DE3238537A1

DE3238537A1 - Durchfluss-steuerungsgeraet zur steuerung eines fluidstroms

Info

Publication number: DE3238537A1
Application number: DE19823238537
Authority: DE
Inventors: Peter L. 77083 Houston Tex. Sigwardt
Original assignee: Getty Oil Co
Current assignee: Getty Oil Co
Priority date: 1981-11-19
Filing date: 1982-10-18
Publication date: 1983-05-26
Also published as: JPS58180889A; GB2112177A; US4512187A; NO823771L; FR2531788B1; FR2531788A1; GB2112177B; CA1199253A; NL8204433A; NO160884B; NO160884C

Description

f δ. OKt. mz

Durchfluß-Steuerungsgerät zur Steuerung eines Fluidstroms

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Strömungssteuerung und Messung von Fluiden und zwar insbesondere auf eine Durchflußsteuerung und Messung von scherempfindlichen Flüssigkeiten.
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Polymerlösungen sind wahrscheinlich die am meisten üblicherweise verwendeten scherungsempfindlichen Flüssigkeiten. Einige Flüssigkeiten, wie etwa PoIyamidlösungen , welche zur Restölgewinnung verwendet werden sind gegenüber Scherung in außerordentlichem Maße empfindlich.

Viele andere Flüssigkeiten sind ferner einer wesentlichen Verschlechterung infolge von Scherungsabbau unterworfen, wie beispielsweise CMC (Karboxymethyl-Zellulose) Lösungen, welche für Ölbohrungen verwendet werden, HEC (Hydroxyäthyl-Zellulose) in der Lebensmittelindustrie, Latexpolymere für die Herstellung von Farben, Lösungen von Biopolymeren, wie etwa sogenannter Guar-Gummi und Polysaccharide als Flutmittel für die Restölgewinnung, einige Schmieröle und einige Lotions und Salben für die Kosmetikindustrie.

Scherungsempfindliche Polymerlösungen werden häufig in chemischen Verfahren und in verschiedenen Phasen der ölerzeugung für eine Flüssigkeit mit gewünscht hohen Viskositätseigenschaften verwendet. Beispielsweise wird bei bestimmten Arten von Sekundär- und Tertiärgewinnung von öl eine Polymerlösung, wie etwa Polyamid, durch die Bohrungen als Flutungsmittel eingespritzt, um das in angrenzenden geologischen Formationen enthaltene öl zu verdrängen. Hochviskose Polymerlösungen neigen zu einer kohäsiven Strömung, d.h., das Volumen der Polymerlösung

neigt zu einem gleichmäßigen Fluß durch die geologische Formation, wodurch eine separate und unabhängige Leitung der Polymerlösung durch die geologische Formation vermieden wird. Somit wird oftmals eine Flutung mit hochviskosen Polymerfluiden eingesetzt, um die Restölgewinnung durch Verdrängung eines im allgemeinen größeren Anteils des enthaltenen Öls zu erhöhen, als es ansonsten durch eine Flüssigkeit mit einer relativ niedrigeren Viskosität der Fall ist.

Gegenwärtig werden Polymerlösungen in Einbringbohrungen durch eine oder mehrere große Verdrängerpumpen gepumpt. Der Förderdruck bei jeder Einbringbohrung kann in einer Höhe von 2.500 psig liegen, allerdings kann der erfor-

^ 5 derliche Abführdruck in die Einlaßbohrung auch 0 psig betragen, was vom Formationsdruck und der gewünschten Durchflußmenge der Polymerlösung abhängig ist. Falls die Polymerlösung scherempfindlich ist, ist es erforderlich, zur Durchflußsteuerung mit einem hohen Druckverlust eine adäquate Einrichtung vorzusehen, ohne einen Viskositätsabbau der Flüssigkeit zu verursachen. Ferner ist es erwünscht, eine geeignete Einrichtung zur Durchflußmessung bei oder nahe einer jeden Einbringbohrung zu schaffen.

Allgemein wird die Scherbeanspruchung durch einen Hochdruckgradienten verursacht, welchem eine Flüssigkeit infolge einer konventionellen Strömungssteuereinrichtung oder Meßeinrichtung ausgesetzt ist. Unglücklicherweise beschädigt eine Scherungsbeanspruchung scherungsempfindliche Polymerlösungen durch ein als physikalischer (Scherungs-) Abbau bekanntes Phänomen. Ein wesentlicher scherungsbedingter Abbau tritt in Flüssigkeiten mit jeder wesentlichen Druckreduzierung durch konventionelle Strömungssteuereinrichtungen auf. Der Druckabfall über ein Ventil oder eine Strömungssteuerungseinrichtung, welcher nach vorliegender Auf-

fassung in einem wesentlichen oder bedeutenden Druckdifferential resultiert, verändert sich in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der scherungsempfindlichen Flüssigkeit, der Durchflußmenge durch das Ventil und anderen Variablen. Nichts desto trotz stellt für die meisten scherungsempfindlichen Flüssigkeiten ein Druckdifferential von etwa 25 psi über ein Steuerungsventil oder Meßelement einen wesentlichen Druckabfall dar, welcher einen wesentlichen Abbau der Flüssigkeit hervorruft.

Somit stellt ein Druckdifferential von etwa 25 psi ein wesentliches Druckdifferential für scherungsempfindliche Flüssigkeiten dar.

Physikalischer Abbau von scherungsempfindlichen Polymer-"15 lösungen für sekundäre und tertiäre Restölgewinnung ist außerordentlich unerwünscht, weil damit im allgemeinen eine erhebliche Verringerung der Viskosität der PoIymerlösung verbunden ist. Wie bereits erwähnt, sollte jedoch ein für die sekundäre und tertiäre ölgewinnung ^O taugliches Flutungsmittel eine hohe Viskosität besitzen. Allerdings ist der Viskositätsverlust von Polymerlösungen infolge konventioneller Durchfluß-Steuerungseinrichtungen und konventioneller Turbinenmeßeinrichtungen so groß, daß die Wirksamkeit der Polymeres lösung als Flutungsmittel verringert oder sogar aufgehoben wird.

Beispielsweise wurde ein Schertest mit einem Drosselventil unter Verwendung eines konventionellen blendenartigen (orifice-type) Drosselventil und einer Polyamid-Polymerlösung mit einer Konzentration von 800 ppm durchgeführt. Der Druck der Lösung auf der Hochdruckseite des Drosselventils wurde im wesentlichen auf 2.300 psig gehalten, wohingegen die Durchstrommenge der Lösung durch Einstellung des Drosselventils verändert wurde,, Etwa 50% der Viskosität der Lösung war dauernd verloren, wenn die Lösung einem Druckabfall von 600 psig

- 9 über das Drosselventil ausgesetzt wurde.

Wegen der scherungsbedingten Probleme sind konventionelle Einrichtungen zur Steuerung eines Durchflusses mit hohem Druckabfall, wie etwa konventionelle blendenartige Drosselventile oder Durchfluß-Steuerventile, die zur Aufrechterhaltung eines konstanten Durchflusses mit variablen Druckabfall über das Ventil geeignet sind sowie konventionelle Einrichtungen zur Messung der Durchflußmenge, wie etwa sogenannte In-Line Turbinenmesser, ungeeignet für den Einsatz von Polymerlösungen für verschiedene Anwendungen, die hochviskose Flüssigkeiten erfordern. Sie sind nicht einsetzbar für Bohrlochköpfe während sekundären und tertiären Restölgewinnungsvorgangen, weil sie wesentliche Scherbeanspruchungen der Polymerlösungen verursachen können.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Polymerlösung mit einer ausreichend hohen Polymerkonzentration zu verwenden, um den durch konventionelle Durchfluß-Steuerungsventile verursachten Viskositätsverlust auf Seiten des Polymers zu kompensieren. Allerdings würden bei einem Druckabfall in Höhe von 600 psig ähnlich dem oben angeführten Beispiel etwa 30% mehr Polymere erforderlich sein, um eine 60cp-Lösung aufrechtzuerhalten, anstelle einer 30cp-Lösung. Gegenwärtig ist eine solche Handhabung außerordentlich kostenaufwendig und deshalb unerwünscht .

Somit besteht ein Bedarf hinsichtlich eines Geräts und eines Verfahrens, um im wesentlichen den Druck einer Flüssigkeit zu reduzieren und die Durchflußmenge zu steuern und zu messen ohne jedoch wesentliche Scherbeanspruchungen auf die Flüssigkeit auszuüben. Aus verschiedenen Gründen haben sich allerdings Versuche zur Konzeption eines solchen Geräts als untauglich und/oder sehr teuer erwiesen.

Einige der bekannten Durchfluß-Steuerungsvorrichtungen, die entwickelt worden sind, um die Beschädigung von Polymerlösungen zu vermeiden, sind sehr aufwendig und erfordern ein Auseinandernehmen der Leitung oder einen Austausch von Bauteilen, um die Durchflußmenge einzustellen .

Bei einer Ausführungsform einer solchen Vorrichtung wird eine Anzahl von Kupfer-Rohrspulen verwendet. Kupferrohre mit verschiedenen Längen und Innendurchmessern sind zu Spulen geformt. Die Spulen sind in Serien mit der Durchstromlinie zwischen der Pumpe und dem Eingangs-Bohrlochkopf verzweigt, so daß die Polymerlösung durch die Spulen strömen muß. Die Polymerlösung wird einem Druckabfall mit einem geringen Gradienten ausgesetzt, indem die Lösung durch die Spulen geleitet wird, v/odurch hohe Scherbeanspruchungen vermieden werden, die ansonsten die Lösung beschädigen würden.

Diese Vorrichtung aus Kupferrohren ist teuer. Darüberhinaus kann das Druckdifferential über die Spulen und die Durchflußmenge durch die Spulen dieser Vorrichtung einzig durch Veränderung der Kombination der Länge und des Innendurchmessers der verwendeten Kupferrohrleitung gesteuert werden, was üblicherweise durch Änderung der Spulen bewerkstelligt wird. Eine geeignete Spulengröße ist von anderen Variablen abhängig, wie etwa relativ zu den Spulen stromaufwärtiger und stromabwärtiger Lösungsdruck und Viskosität der Lösung. Darüberhinaus ist eine Änderung der Spulen mühsam und zeitaufwendig und unterbricht den Fluß der Lösung zum Bohrlochkopf, so daß die Restölgewinnung aufgrund des wiederholten Spulenaustausches wesentlich verlangsamt wird, falls eine wesentliche Schwankung der oben angegebenen Variablen vorliegt.

Eine weitere Steuervorrichtung für eine Polymerlösung umfaßt einen Strömungsabschnitt mit einer bestimmten

Länge, der mit sphärischen Glaskügelchen gepackt ist, die einen Druckabfall mit niedrigem Gradienten erzeugen, wenn die Lösung durch die Glaskügelchen strömt. Allerdings muß dort zusätzlich zum Problem des wiederholten Austausches, verursacht durch die Abhängigkeit der Durchflußmenge der Vorrichtung vom stromaufwärtigen und stromabwärtigen Druck und der Lösungsviskosität, die Größe der Vorrichtung experimentell bestimmt werden, was weiter die Restölgewinnung verlangsamt.

Eine sehr vollständige Beschreibung dieser Vorrichtungen läßt sich finden in:

"Operaticnal Problems in North Burbank Unit Surfactant / Polymer Project", Journal of Petroleum Technology, (Jan., 1080) pp. 11-17;

"Micellar-Polymer Injection System Has Special Features", the Oil and Gas Journal, (Oct. 3, 1977), pp. 79-85; and SPE/DOE 9826, "Polymer Augmented Waterflooding at the West Yellow Creek Field; Recovery and Cost Experience" ,

auf die hierin bezug genommen wird.

Bekannte Steuerungsvorrichtungen für den Durchfluß von Polymerlösungen können die Durchflußmengen der Polymerlösungen nicht ermitteln und aufzeichnen. Somit erfordern gegenwärtige sekundäre und tertiäre Restölaewinnungsarbeiten den zusätzlichen Aufwand und Konzipierung einer geeigneten Meßeinrichtung, die nicht wesentlich die scherempfindlichen Polymerlösungen beschädigt.

Die Nachteile des Stands der Technik werden nach Maßgabe der Erfindung überwunden, welche ein Gerät und ein Verfahren zur Steuerung und Messung der Durchflußmenge einer Flüssigkeit mit einem wesentlichen stromaufwär-

ßAD ORIGINAL

tigen und stromabwärtigen Druckdifferential über die Vorrichtung schafft, ohne wesentliche Scherbeanspruchungen auf die hindurchgeführte gesteuerte Flüssigkeit hervorzurufen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht ein Gerät und ein Verfahren zur Steuerung eines Flüssigkeitsstroms vor. Das Gerät und das Verfahren können ein wesentliches Druckdifferential in der Flüssigkeit ohne wesentliche Scherbeanspruchungen auf die gesteuerte Flüssigkeit hervorrufen.

Ein Volumen einer Steuerflüssigkeit, wie etwa Wasser, wasserhaltige Lösungen von Glykolen oder von Glyzerin, Kohlenwasserstoff-ölen, synthetischen ölen od. dgl.,ist in einer Steuerleitung enthalten, welche eine erste Verdrängungskammer, eine zweite Verdrängungskammer und eine Strömungssteuereinrichtung aufweist. Die Steuerflüssigkeit wird an einem Abströmen aus der ersten Verdrängungskammer durch ein erstes Sperrglied gehindert, welches in der ersten Verdrängungskammer der Steuerleitung angeordnet ist. Die Steuerflüssigkeit wird auch in der zweiten Verdrängungskammer der Steuerleitung durch ein zweites Sperrglied gehalten. Die beiden Sperrglieder sind an gegenüberliegenden Seiten des Volumens der Steuerflüssigkeit angeordnet und umfassen bewegliche Flächen zur Begrenzung der Steuerflüssigkeit, wobei es ermöglicht wird, daß die Steuerflüssigkeit durch die Strömungssteuerungseinrichtung und durch andere Teile der Steuerleitung zwischen dem beweglichen ersten und zweiten Sperrglied strömt. Die Strömungssteuerungseinrichtung schafft eine direkte Steuerung des Stroms der Steuerflüssigkeit durch die Steuerleitung.

Die erste Verdrängungskammer und die zweite Verdrängungskammer der Steuerleitung kommunizieren auch mit einer Einrichtung zur Ausrichtung des Stroms, um ein Volumen

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von gesteuerter Flüssigkeit mit relativ hohen Druck
wahlweise in ein Ende der Steuerleitung bei gleichzeitiger Abführung eines Volumens an gesteuerter Flüssigkeit mit relativ geringem Druck vom anderen Ende der Steuerleitung und in eine mit der Vorrichtung verbundenen Abführleitung zuzuführen. In einer Stellung der Strömungsrichteinrichtung kann unter Druck stehende gesteuerte
Flüssigkeit in die erste Verdrängungskammer der Steuerleitung eingeführt werden. Druck wird auf die Steuerlei-

"Ό tung durch das erste Sperrglied übertragen. Die Steuerflüssigkeit kann dann durch die Steuerleitung in einem
Maß strömen, welches durch die Strömungssteuerungseinrichtung bestimmt ist. Der Druck wird von der Steuerflüssigkeit durch das zweite Sperrglied auf den Abschnitt des gesteuerten Fluids in Verbindung mit der Abführleitung übertragen, so daß die gesteuerte Flüssigkeit aus
dem zweiten Abschnitt der Steuerleitung in einem Maß
ausströmt, wie die Steuerflüssigkeit im Gerät strömt.
Sobald das erste und zweite Sperrglied eine gewünschte

Verdrängung erreicht haben, kann die Strömungsrichteinrichtung verwendet werden, um unter Druck gesetztes gesteuertes Fluid in die zweite Verdrängungskammer der
Steuerleitung einzuführen und die Abfuhr des gesteuerten Fluids zuzulassen, welches zuvor zur ersten Verdrän-

2-> gungskammer der Steuerleitung geführt wurde, bis eine
weitere gewünschte Verdrängung des ersten und zweiten
Sperrglieds erreicht worden ist. Dieser Zyklus kann
wiederholt werden, um einen im wesentlichen kontinuierlichen Strom an gesteuerter Flüssigkeit in einer vorbe-

^O stimmten Größe zu ermöglichen.

Ein Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung einer Durchfluß-Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Flüssigkeitsstroms bei einem wesentlichen Druckdifferential ohne die gesteuerte Flüssigkeit wesentlichen Scherbeanspruchungen auszusetzen.

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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine im wesentlichen scherungsfreie Einrichtung mit zwangsweiser Verdrängung für eine Druckabfall-Strömungssteuerung und -Messung von scherungsempfindlichen Flüssigkeiten geschaffen.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Einrichtung zur genauen Messung des Flüssigkeitsstroms geschaffen, ohne die Flüssigkeit wesentlichen Scherbeanspruchungen auszusetzen.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine im wesentlichen scherungsfreie Einrichtung zur Einstellung

der Durchfluß-Steuerung einer Flüssigkeit geschaffen. 15

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 eine Schemaansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Durchfluß-Steuerungsvorrich

tung der Erfindung,

Fig. 1A eine Schnittansicht eines Teils des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Schemaansicht einer Ausführungsform einer Steuerungsvorrichtung der Erfindung, bei welcher als Sperrglieder zum Zurückhalten der Flüssigkeit Balgen verwendet werden,

Fig. 3 eine Schemaansicht einer weiteren Ausführungsform einer Steuerungsvorrichtung, bei welcher flexible Blasen als Flüssigkeitsbarrieren verwendet werden,

Fig. 4 eine Schemaansicht eines weiteren bevorzugten

Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei welchem

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Kolben als Flüssigkeitsbarrieren eingesetzt werden,

Fig. 5 eine Schemaansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer bevorzugten auto

matischen Strömungssteuerungs- und Meßausrüstung , sowie

Fig. 6 eine Schemaansicht zur Erläuterung eines mögliehen Einsatzes der Erfindung bei sekundärer

oder tertiärer Restölgewinnung.

Fig. 1 zeigt schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die als Steuerungs- bzw. Kontrollflüssigkeit dienende Flüssigkeit 4 ist eine im wesentlichen inkompressible Flüssigkeit, wie etwa Wasser, Hydrauliköl u.dgl. Diese Steuerungsflüssigkeit sollte korrosionsbeständig und mit Dichtgliedern und Sperr- bzw. Barrierengliedern, mit denen es in Berührung gelangt, verträglich sein. Vorzugsweise soll die Flüssigkeit ferner scherfest sein und eine relativ geringe Viskosität besitzen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Gerät befindet sich die Flüssigkeit 4 innerhalb einer Steuerleitung, die zylindrische Verdrängungskaitimern 8 und 12 sowie ein Rohr 16, ein Ventil 32 und ein Rohr 20 umfaßt, welche miteinander verbunden sind. Das Rohr 16 ist mit der Kammer 8 am Kammerende 2 4 verbunden. In ähnlicher Weise ist das Rohr 20 am Kammerende 28 mit der Kammer 12 verbunden. Die anderen Enden der Rohre 16 und 20 wirken durch das Ventil 32 zusammen. Die Flüssigkeit 4 kann demnach am Kammerende 24 aus der Kammer 8 durch das Rohr 16, das Ventil 32 und das Rohr 20 in die Kammer 12 über das Kammerende 28 strömen.

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Das Ventil 32 ist vorzugsweise ein konventionelles Strömungssteuerventil, das eine konstante Durchflußmenge bei veränderlichen Druckdifferentialen über das Ventil aufrecht erhält. Dabei fallen geeignete Mittel zur Steuerung der Durchflußmenge der Steuerungsflüssigkeit in den Rahmen der Erfindung. Beispielshalber sei auf eine mit Öffnungen versehene plattenförmige Blende, verschiedene manuell einstellbare Drosselventile u.dgl. hingewiesen, welche für das Ventil 32 Verwendung finden können.

Kugeln 36 und 40 dienen als bewegliche Sperrglieder, welche unter Dichtung die Flüssigkeit 4 halten, während sie den Flüssigkeitsstrom zwischen den zusammenwirkenden Kammern 8 und 12 zulassen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind die Verdrängungskanunern 8 und 12 zylinderförmig ausgebildet, wobei jede Kammer einen im wesentlichen gleichbleibenden Innendurchmesser aufweist, um jeweils in geeigneter Weise die Kugeln 36 und 40 verschiebbar aufzunehmen. Insbesondere sollte das Spiel zwischen der Kugel 36 und der Kammer 8 und das Spiel zwischen der Kugel 40 und der Kammer 12 so sein, daß ein Umfangskontakt mit enger Anlage zur Innenfläche der Kammern 8 und 12 gewährleistet ist und damit eine wesentliche Leckage von Flüssigkeit in jeder Richtung um

" die Kugeln 36 und 40 herum verhindert und dennoch ein Verschieben der Kugeln über die Länge ihrer entsprechenden Kammern 8 und 12 zugelassen ist.

Obgleich die im bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dargestellten beweglichen Sperrglieder im absoluten Sinne im wesentlichen sphärisch ausgebildet sind, können jedoch auch Sphäroide im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Derartige Sphäroide können aus einem Material mit der Bezeichnung "VITON" hergestellt sein, welches synthetischer Kautschuk auf der Basis einer Kombination aus Vinylidin-Fluorid und Hexafluorpropylen ist und durch E.I.DuPont DeNemours & Co. hergestellt wird. Allerdings können auch andere geeignete natürliche

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und synthetische Materialien für diese Kugeln verwendet werden. Geeignete Materialien sind insbesondere derart verformbar und elastisch, so daß aus diesen Materialien hergestellte Sphäroide in ihren entsprechenden Verdrängungskammern eine bessere Dichtwirkung erzeugen.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Erfindung ferner eine Strömungsrichteinrichtung zum Wechseln zwischen einer ersten Stellung zur Einführung von unter Druck stehendem Fluid durch das Ende 44 der Kammer 8 und gleichzeitigen Ausfuhr von Fluid durch das Ende 48 der Kammer 12 und einer zweiten Stellung zur Einführung eines unter Druck stehendem Fluid in das Ende 48 der Kammer 12 und zum gleichzeitigen Abführen von Fluid aus dem Ende 4 4 der Kammer Diese Richteinrichtung umfaßt ein Rohr 52, welches mit dem Ventil 60 und dem Ende 44 der Kammer 8 in Verbindung steht, ein Rohr 56, das mit dem Ventil 60 und dem Ende 48 der Kammer 12 in Verbindung steht, ein Zuführrohr 64, welches mit einer Druckflüssigkeitsquelle und dem Ventil 60 in Verbindung steht sowie ein Abführrohr 68, welches gleichfalls mit dem Ventil 60 in Verbindung steht. Konventionelle Ausführungsformen von solchen Richteinrichtungen sind bekannt und können innerhalb des Rahmens der Erfindung Verwendung finden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Ventils 16 stellt ein konventionelles Vierwegeventil dar, welches in einer seiner beiden Betriebsstellungen in Fig. 1 dargestellt ist. In der dargestellten Lage wird die Druckflüssigkeit, welche vom Zuführrohr 6 4 her in das Ventil 60 strömt, in das Rohr 52 geleitet, welches die unter Druck stehende Flüssigkeit 72 in das Ende 44 der Kammer 8 führt. Gleichzeitig wird derjenige Anteil an Flüssigkeit 72 in der Kammer 12 über das Ventil 60 durch das Rohr 56 in das Abführrohr 68 abgeführt. In der anderen Betriebsstellung würde das Ventil 60 die vom Zuführrohr 64 hergeführte Druckflüssigkeit in das Rohr 56 leiten,

während gleichzeitig das Abströmen von Fluid aus dem Rohr 52 in das Abführrohr 68 ermöglicht wird. Das Ventil 60 kann manuell gesteuert werden oder aber automatisch durch hydraulische, pneumatische, elektrische oder andere Betätigung.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eignet sich für die Strömungssteuerung unter Bedingungen, die relativ starke Druckabfälle des Fluids zur Folge haben ohne die kontrollierten Fluide wesentlichen Scherbeanspruchungen auszusetzen. Vom Rohr 52 kann Hochdruckflüssigkeit 72 in die Kammer 8 am Ende 44 eingeführt werden. Der Druck der Flüssigkeit 72 drückt die Kugel 36 gegen die in der Kammer 8 befindliche Flüssigkeit 4, so daß diese in der Kammer 8 und im Rohr 16 unter im wesentlichen denselben Druck gesetzt wird, wie die Flüssigkeit 72. Die Kugel 36 ist so ausgebildet, daß sie aus ihrer anfänglichen Position 37 durch die Kammer 8 gleitet, wobei sie als Sperre bzw. Schranke zur Trennung der Flüssigkeit 72 von der Flüssigkeit 4 dient. Das Ventil 32 wird zur direkten Steuerung der Durchflußmenge der als Kontrollflüssigkeit dienenden Flüssigkeit 4 in die Kammer 12 durch die Rohre 16 und 20 verwendet.

Wie oben ausgeführt worden ist, werden häufig konventionelle Durchfluß-Steuerungseinrichtungen unter Bedingungen eingesetzt, v/elche einen relativ großen und plötzlichen Druckabfall im durchströmenden Fluid bewirken, wobei ein solcher Druckabfall, der als Hochdruckgradient bezeichnet wird, das Fluid einer wesentlichen Scherbeanspruchung aussetzt. Die Flüssigkeit 4 gemäß Fig. 1 ist aber das einzige Fluid im Strömungsregler der Erfindung, welches direkt durch das .Ventil 32 geregelt wird, weshalb lediglich die Flüssigkeit 4 einem hohen Druckgradienten oder der damit einhergehenden Scherbeanspruchung ausgesetzt wird.

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Der Druck der Flüssigkeit 4 in der Verdrängungskammer 12, welcher wesentlich geringer als der Druck der Flüssigkeit in der Kammer 8 sein kann, wirkt auf die Kugel 40, wodurch diese gegen die Niederdruckflüssigkeit 72 gedrückt wird, die mit der Abführleitung 68 kommuniziert. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit 72 in der Kammer 12 auf im wesentlichen einem dem Druck des Fluids 4 in der Kammer 12 äquivalenten Druck gebracht. Die Kugel 40 kann durch die Kammer 12 gleiten, wobei sie die Flüssigkeit 4 von der Flüssigkeit 72 trennt, so daß die Flüssigkeit 72 aus dem Ende 48 der Kammer 12 durch das Rohr 56 und das Ventil 60 in das Abführrohr 68 strömt.

Die Flüssigkeit 72 in Fig. 1 stellt die Volumen an Flüssigkeit dar, welche in die Verdrängungskammern 8 und 12 vom Zuführrohr 64 her eingeführt werden, wobei diese

Flüssigkeit manchmal als gesteuerte bzw. kontrollierte Flüssigkeit bezeichnet wird. Festzuhalten ist, daß die Flüssigkeit 72 durch das Abführrohr 68 bei im wesentlichen derselben Durchflußmenge (flow rate) wie die Durch- ® flußmenge der Flüssigkeit 4 von der Kammer' 8 zur Kammer 12 abströmt. Somit bestimmt oder steuert die Durchflußmenge ,an Flüssigkeit 4 die Durchflußmenge der Flüssigkeit 72 durch die Abführleitung 68. Gleichzeitig wird lediglich die Flüssigkeit 4 direkt durch das Ventil 32 gesteuert, so daß die gesteuerte Flüssigkeit 72 keinerlei Scherbeanspruchung durch das Ventil 32 ausgesetzt ist.

Wenn die Steuerflüssigkeit 4 weiter von der Kammer 8 in die Kammer 12 strömt, werden sich die Kugeln 36 und 40 aus ihren entsprechenden Anfangsstellungen 37 und 39 in die Stellung 76 in Kammer 8 und Stellung 80 in Kammer 12 bewegen, wie jeweils durch eine gebrochene Kreislinie dargestellt ist. Gleichzeitig wird das Ventil 60 normalerweise in seine geänderte Lage umgestellt sein, so daß das Zuführrohr 64 mit dem Rohr 56 durch das Ventil

60 in Verbindung steht und das Rohr 52 gleichfalls mit dem Abführrohr 68 durch das Ventil 60. Somit kann Druckflüssigkeit vom Zuführrohr 64 in das Ende 48 der Kammer 12 eingeführt werden, wodurch die Flüssigkeit 4 aus dem Ende 24 der Kammer 8 in einem durch das Ventil 32 gesteuerten Maß ausströmt, was eine gesteuerte Strömung der Flüssigkeit 72 aus der Kammer 8 in das Abführrohr 68 zur Folge hat. Dieser Fluß wird fortgeführt, bis die Kugeln 36 und 40 in ihre Ausgangsstellungen jeweils nahe

'0 der Kammerenden 44 und 28 zurückkehren, wobei su dieser

Zeit das Ventil 60 in seine erste Stellung zurückgeschaltet werden kann, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Durch Umschalten des Ventils 60 in geeigneter Folge von der einen Stellung in die andere, wie oben diskutiert, kann ^5 ein im wesentlichen kontinuierlicher Fluidstrom zum Abführrohr 68 bei einer gewünschten Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußmenge aufrecht erhalten werden.

Zwangsläufige Meßcharakteristika in Sachen der Verdrängung der Sperrglieder können durch Einbau einer Einrichtung zur Anzeige einer vorbestimmten Verdrängung bzw. <-· Verschiebung der beweglichen Sperrglieder genutzt werden, d.h. einer Einrichtung zum Anzeigen der Verschiebung der Kugeln 36 und 40 der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs-" form. Einrichtungen zum Anzeigen der Verdrängung von Sperrgliedern, die gemäß Fig. 1 beim bevorzugten Ausführungsbeispiel eingebaut sind, umfassen Anzeiger 84 und 88 zum Anzeigen jeweils der Betätigung von Fühlern 82 und 86. Die Anzeiger 84 und 88 sind an einer einsehbaren Stelle an der Außenfläche der jeweiligen Kammern 8 und 12 nahe an den Kammerenden 24 und 28 angeordnet. Fühler oder Stifte 82 und 86 erstrecken sich von den entsprechenden Anzeigern 84 und 88 durch die Wand der entsprechenden Kammern 8 oder 12 und in den entsprechenden Innenraum der Kammer. Wenn die Kugel 34 oder 40 sich dem Anzeiger 84 oder 88 nähert, wird der Fühlerstift 82 oder 86 durch die Oberfläche der Kugel niedergedrückt, wodurch

mittels der Anzeiger 84 oder 88 eine visuelle, elektrische oder hydraulische Anzeige erfolgt. Im Rahmen der Erfindung können auch andere bekannte Anzeigeeinrichtungen eingesetzt werden, sofern diese geeignet sind. 5

Fig. 1 zeigt einen Fühlerstift 82 in seiner vollständig vorstehenden Lage, wobei sich die Kugel 36 am Ende 4 4 der Kammer 8 befindet. Wenn allerdings die Kugel 36 die Stellung 76 in der Kammer 8 erreicht, wird der Fiihlerstift 82 niedergedrückt ähnlich wie der Fühlerstift 86 durch die Kugel 40 in Stellung 39 in der Kammer 12, wie aus Fig. 1 hervorgeht.

Die Anzeiger 84 und 88 können zur Bestimmung der Durchflußmenge der Flüssigkeit 72 durch das Gerät verwendet werden. Das Volumen an Flüssigkeit 4, welches zwischen den Kugeln 36 und 40 eingefaßt ist, sollte während des Normalbetriebs des Geräts im wesentlichen konstant bleiben, so daß immer dann, wenn der Fühlerstift 86 durch die Kugel 40 betätigt wird, wie in Fig. 1 dargestellt ist, die Kugel 36 sich im wesentlichen an der in Fig. 1 dargestellten Stellung 37 befindet. In ähnlicher Weise befindet sich die Kugel 40 im wesentlichen in Stellung 80, wenn der Fühlerstift 82 durch die Kugel 36 in Position 76 niedergedrückt worden ist.

Die zylinderförmigen Kammern 8 und 12 gemäß Fig. 1 besitzen jeweils einen im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser» Somit kann das Volumen an Flüssigkeit 4, welches in oder aus die Kammern 8 und 12 bei jeder vollen Verschiebung der Sperrglieder 36 und 40 strömt durch Bestimmung der Verschiebung der Kugeln 36 und 40 innerhalb ihrer Verdrängungskammern 8 und 12 errechnet werden, wodurch sich das Volumen der sich infolge dieser Kugelbewegungen strömenden Flüssigkeit ermitteln läßt, oder kann das bei einer vollständigen Verschiebung einer jeden Kugel verdrängte Volumen durch eine

direkte Volumeneichung des Geräts in Abhängigkeit von der Versetzung der Kugeln 36 und 40 bestimmt werden.

Die Verdrängung der Kugeln 36 und 40 kann zur Verwendung für MeßbeStimmungen während des kontinuierlichen Gerätebetriebs genau unter Verwendung der Anzeiger 84 und 88 nach Eichung des Geräts bestimmt werden. Eine derartige Eichung wird dadurch durchgeführt, indem durch einen Versuch oder in anderer Weise das Volumen der Flüssigkeit 72 bestimmt wird, welches über das Ende 4 4 aus der Kammer 8 austritt, wenn die Kugel 36 von Position 7 6 zur Position 37 wandert, welche in Fig- 1 dargestellt ist,und das Volumen der aus der Kammer 12 über das Ende 48 austretenden Flüssigkeit 72, wenn die Kugel 40 von Position 39 gemäß Fig. 1 zur Position 80 wandert. Nach Eichung des Geräts kann eine exakte Bestimmung des Volumens an Flüssigkeit, welche über das Abführrohr 68 abgeführt worden ist, durch das Gerät aus der Anzahl der vollen Verschiebebewegungen der Kugeln 36 und 40 während einer bestimmten Zeitspanne erhalten werden. Bekannte Eichverfahren, die auf Meßvorrichtungen für eine Zwangsverschiebung anwendbar sind, können auch im Rahmen der Erfindung Anwendung finden.

Vorzugsweise ist das Umschalten des Ventils 60 aus der einen Position in die andere beim Erreichen der jeweiligen Positionen 76 und 39 durch die Kugeln, welche über die Anzeiger 84 und 88 bestimmt werden, mit der vorhergehenden Verwendung der Meßmöglichkeiten für die Zwangsverschiebung der Erfindung koordiniert. Wenn der Anzeiger 88 das Vorhandensein der Kugel 40 an der in Fig. 1 gezeigten Position anzeigt, sollte das Ventil 60 so geschaltet sein, daß die Flüssigkeit 72 aus dem Zuführrohr 64 in das Ende 4 4 der Kammer 8 geleitet und die Flüssigkeit 72 vom Ende 78 der Kammer 12 in das Abführrohr 68 geleitet wird. Wenn der Anzeiger 84 das Vorhandensein der Kugel 36 an Position 76 anzeigt, sollte die Kugel 40

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an Position 80 in Kammer 12 angeordnet sein, so daß ein Volumen von Flüssigkeit 72, welches durch die oben erwähnte Eichung bestimmt werden kann, von der Kammer 12 über das Abführrohr 68 abgeführt sein wird. In etwa zum Zeitpunkt einer solchen Anzeige durch den Anzeiger 84 sollte das Ventil 60 so geschaltet sein, daß Flüssigkeit vom Zuführrohr 64 in das Ende 48 der Kammer 12 und Flüssigkeit vom Ende 44 der Kammer 8 in das Abführrohr 68 geleitet wird. Wenn der Anzeiger 88 die Rückkehr der Kugel 40 in die in Fig. 1 dargestellte Position anzeigt, wird auch die Kugel 36 in die in Fig. 1 dargestellte Position zurückgekehrt sein, weshalb ein geeichtes Volumen an Flüssigkeit 72 von der Kammer 8 in das Abführrohr 68 dann abgeführt worden ist. Das oben angegebene Verfahren kann solange wiederholt werden, wie es gewünscht wird, um einen im wesentlichen kontinuierlichen Fluidstrom zu erreichen. Das Volumen an Flüssigkeit, das durch das Abführrohr 68 während einer ausgewählten Zeitspanne abgeführt worden ist, kann durch Summierung des bekannten Volumens an Flüssigkeit, welches aus den Kammern 8 und 12 bei jeder vollständigen Verschiebung der Sperrglieder bei jeder Bewegung austritt, bestimmt werden. Eine derartige Volumenbestimmung wird vorzugsweise durch Aufzählen der Anzahl der Positions- oder Kontaktanzeigen der Anzeiger 84 und 88 durch mechanische oder elektronische Einrichtungen durchgeführt.

Die durch das wiederholte Abscheren der Flüssigkeit 4 durch das Ventil 32 freigesetzte Energie kann eine wesentliche Erhöhung der Temperatur der Flüssigkeit 4 verursachen. Verschiedene konventionelle Vorrichtungen zur Vergrößerung der Wärmeübertragung können in der Steuerleitung vorgesehen werden. Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt beispielsweise eine Einrichtung zur Erhöhung des Wärmeübergangs aus der Flüssigkeit 4 mit einer Anzahl von Wärmeübertragungsrippen 92, welche in Längsrichtung über die Außenflächen der Kammern

8 und 12 verlaufen. Dadurch kann die Wärme von der Flüssigkeit 4 über die Wände der Kammern 8 und 12, die Wärmeübertragungsrippen 92 in die umgebende Atmosphäre in erhöhtem Maße übertragen werden. Die Rippen 92 sind zweckmäßigerweise aus einem Werkstoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt.

Fig. 1A zeigt eine Schnittansicht der Kammer 12, welche zur Verdeutlichung Wärmeübertragungsrippen 92 von konventioneller Bauart zeigt. Wärmeübertragungsrippen, wie etwa die Rippen 92, können nicht nur in Zusammenhang mit der Kammer 12 in Fig. 1 verwendet werden, sondern auch für die Kammer 8 in Fig. 1. Vorzugsweise erstrekken sich die Rippen 92 radial von der Außenfläche der

^5 Kammer, an welcher sie befestigt sind. Derartige Rippen sollen nur konventionelle Wärmeübertragungseinrichtungen illustrieren und können für die Kammern oder andere Leitungsteile weitererAusführungsbeispiele der Erfindung in einer geeigneten Form, Anzahl und Aufbau verwendet werden.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche im wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 1 entspricht, jedoch mit der Maßgabe, daß die beweglichen Sperrglieder Bälge 136 und umfassen, die Anzeigeeinrichtung für die Verschiebung der Sperrglieder Anzeiger 184 und 188, Fühlerschalter 182 und 186 sowie Anschläge 116 und 120 umfassen. Da die übrigen Bauteile hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise im wesentlichen identisch zur Ausführungsform nach Fig. 1 sind, sind diese Bauteile mit* denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Darüberhinaus ist auch die Beschreibung dieser Bauteile unter Bezugnahme auf Fig. 1 auch auf Fig. 2 anwendbar, so da'ß zur Ver-

³^ meidung von Wiederholungen auf die entsprechende Beschreibung zur Fig. 1 bezug genommen werden kann.

Zylinderförmige Bälge 136 und 140 sind jeweils mit einem Ende an den Kammerenden 24 und 28 befestigt und abgedichtet, so daß die Rohre 16 und 20 mit den entsprechenden Bälgen 136 und 140 in Verbindung sind. Die Balgenden 102 und 106 sind freigelassen, so daß sie sich über die Länge der entsprechenden Kammern 8 und 12 während ihrer Expansion bewegen können. Die Bälge 136 und 140 sind vorzugsweise so bemessen, daß sie in ihrer zusammengefahrenen Stellung lediglich ein relativ kleines Volumen der entsprechenden Kammern 8 und 12 ausfüllen und in auseinandergezogener Lage hingegen ein relativ großes Volumen der Kammern 8 und 12 ausfüllen.

Die Balgen 136 und 140 dienen als Alternativen zu den beweglichen Sperrgliedern und wirken somit ähnlich wie die Kugeln 36 und 40 in Fig. 1. Bei einer Stellung des Ventils 60, wie in Fig. 2 dargestellt, wird unter Druck stehende Flüssigkeit 72 vom Zuführrohr 64 in die Kammer 12 über das Ende 48 eingeführt, wohingegen die Flüssigkeit 72 in der Kammer 8 über das Ende 44 in das Abführrohr 68 abströmen kann. Die in den Kammern 8 und 12 durch die Balgen 136 und 140 gehaltene Flüssigkeit 4 kann von der Kammer 12 am Ende 28 in die Kammer 8 am Ende 24 fließen, v/as auf den Druckaufbau in der Kammer 12 durch die Flüssigkeit 72 beruht, und zwar in einem durch das Ventil 32 gesteuerten Maß. In diesem Fall ziehen sich die Balgen 140 so zusammen, daß das Balgenende 106 sich dem Ende 28 der Kammer 12 nähert. Gleichzeitig expandiert der Balgen 136, so daß das Balgenende 102

^O sich dem Ende 44 der Kammer 8 nähert, wodurch Flüssigkeit 72 in das Abführrohr 68 mit im wesentlichen derselben Strömungsgeschwindigkeit (flow rate), wie die Flüssigkeit 4 durch das Stromungsregelungsventil 32. Der Ausfluß der Flüssigkeit 72 von der Kammer 8 in das Abführrohr 68 ist somit durch das Ventil 32 gesteuert, welches die Durchflußmenge (flow rate) der Flüssigkeit 4 direkt steuert.

Meßcharakteristika der Zwangsverschiebung nach Maßgabe der Erfindung können beim Ausführungsbeispiel' gemäß Fig. 2 ausgenutzt werden. Die Verschiebung bzw. Verdrängung der Balgenenden 102 und 106 aus ihrer voll eingefahrenen Stellung steht in direkter Wechselbeziehung zum Volumen der Flüssigkeit 72, welche in den Kammern 8 oder 12 durch die Flüssigkeit 4 während des Normalbetriebs des Geräts verdrängt wird. Konventionelle Eichverfahren können eingesetzt werden, wie sie oben unter bezug auf Fig. 1 erörtert wurden, um eine solche Korrelation zu bewerkstelligen.

Anzeiger 184 und 188 dienen zur Anzeige der Verdrängung jeweils der entsprechenden Balgenenden 102 und 106. Anschlage 116 und 120, die auf entsprechenden Balgenenden 102 und 106 angeordnet sind, signalisieren den entsprechenden Anzeigern 184 und 188 die voll eingefahrene Stellung der Balgen 136 und 140 durch Kontakt mit den Fühlerelementen, wie etwa den Schaltern 182 und 186.

wie oben dargelegt, verbleibt das Volumen der Flüssigxeit 4 während der normalen Gerätetätigkeit im wesentlichen konstant, so daß dann, wenn entweder der Anzeiger 184 oder 188 die voll eingefahrene Stellung der Balgen 136 oder 140 anzeigt (beispielsweise des Balgens 136 in Fig. 2), ein bestimmtes Volumen an Flüssigkeit, welches durch die vorerwähnten Eichverfahren bestimmt werden kann, durch das Abführrohr 68 abgeführt worden ist. Somit kann das gesamte Volumen der über das Abführrohr 68 während einer Zeitperiode abgeführten Flüssigkeit durch Zählung der Anzeigen der Anzeiger 184 und 188 bestimmt werden, welche diskrete Volumen an Flüssigkeit anzeigen, welche aus den Kammern 8 und 12 während einer solchen Zeitperiode abgeführt worden sind.

-^ In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 entspricht, jedoch mit Aus-

nähme, daß die beweglichen Sperrglieder Blasen 236 und 240 besitzen, und daß die Anzeigeeinrichtung für die Sperrgliedverdrängung Anzeiger 284 und 288 sowie Fühlerschalter 282 und 286 besitzt, und daß die Steuerleitung teilweise kugelige Verdrängungskammern 124 und 128 aufweist. Die übrigen Bauelemente sind im wesentlichen hinsichtlich Aufbau und Funktion den Bauteilen der Ausführungsform nach Fig. 1 identisch, so daß diese Bauelemente mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 gekennzeichnet sind.

Die Blasen 236 und 240, die in entsprechenden Kugelkammern 124 und 128 angeordnet sind, stehen jeweils mit Rohren 16 und 20 in Verbindung. Sie sind flexibel ausgebildet und geeignet bemessen, so daß sie im wesentlichen die Kammern 124 und 128 ausfüllen, wenn sie mit Flüssigxeit 4 gefüllt sind. Dadurch kann die Flüssigkeit 4 zwischen den Kammern 124 und 128 fließen, wobei sie gegenüber dem Volumen der gesteuerten Flüssigkeit 72 in diesen Kammern getrennt ist.

Die Anzeiger 284 und 288 können zur Bestimmung des Durchsatzes der Flüssigkeit in das Abführrohr 68 während einer Zeitperiode benutzt werden. Fühlerstifte 282 und 286 ermitteln die volle Ausdehnung der entsprechenden Blasen 236 und 240, wodurch die Anzeiger 284 und 288 betätigt werden. Wenn die Blasen 236 und 240 aus ihrer zusammengezogenen Stellung vollständig expandieren, ist durch das Abführrohr 68 ein bestimmtes Volumen an Flüssigkeit

^O abgeführt worden, ias durch die oben angegebenen Eichverfahren bestimmt werden kann,

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die beweglichen Sperrglieder kreisförmige Kolben 336 und 340 aufweisen. Die Kolben 336 und 340 enthalten Flüssigkeit 4 innerhalb der Steuerleitung, wobei sie einen Strom der Flüssigkeit 4 zwischen den

Kammern 8 und 12 mit einem durch das Ventil 32 gesteuerten Durchsatz ermöglichen. O-Ringe 360 und 364 dienen zur umlaufenden Abdichtung zwischen entsprechenden Kolben 336 und 340 und den entsprechenden Kammern 8 und Dadurch können die Kolben 336 und 340 jeweils frei innerhalb der Kammern 8 und 12 gleiten, wobei sie die Flüssigkeit 72 gegenüber der Flüssigkeit 4 trennen.

Die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des über das Abführrohr 6 8 abgeführten Fluids kann anter Verwendung der Anzeiger 84 und 88 in Kombination mit entsprechenden Fühlerstiften 82 und 86 erfolgen, die im wesentlichen in der in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise arbeiten. Die Techniken für den Einsatz von Anzeigern 84 und 88 in Verbindung mit Kolben 336 und 340 sind im wesentlichen identisch mit den in Zusammenhang mit den Kugeln 36 und 40 der Fig. 1 beschriebenen Techniken.

Fig. 5 zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung. Die dabei getroffenen Verbesserungen umfassen eine Einrichtung 402 zur automatischen Schaltung des Ventils 60 bei Betätigung der Schalteinrichtung 402 durch eine Steuereinrichtung 406. Die Steuereinrichtung 406 kann irgendeine geeignete bekannte Steuereinrichtung, wie etwa ein in aeeigneter Weise programmierter Regler auf Microprozessorbasis sein. Das Ventil 60 kann dadurch von einer Stellung in die andere in Übereinstimmung mit der Verdrängung der Kugeln 36 und 40 bewegt werden. Die Einrichtung 406 ar-Leitet mit Fühlern 82 und 86 und mit einer Strömungs-Schaltsteuervorrichtung 4O2 zur Errechnung und zur Aufzeichnung des Volumens an gesteuerter Flüssigkeit 72, welche durch das Abführrohr 68 während seiner vollen Verdrängung (einer anderen gewünschten Verdrängung) des Volumens an Flüssigkeit 4 im Gerät abgeführt wird. Die Strömungsmeß- und Steuereinrichtung 406 kann auch zur Betätigung und Steuerung der Ventilsteuereinrichtung

verwendet werden, um konstant die gewünschte Durchflußmenge an Flüssigkeit 4 durch das Ventil 32 aufrecht zu erhalten.

Wie oben angegeben, sollte eine mit dem Gerät verträgliche Flüssigkeit 4 gewählt werden. Allerdings ist in Rechnung zu stellen, daß von Zeit zu Zeit das Volumen der in der Steuerleitung enthaltenen Flüssigkeit 4 durch Einspritzen oder Abziehen eines Teils der Flüssigkeit 4 in der Leitung eingeregelt werden muß. Diese Funktion kann durch die automatische Steuervorrichtung 406 übernommen werden, wodurch Fühler 410 und 412 der Anzeiger 414 und 416 eine Anzeige für die vollständige Verdrängung der Kugeln 36 und 40 in die Nähe der Enden 4 4 und 48 der Kammern 8 und 12 geben können. Gekoppelt mit den Fühlern 82 und 86 kann in der Strömungsmeß- und Steuerungsvorrichtung 406 eine Einrichtung vorgesehen sein, wodurch irgendein verfrühter Kontakt durch die Kugel 36 oder die Kugel 40 automatisch die Notwendigkeit einer Einstellung der Flüssigkeit 4 in der Leitung anzeigt.

Falls beispielsweise in Fig. 5 die Kugel 36 in der dargestellten Position wäre und die Kugel 40 noch nicht eine vollständige Bewegung zum Kontaktfühler 86 ausgeführt hätte, so ergibt sich augenscheinlich, daß infolge der Expansion, einer Leckage oder anderer Ursachen das Volumen der Flüssigkeit 4 durch Abziehen einer ausreichenden Flüssigkeitsmenge verringert werden müßte, so daß die Kugel 14 den vollständigen Weg zurücklegt, um in Kontakt mit dem Fühler 86 zu gelangen. Falls dieser Zustand ermittelt wird, kann die Strömungsmeß- und Steuervorrichtung 406 veranlaßt werden, das Zweiwegeventil 422 zu aktivieren, wodurch Flüssigkeit 4 über die Leitung 424 abgeführt wird bis der gewünschte Kontakt zwischen der Kugel 40 und dem Fühler 86 gewährleistet ist. Sobald dies erreicht ist, wird das Ventil 422 automatisch in die Sperrstellung gemäß Fig. 5 zurückgeführt.

SAD OR]GINAL

Falls andererseits die Kugel 40 mit dem Fühler 86 vor Kontakt des Fühlers 410 durch die Kugel 36 in Kontakt gelangt, so ist augenscheinlich, daß Flüssigkeit 4 zur Leitung zugesetzt werden muß, um den gleichzeitigen Kontakt des Fühlers 410 und des Fühlers 86 durch die Kugeln 36 und 40 herzustellen. Dies kann automatisch durch die Strömungsmeß- und Steuerungsvorrichtung ausgeführt werden, indem diese programmiert wird, die Stellung des Ventils 422 zu ändern, wodurch zusätzliche Flüssigkeit in ausreichendem Maße durch das Zuführrohr 430 in die Leitung 20 strömen kann, bis die Kugel 36 den Fühler 410 berührt.

Ersichtlich hängt die automatische Einstellung des Volumens der Steuerflüssigkeit in der oben beschriebenen Weise nicht von der angezeigten Stellung des Ventils ab, welches den Strom der Druckflüssigkeit in die Kammer 12 richtet. Diese Volumeneinstellung kann mit dem Ventil 60 in der in Fig. 1 dargestellten Stellung gemacht werden, allerdings wird die Bahn der Sperrglieder 36 und umgekehrt, wobei in dieser gewechselten Stellung des Ventils 60 der Fühlerstift 412 die vollständige Verschiebebewegung des Sperrglieds 40 in der Kammer 12 bestimmt und der Fühlerstift 82 die vollständige Verschiebebewegung des Sperrglieds 36 in der Kammer 8 anzeigt.

Um einen fortgesetzten Strom an Fluid 72 während der vorhergehenden Einstellungen der Steuerflüssigkeit zu verhindern, kann in der Leitung 64 ein Absperrventil installiert werden oder vorzugsweise ein Vierwegeventil 60 automatisch in eine Sperrstellung durch die Strömungssteuervorrichtung 406 während sämtlicher automatischen Volumeneinstellungen der Flüssigkeit 4 in der Leitung umgeschaltet werden.

Fig. 6 zeigt die spezielle Anwendung der Erfindung auf die Strömungssteuerung einer Polymerlösung in sekundären

BAD

und tertiären Restölgewinnung-Flutungsoperationen. Bei diesem Einsatz der Erfindung fördern Verdrängerpumpen 500 eine unter Druck stehende Polymerlösung durch eine Zweigleitung 504 zu Strömungsleitungen 508. Strömungsleitungen 508 führen die unter Druck stehende Polymerlösung zum gewünschten ölfeld, wo Einlaß-Bohrlöcher angeordnet sind. Zuführleitungen 512 führen die unter Druck stehende Polymerlösung zu einer Durchflußmengen-Regelungs- und Meßvorrichtung 514, welche eine geeignete Ausführungsform der Erfindung umfaßt. Die Vorrichtungen 514 können ihrerseits eine im wesentlichen kontinuierliche einstellbare Durchflußmengensteuerung und -messung der Polymerlösung mit hohem Druckabfall ausführen ohne die Polymerlösung wesentlichen Scherbeanspruchungen zu unterwerfen. Schließlich kann die Polymerlösung von den Vorrichtungen 514 in der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit durch die Abführrohre 516 in die Bohrlöcher abgeführt werden.

Leerseite

Claims

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzal & Meinig Patentanwälte European Patent Anomeys Zugelassene Veareter vor Europaischen Patentamt Dr phi! G Henke. Munche~ DiD'-Ing J Pfenning Berlin Dr '& nat L Fe''er Wunchen Dip; -Ing W Har.ze! München Dipl-Phy? K H Meinig 5er!in Getty Oil Company Dr Ing A Butenschon. Berhn Houston, Texas 77002, USA Moh!s;raße37 D-8000 München 80 Tel 089/982085-87 Telex 0529802 hnki α Telegramme ellipsoid 18. Oktober 1982 PF-413 Patentansprüche

1.) Durchfluß-Steuerungsgerät zur Steuerung eines TUuidstroms, umfassend eine Steuerleitung mit einer ersten und einer zweiten Verdrängungskammer, mit in fluidleitender Verbindung mit der ersten und der zweiten Verdrängungskammer stehenden Leitungen und mit einem beweglichen Sperrglied in jeder Verdrängungskammer , dadurch gekennzeichnet , daß eine Steuerflüssigkeit (4) sich innerhalb der Steuerleitung und zwischen den Sperrgliedern (36, 40) befindet, daß eine Einrichtung (60) zur wahlweisen Einführung von unter Druck stehender gesteuerter Flüssigkeit in die erste Verdrängungskammer (8) und die zweite Verdrängungskammer (12) der Leitung vorgesehen ist, derart, daß Druck durch eines der Sperrglieder (36, 40) übertragbar ist, um einen Teil der damit in Kontakt stehenden Steuerflüssigkeit unter Druck zu setzen, daß eine Steuereinrichtung (32) zur direkten Steuerung der Durchflußmenge der Steuerflüssigkeit durch die Steuerleitung mit einem Druckabfall über die Steuereinrichtung vorgesehen ist, und daß eine Einrichtung (60) zur wahlweisen Abfuhr der gesteuerten Flüssigkeit von der zweiten und der ersten Verdrängungskammer der Leitung vorgesehen ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder (36/ 40) eine Anzahl von Sphäroiden besitzen.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder durch eine Anzahl von Balgen (102, 106) gebildet sind.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder eine Anzahl von Blasen (236, 240) aufweisen.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder eine Anzahl von Kolben (336, 34.0) be-

' -* sitzen.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungssteuereinrichtung (32) ein Steuerventil zur Einstellung eines konstanten Durch-

^⁰ flusses (flow rate) besitzt.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungssteuereinrichtung (32)

ein Drosselventil besitzt.
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8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (60) zur wahlweisen Einführung von unter Druck stehender gesteuerter Flüssigkeit in die ersten und zweiten Abschnitte der Leitung ein Vierwegeventil mit einem Durchgang besitzt, um unter Druck stehende gesteuerte Flüssigkeit in einen der ersten und zweiten Abschnitte der Leitung zu führen, und daß der zweite Kanal des Vierwegeventils das gesteuerte Fluid in eine Abführleitung (68) leitet.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 5, gekennzeichnet durch Fühler (82, 84, 86, 88), um eine vorbe-

stimmte Grenze der Verdrängung der Sperrglieder in Richtung auf die Strömungssteuereinrichtung zu ermitteln und durch eine Einrichtung (402, 406), welche mit den Fühlern verbunden ist, um automatisch den Strom von einer Verdrängungskammer der Steuerleitung zur anderen Verdrängungskammer zu ändern, wenn die vorbestimmte Grenze der Verdrängung erreicht ist.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Steuerflüssigkeit, welche durch die Leitung strömt, für jede Verdrängungsbewegung eines jeden Sperrglieds bestimmt wird, und daß eine Zähleinrichtung (406) mit den Fühlern verbunden ist, um die Anzahl zu zählen, wie oft die Sperrglieder die Fühler infolge der Verdrängungsbewegung gegen die Strörnungssteuereinrichtung erreichen und darüber den Fluidstrom durch das Gerät zu messen.

11. Gerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Zeitmeßeinrichtung (406) zur Aufzeichnung der Anzahl der gezählten Bewegungen in einer vorbestimmten Periode, um darüber die Durchflußmenge der gesteuerten Flüssigkeit vom Durchfluß-Steuergerät zu beschaffen.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 5, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung zur Aufrechterhaltung eines konstanten Volumens der Steuerflüssigkeit in der Steuerleitung, wobei die Einstelleinrichtung umfaßt Fühler (82, 84, 86, 88) zur Ermittlung einer vorbestimmten vollständigen Verdrängungs-Stellung eines ersten Sperrglieds, welches sich in Kontakt mit dem unter Druck stehenden, gesteuerten Fluid befindet, einem zweiten Fühler (412, 416, 410, 414) zur Ermittlung einer entsprechenden vollständigen Verdrängungsstellung eines zweiten Sperrglieds in der

^5 anderen Verdrängungskammer, eine Einrichtung (430, 422, 406) zum Einspritzen von Steuerfluid in die Leitung

so lange als das zweite Sperrglied nicht seine vollständige Verdrängungslage zum Zeitpunkt des Erreichens der vollständigen Verdrängungslage des ersten Sperrglieds erreicht und eine Einrichtung (424, 422, 406) zum Abführen von Steuerfluid von der Leitung so lange als das zweite Sperrglied seine vollständige Verdrängungsposition erreicht, bevor das erste Sperrglied seine vollständige Verdrängungsposition erreicht hat.

13. Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Fühler (410, 414, 412, 416) zur Ermittlung einer vorbestimmten Grenze der Verdrängung der Sperrglieder durch Bewegung derselben weg von der Strömungssteuereinrichtung und durch eine Einrichtung (402, 406), welche mit den Fühlern verbunden ist, um automatisch den Strom von einer Verdrängungskammer der Steuerleitung zur anderen zu ändern, wenn die vorbestimmte Grenze der Verdrängung erreicht ist.

14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen von Steuerflüssigkeit, welche durch die Leitung strömt, für jede Verdrängungsbewegung eines jeden Sperrglieds bestimmt wird, und daß eine Zähleinrichtung (406) mit den Fühlern verbunden ist, um zu zählen, wie oft jedes der Sperrglieder die Fühler infolge der Verdrängungsbewegung weg von der Steuereinrichtung erreicht hat, am den Strom von Fluid durch das Gerät zu messen.

15. Gerät nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Zeitmeßeinrichtung (406) zur Aufzeichnung der Anzahl von ermittelten Bewegungen in einer vorbestimmten Zeitperiode, um darüber die Durchflußmenge der gesteuerten Flüssigkeit durch das Gerät aufzuzeichnen.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 2, 3, 4 oder 5, gekennzeichnet durch Kühlrippen (92) auf jeder Verdrän-

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gungskammer.

17. Verfahren zur Durchflußsteuerung von mit relativhohem Druck zugeführter Flüssigkeit und zur Erzeugung einer wesentlichen Druckreduzierung in der gesteuerten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß die unter relativ hohem Druck stehende gesteuerte Flüssigkeit in Kontakt mit einem ersten beweglichen
Sperrglied (36) geleitet wird, um über das Sperrglied einen relativ hohen Druck auf einen im wesentlichen

begrenzten Teil der Steuerflüssigkeit (4) auf einer

gegenüberliegenden Seite des Sperrglieds zu erzeugen, daß der Zustrom der unter relativ hohem Druck stehenden Steuerflüssigkeit in eine reduzierte Druckkammer gesteuert wird, welche einen Teil der Steuerflüssigkeit bei einem reduzierten Druck enthält, und daß der Druck der unter reduziertem Druck stehenden Steuerflüssigkeit auf die gesteuerte Flüssigkeit durch ein zweites bewegliches Sperrglied übertragen wird, um einen Teil der gesteuerten Flüssigkeit aus der Kammer mit redu-

ziertem Druck zu verdrängen.

BAD ORiQiNAI-