen Aufwand an Zeit und Kosten. Infolge der Kompliziertheit der Messungen und der dazu erforderlichen Vorbereitungen kann nur geschultes Personal verwendet werden. Diese bekannten Geräte arbeiten meist nach dem Prinzip des Echolots oder benutzen eine schwingende Saite, deren Frequenz durch den Ölspiegel verändert wird.
• Demgegenüber bringt die Erfindung ein Gerät, das nicht nur die Höhe des Ölspiegels über einem beliebigen Meßpunkt (z. B. Pumpe) sowie den Lagerstättendruck genau anzeigt, sondern auch gleichzeitig die Temperaturverhältnisse in der Teufe registriert, wobei diese Größen laufend angezeigt oder auch geschrieben werden können, so daß eine zuverlässige Charakteristik der betreffenden Erdölsonde gewonnen wird.
• Erfindungsgemäß ist ein aus mehreren Abschnitten zusammengesetztes Rohr mit entsprechend den Meßbereichen verschiedenen Längen und verschiedenen Durchmessern der Abschnitte vorgesehen; das Rohr ist an einem Ende verschlossen und mündet am anderen Ende in einen Quecksilberbehälter aus elastischem Material. Ein Draht aus Widerstandsmaterial ist im Innern des Rohres und ein anderer Draht mit gleichen Eigenschaften außerhalb des Rohres von dem Quecksilber bis zum oberen Ende der hintereinander angeordneten Rohrabschnitte geführt. Diese Rohrabschnitte sind von einer mit Kunststoff ausgegossenen Schutzhülse umgeben. Der außerhalb dieses Rohres geführte Draht ist in den Kunststoff eingebettet. Eine Zuleitung zu dem Quecksilbergefäß verläuft ebenfalls innerhalb der Schutzhülse. An der Schutzhülse sind Einstell-und Justiereinrichtungen vorgesehen, die in leichter Weise eine Nacheichnung des Gerätes durch ungeschultes V'ersonal ermöglichen.
• Die Widerstandsdrähte werden. mit den Wicklungen eines über Tage befindlichen Kreuzspurinstrumentes oder Parallelspulinstrumentes verbunden und bilden mit diesen die Zweige einer Brückenschaltung, deren mittlerer Zweig von den Instrumentenwicklungen über eine Batterie, gegebenenfalls einen Ein- und Ausschalter und die Zuleitung zu dem Quecksilberbehälter führt.- Für die Temperaturmessung wird ein temperaturunabhängiger Widerstand vorgesehen, der mittels eines Umschalters wahlweise in einen Zweig der Brückenschaltung an Stelle des einen Widerstandsdrahtes im Meßgerät an eine Instrumentenwicklung geschaltet wird, so daß hierdurch eine Widerstandsmessung durch Vergleich mit einer eine bestimmte Temperatur repräsentierenden Größe ermöglicht wird.
• Dadurch, daß mit dem Meßgerät der Druck und die Temperatur gemessen werden können, besteht die Möglichkeit, die Ausdehnung des Quecksilbers, des Rohres und des Gases im Rohr zu berücksichtigen. und damit den gemessenen Druekwert zu korrigieren.
• Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel des Meßgerätes nach der Erfindung in schematischer Darstellung.
• Fig. i ist ein Längsschnitt durch das Meßgerät; Fig. z zeigt die Schaltung des Meßgerätes für die Druckmessung, Fig. 3 die Schaltung des Meßgerätes für Druck-und Temperaturmessung. .
• Das Meßgerät besteht'aus einem Rohr i, das sich aus mehreren im Innendurchmesser abgestuften, aneinander geschmolzenen starkwandigen kalibrierten Rohrabschnitten zusammensetzt. Das Rohr ist an einem Ende :2 geschlossen und trägt am anderen Ende 3- ein- Quecksilbervorratsgefäß 4, welches, aus elastischem Material hergestellt, den außenwirkenden Druck auf das Quecksilber überträgt. Dadurch ist das Meßgerät nach außen hin hermetisch abgeschlossen, und ein Verschütten oder eine Verunreinigung des Quecksilbers kann somit nicht eintreten. Dieses kalibrierte Rohr i besteht vorzugsweise aus drei Abschnitten 5 bis 7, die mit Innendurchmessern für die verschiedenen interessierenden Meßbereiche vorgesehen sind, und zwar dient der untere an das Quecksilbergefäß 4 angeschlossene Abschnitt 5 für die Messung des unteren Druckbereiches, das erweiterte mittlere Rohrstück 6 für den mittleren Meßbereich und das enge 7 für die Hochdruckmessung. Zentral in dieser Rohrkombination ist ein sehr dünner Widerstandsdraht 8, z. B. Platin, gespannt, dessen von dem Quecksilber nicht kurzgeschlossener Teil über das Kabel 9 zum Anzeigegerät führt.
• DieKontaktabnahme geschieht über Platindrähte, die in den Abschnitten 5 und 7 isoliert eingeschmolzen sind (z. B. in Glas). Dabei ist folgendes zu beachten: Die Temperaturen in den Sonden, schwanken sehr stark je nach der Meßtiefe. Man würde zweckmäßig, um die störende Temperaturabhängigkeit des Meßwiderstandes auszuschalten, Material mit temperaturunabhängigem Stoff (z. B. Konstantan, Nickelin) verwenden. Man kann aber infolge der Amalgamierfreudigkeit des Quecksilbers nur wenige Metalle, wie Eisen oder Platin, benutzen, die jedoch temperaturabhängige Widerstände darstellen. Diese Abhängigkeit läßt sich dadurch kompensieren, daß ein zweiter gleich großer Widerstand i i aus gleichem Material eingebaut wird, um dann in einer Brückenschaltung diese für das Druckmeßverfahren unerwünschte Grölte zu eliminieren. Das geschieht in der Schaltung nach Abb.2 am einfachsten durch Verwendung eines Kreuzspulgerätes 2o oder eines Parallelspulinstrumentes. Da die Widerstände sich, prozentual gesehen, verhältnisgleich mit der Temperatur ändern, ändern sich auch die Ströme, die die Widerstände durchfließen, im gleichen Verhältnis. Dadurch ist die Anzeige unabhängig von der Temperatur an der Meßstelle.
• Der Widerstandsdraht vo als sogenannter Kompensationswiderstand in der Meßsonde ist zusammen mit dem Rohr i in einer Metallhülse i i in Kunstharz 12 eingegossen und somit vor Angriffen durch das Erdöl und Beimengungen, z. B. Wasser, geschützt. Die Schutzhülse i i trägt oben und unten ein Gewinde 13, 1q.. Eine obere Schutzkappe 15 ist für die Durchführung des Kabels vorgesehen und kann öl- und wasserdicht auf das obere Ende des Mantelrohres i i aufgeschraubt werden. Die untere Schutzkappe 16 nimmt das Quecksilbergefäß q. auf und ist mit seitlichen Löchern 17 zur Übertragung des Druckes der Ölsäule auf das Manometer versehen. Mit Hilfe einer Bodenschraube 18 kann die Höhenfeineinstellung der Quecksilbersäule im Rohr korrigiert werden.
• Der zweite Widerstand io kann nun gleichzeitig dazu benutzt werden, die Temperatur der Meßstelle durch Widerstandsänderung zu bestimmen, wenn man diesen Widerstandswert mit einem temperaturunabhängigen konstanten Widerstand i9 vergleicht. Dieser temperaturunabhängige Widerstand kann wahlweise auf das Kreuzspulinstrument 2o oder Parallelspulinstrument geschaltet werden. Hierbei gibt es zwei Möglichkeiten. Entweder wird der temperaturunabhängige Widerstand i9 in den einen Brückenzweig an Stelle des Widerstandsdrahtes io geschaltet. Bei dieser Umschaltung kann das Instrument auch in Temperaturwerten geeicht sein und gestattet bei einer abwechselnden Umschaltung die direkte Ablesung des Druckes und der Temperatur. Es ist jedoch auch möglich, den temperaturabhängigen Widerstand an Stelle des Widerstandsdrahtes io in den betreffenden Brückenzweig einzuschalten. Hierbei wird die Temperatur durch den Unterschied der Instrumentenausschläge für die Druckmessung und für die Temperaturmessung angegeben. Diese Schaltung ist in der Fig. 3 dargestellt, wobei diese Schaltung prinzipiell angibt, wie wahlweise Druck und Temperatur mit Hilfe der Sonde über ein dreiadriges Kabel gemessen werden können.
• Wenn sehr hohe Anforderungen in bezug auf die Genauigkeit der Druckbestimmung verlangt werden, so kann die Messung noch in bezug auf die bisher nicht berücksichtigte Ausdehnung des Quecksilbers, des Glasrohres und des Gases in diesem mit Hilfe der Temperaturangabe an der Meßstelle in bekannter Art korrigiert werden. Soll dieses Gerät lediglich dazu dienen, die Höhe des Ölspiegels über der betreffenden Pumpe zu messen, so kann es zweckmäßig sein, das Meßgerät direkt mit der Pumpe zu verbinden oder auch konstruktionsmäßig mit der Pumpe zusammen als eine Einheit auszuführen. Werden sogenannte Erdöltauchpumpen zur Ölförderung benutzt, so kann mit Hilfe eines Relais das meist für diese Pumpe benutzte Mehraderkabel auch als Meßleitung ausgenutzt werden, und zwar dadurch, daß dieses Relais :die Verbindung mit dem Meßgerät beispielsweise über Ruhekontakte dann herstellt, wenn das Kabel spannungsfrei ist. Beim Einschalten der Betriebsspannung für den Motor wird das Meßgerät automatisch abgeschaltet.

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Meßgerät zur Beobachtung des Ölspiegels, des Bodendruckes und der Temperatur in einem Erdölbohrloch, gekennzeichnet durch ein aus mehreren Abschnitten (5, 6, 7) zusammengesetztes Rohr (i) mit entsprechend den Meßbereichen verschiedenen Längen und verschiedenen Durchmessern der Abschnitte, dessen eines Ende (2) verschlossen ist und dessen anderes Ende (3) in einem Quecksilberbehälter (q.) aus elastischem Material mündet, wobei ein Draht (8) aus Widerstandsmaterial im Innern des Rohres (i) und ein Draht (io) mit gleichen Eigenschaften außerhalb des Rohres (i) von dem Quecksilber in dem Gefäß (q.) bis zum oberen Ende (2) des Rohres (i) geführt sind.
2. 2. Meßgerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß drei Rohrabschnitte (5, 6, 7) vorgesehen sind, von denen der untere (5) mittlereii Querschnitt, der mittlere (6)- den größten Querschnitt und der obere Abschnitt (7) den kleinsten Querschnitt aufweist; wobei der mittlere Abschnitt (6) verhältnismäßig kurz gegenüber den anderen ausgeführt 'ist.
3. 3. Meßgerät nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (i) innerhalb einer mit Kunststoff ausgegossenen Schutzhülse (i i) angeordnet und der außerhalb des Rohres (i) geführte Draht (io) in dem Kunststoff eingebettet ist, und daß eine Zuleitung (21) zu dem Quecksilber ebenfalls innerhalb der Schutzhülse (11) liegt. q..
4. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (ii), die auch das Quecksilbergefäß (q.) umgibt und in diesem Bereich von Drucköffnungen (17) durchbrochen ist, an ihrer unteren Stirnseite ein in Längsrichtung der Hülse (i r) einstellbares Glied in Form einer als Schraubdeckel (18) aufgesetzten Stirnseite aufweist, durch- dessen Verstellung das Volumen des an der Innenseite des Deckels (18) anliegenden Quecksilberbehälters (q.) verändert wird.
5. 5. Meßgerät nach den Ansprüchen i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsdrähte (8, io) mit den Wicklungen eines Kreuzspulinstrumentes (2o) oder eines Parallelspulinstrumentes verbunden sind und die Zweige einer Brückenschaltung bilden, deren mittlerer Zweig von den. Wicklungen des Instrumentes (2o) über eine Batterie (22) und die Zuleitung (2i) zu dem Quecksilberbehälter (4) führt.
6. 6. Meßgerät nach den Ansprüchen i bis 5, gekennzeichget durch einen temperaturunabhängigen Widerstand (ig), der mittels eines Umschalters (23) wahlweise in einem Brückenzweig anstatt des Widerstandsdrahtes (io, 8) an eine Instrumentenwicklung geschaltet wird. 7. - Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der tempefä.-turunabhängige Widerstand (ig) anstatt des Widerstandsdrahtes zur Druckmessung (8) in den betreffenden Brückenzweig schaltbar ist, wobei das Instrument (2o) bei entsprechender Eichung die Tem-..peratur direkt anzeigt. B.
7. Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (ig) anstatt des Widerstandsdrahtes (io) in den betreffenden Brückenzweig schaftbar ist, wobei der Unterschied dieses Instrumentenausschlages gegenüber dem bei der Druckmessung den Temperaturwert angibt. g.
8. Meßgerät nach den Ansprüchen i bis 8, gekennzeichnet durch ein dreiadriges Kabel, über welches durch abwechselndeUmschaltungDruck und Temperatur unmittelbar nacheinander an demselben Instrument (2o) zwischen der Meßstelle und dem Instrument ablesbar sind und/ oder. aufgezeichnet werden. io.
9. Meßgerät nach den Ansprüchen i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der - Druckmessung die Temperatur an der Meßstelle dazu benutzt wird, die Ausdehnung des Quecksilbers, des Rohres (i) und des Gases in dem Rohr (i) zu berücksichtigen und den gemessenen Druckwert zu korrigieren. i i.
10. Meßg@rät nach den Ansprüchen i bis io, dadurch ge4ennzeichnet, daß es mit der Pumpe zusammen als konstruktive ..
11. Einheit ausgebildet ist.
12. 12. Meßgerät nach. den Ansprüchen i bis i i, gekennzeichnet durch einen automatischen Umschalter, der das Stromversorgungskabel für die Erdöltauchpumpe als Meßleitung zur Druck-und Temperaturmessung verwendbar macht.