AT203372B

AT203372B - Pumpe zur Förderung von Öl und Wasser aus Tiefbohrlöchern

Info

Publication number: AT203372B
Application number: AT231257A
Authority: AT
Inventors: Emil Dipl Ing Lodynski
Original assignee: Erdoelproduktions Ges M B H
Priority date: 1957-04-08
Filing date: 1957-04-08
Publication date: 1959-05-11

Description

Pumpe zur Förderung von Öl und Wasser aus Tiefbohrlöchern
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das Ventil 4 in Funktion ist. Wenn nach längerem Betrieb dieses Ventil abgenützt ist, wird das Ersatzventil 5 in folgender Weise eingeschaltet : Der Kolben 1 wird aus der im Normalbetrieb tiefsten, in Fig. 1 gezeichneten Stellung abgesenkt, bis sich die Klauen 3 und 9 gegenüberstehen, was bei Anschlag der Klauen 3 am Drehschieber der Fall ist. Nun wird der Kolben 1 und der mit ihm durch die Klauen 3,9 gekuppelte Drehschieber 8 um 1800 gedreht, so dass nunmehr der Kanal 6 abgesperrt und der Kanal 7 offen ist und das Ersatzventil 5 in Funktion treten kann. Die richtige Endstellung wird durch einen (nicht gezeichneten) Anschlag bewirkt und ist bei der Drehbetätigung des Kolbens am erhöhten Widerstand erkennbar.

An Stelle des erwähnten einen Ersatzventiles können auch zwei solche vorgesehen werden, die durch jeweilige Drehung des Schiebers um 1200 nacheinander in Wirkung gesetzt werden.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ausführung für den Fall, dass nicht genügend Platz vorhanden ist, um die beiden Ventile nebeneinander anzuordnen. Der Kolben 11 mit dem Kolbenventil 12 besitzt auch hier am unteren Rande eine Klaue 13. Das anfänglich eingeschaltete Ventil 14 ist hier in der Achsmitte und oberhalb des Ersatzventiles 15 angeordnet. Die zugehörigen Strömungskanäle 16 und 17 sind hier in zwei symmetrische Hälften unterteilt und kreuzen einander räumlich. Der Drehschieber 18 weist wieder eine Gegenklaue 19 auf und besitzt entsprechend den geteilten Strömungskanälen zwei einander gegenüberliegende Öffnungen. Die Betätigung erfordert hier nur einen Drehwinkel von 900 und wird im übrigen ganz analog ausgeführt, wie an Hand der Fig. 1 beschrieben.

Es können in ähnlicher Weise auch zwei Ersatzventile axial untereinander vorgesehen sein, die nacheinander einschaltbar sind.

An Stelle eines Drehschiebers kann auch jede andere Art eines Absperrorgane verwendet werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die beiden Ventile 21 und 22 in gesonderten Strömungskanälen 23 und 24 angeordnet, welche durch eine schwenkbare Sperrklappe 25, die unter Wirkung einer Feder 26 steht, wechselweise absperrbar sind. Zur Betätigung der Umschaltung ist oberhalb der. Klappe ein Steuerorgan 27 in der Rohrmitte drehbar gelagert, das an der Oberseite einen einseitig ausragenden Flügel 28 und an der Unterseite einen bogenförmig nach unten gehenden Arm 29 besitzt, der am Ende der Klappe 25 anliegt und diese gegen die Wirkung der Feder 26 in der gezeichneten Lage hält. Für die Umschaltung wird der hier nicht gezeichnete Kolben, der mit einer Betätigungsldaue ausgerüstet ist, abgesenkt, bis seine Klaue in die Bahn des Flügels 28 gelangt, und durch Drehung das Steuerorgan 27 mit dem Arm 29 verdreht.

Bei dieser Verdrehung bewirkt die Feder 26 die Umschaltung der Klappe 25 in die strichpunktiert gezeichnete andere Endlage. Bei Erreichen einer Drehung von 1800 setzt sich das Ende des Armes 29 wieder auf die Klappe auf und hält diese in der neuen Lage fest.. Damit ist dann das Ersatzventil 22 eingeschaltet und das Ventil 21 ausgeschaltet.

Ähnlich wie hier die eigentliche Umschaltung vom einen Ventil auf das zweite durch Federkraft bewirkt wird, kann dies auch bei Anwendung eines Drehschiebers, wie ihn die Fig. l oder 2 zeigen, mit einer Anordnung gemäss Fig. 5 erreicht wenden. Der Drehschieber 31 mit seiner Öffnung 32 steht hier unter Wirkung einer Feder 33, deren eines Ende am Schieber selbst befestigt ist, während das andere Ende 34 am Gehäuse festsitzt. An der Oberseite weist dieser Drehschieber eine (abs den ganzen Umfang laufende) Sperrverzahnung 35 auf, in welche ein gefederter Sperrzahn 36 eingreift, der am Gehäuse verschwenkbar gelagert und mit einem nach oben ragenden Anschlag 37 versehen ist. Der Pumpenkolben 38 besitzt an seinem Unterende einen abgesetzten Teil 39, der in seinem Aussendurchmesser dem Innendurchmesser der Verzahnung 35 entspricht.

Am Umfang dieses Teiles 39 ist ein Anschlag 40 angebracht.

In der gezeichneten Stellung ist über die Öffnung 32 das eine Ventil in den Strömungskanal eingeschaltet. Will man das Ersatzventil einschalten und zu diesem Zwecke den Schieber 31 um 1800 verdrehen, so senkt man den Kolben 38 bis knapp vor dem Aufsitzen des Teiles 39 auf dem Schieber 31 ab und verdreht ihn im Sinne des Pfeiles p, bis der Anschlag 40 an den Finger 37 stösst und diesen verdreht, wodurch der Sperrzahn 36 aus der Zahnung 35 herausgehoben wird und die Feder 33 den Schieber 31 um den erforderlichen Drehwinkel in die andere Endstellung verdreht, in welcher das Ersatzventil in die Strömung eingeschaltet ist.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Pumpe, welche zwei axial hintereinander in einem einzigen Strömungskanal liegende Fussventile 41 und 42 aufweist. Bei Inbetriebnahme arbeitet nur das Ventil 41, weil die Kugel des zweiten Ventiles durch ein Paar federnder Halteklammern 43 in von ihrem Sitz abgehobener Stellung festgehalten ist. Wenn das Ventil 41 durch Abnützung unbrauchbar geworden ist, wird die Kugel des Ventiles 42 durch Auseinanderspreizen der Halteklammern 43 auf ihren Sitz abfallen gelassen. Um. dies zu ermöglichen, ist ein Schraubbolzen 44 vorgesehen, der in einem Muttergewindestück 45 zentral in die Pumpe eingesetzt ist und unten in einem Kegel 46 endet, während er am oberen Ende einen Flügel 47 aufweist.

Der PumpeBMtlben48 ist an seinem

unteren Ende mit einer Klaue 49 ausgerüstet. Die in Fig. 6 gezeichnete Stellung ist jene, bei welcher der Kolben bereits unter die Normalstellung abgesenkt ist, um so die Klaue 49 in Eingriff mit dem Flügel 47 zu bringen. Sobald diese Stellung erreicht ist, wird der Kolben 48 um seine Achse einige Male gedreht und nimmt dabei den Schraubbolzen 44 mit. Durch die Absenkung des Bolzens 44 dringt der Kegel 46 zwischen die Enden der Federklammer 43 ein, spreizt diese auseinander und lässt die Kugel 42 auf ihren Sitz abfallen. Damit ist das Ersatzventil in den Strömungskanal eingeschaltet.

An Stelle der geschilderten Anordnung können auch andere Mittel zum Auseinanderspreizen der Haltefedern verwendet werden. Beispielsweise kann gemäss den Fig. 7 und 8 ein Steuerorgan 50 vorgesehen werden, das oben einen Flügel 51 für das Zusammenwirken mit der Klaue des Kolbens und unten einen ovalen Nocken 52 trägt, der bei seiner durch einen (nicht dargestellten) Anschlag begrenzten Verdrehung um 900 mit seiner Breitseite zwischen die Federklammern 53 gelangt und so die Kugel 54 zum Abfallen auf ihren Sitz bringt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 handelt es sich um einen Pumpenkolben mit zwei im gleichen Strömungskanal hintereinander geschalteten Ventilen 61 und 62, wobei unmittelbar nach dem Einschalten des Ersatzventiles 62 das zuerst in Funktion gestandene Ventil 61 durch Abheben des Ventilkörpers von seinem Sitz ausser Wirkung gesetzt wird. Um dies zu erreichen, ist die Kolbenstange 63 nicht starr mit dem Kolbenmantel 64 verbunden, sondern an diesem mittels des Lagers 65 drehbar gelagert und nimmt, wenn man sie verdreht, einen an ihr unteres Ende drehfest aber längsverschiebbar angesetzten Schraubbolzen 65'in Drehung mit, der in einem Kegel 66 für das Auseinanderspreizen der federnden Halteklammern 67 der Ventilkugel 62 endet.

Nach Durchführung einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen der Kolbenstange 63 stösst der Endanschlag 68 des Schraubbolzens 65'an die Mutter 69 des Schraubbolzens 65', die am Kolbenmantel 64 festsitzt, so dass sich nunmehr bei weiterer Verdrehung der Kolbenstange 53 der Kolbenmantel 64 mitdreht. In das unterste Ende des Kolbenmantels 64 ist ein Rohrstück 70 mit Aussengewinde eingesetzt, das in eine, eine Verlängerung des Kolbenmantels 64 bildende Hülse 71, die mit Muttergewinde versehen ist, eingeschraubt ist, und an der in der Mitte ein Stössel 72 sowie eine Klaue 73 festsitzt, die mit einer Gegenklaue 74 zusammenwirkt, die an einem (nicht dargestellten) Drehschieber nach der in Fig. 1 beschriebenen Art sitzt.

Wird der Kolben gleichzeitig mit der Verdrehung abgesenkt, bis die Klauen 73 und 74 in Eingriff stehen, so wird zuerst mittels der Klaue 74 der Drehschieber umgeschaltet und dann, wenn eine Weiterdrehung des Drehschiebers nicht mein möglich ist, wird sich der Teil 70 in den Teil 71 einschrauben. Dabei wird der Stössel 72 in den Kolben 64 hineingeschoben, die Ventilkugel 61 von ihrem Sitz abgehoben und dieses Ventil so ausser Funktion gesetzt.

Durch Absenken und Verdrehen der Kolbenstange werden hier also nicht mehr brauchbare Kolben- und Bodenventile ausgeschaltet und für beide Ventile ein Ersatzventil eingeschaltet.

BeimAusführungsbeispiel gemäss Fig. 10 ist am unteren Ende des das Ventil 80 enthaltenden Kolbens 81 ein hohles Zwischenstück 82 befestigt, das in einem Gewindezapfen 83 (Fangzapfen) endet und an der Seitenfläche eine Nase 84 von dreieckiger Form aufweist. Der Fangzapfen passt in ein Muttergewinde 85 des Fussteiles 86, wobei im voll eingeschraubten Zustande der gefederte Sperrhaken 87 hinter der Nase 84 einrastet. Die Sperre 84, 87 gestattet das Einschrauben des Zapfens 84 in das Muttergewinde 8 7, verhindert aber das Herausschrauben desselben. Der Fussteil 86 enthält das obere Fussventil 88 und besitzt an seinem Mantel mindestens eine hakenförmige Nut 89, in die ein Zapfen 90 hineinpasst, der an einem Fortsatz 90' des unteren Fussteiles 91 festsitzt.

Der untere Fussteil 91 enthält das Ersatzventil 92, dessen Ventilkugel, bevor es in Funktion genommen wird, durch auseinander federnde Halteklammern 93 oberhalb des Ventilsitzes festgehalten wird, solange der am oberen Fussteil 86 sitzende Konus 94 diese federnden Klammern am Auseinandergehen hindert.

Der untere Fussteil 91 sitzt mit einem Dichtungskonus 96 auf einem Absatz der Verrohrung 97 auf und besitzt am unteren Ende kreuzweise geführte Einschnitte 98 und eine konische Verdickung 99, die hinter einem Absatz 100 federnd einrastet und so den Fussteil 91 in der Verrohrung 97 in seiner richtigen Lage festhält.

Die Wirkungsweise ist folgende :
Der Fangzapfen 84 wird beim Einlassen der Pumpe in das Bohrloch nur etwa zu 3/4 seiner Höhe eingeschraubt, wodurch die Arretierung durch die Elemente 84, 87 noch nicht zur Wirkung kommt. Der kombinierte Fussteil 86, 91 wird bis zum Aufsitzen des Dichtungskonusses 96 und Einschnappen des verdickten Kopfes 99 hinter dem Absatz 100 abgesenkt. Nun wird der Fangzapfen 84 durch Linksdrehen vom Fussteil gelöst und etwas angehoben (gezeichnete Stellung) und nun der Pumpenbetrieb aufgenommen.

Ist das obere, zuerst in Funktion befindliche Fussventil 88 abgenutzt und nicht mehr funktionsfähig, so wird der Kolben abgesenkt, der Fangzapfen 83 in das Muttergewinde 85 ganz eingeschraubt, so dass die

Klinke 87 hinter die Nase 84 einrastet und ein Herausschrauben durch Linksdrehen unmöglich macht. Beim Weiterdrehen des Kolbens nach rechts löst sich der Bajonettverschluss 89,90, der obere Fussteil 86 wird frei und man kann durch Anheben des Kolbens den Teil 86 vom unteren Teil 91 lösen. Durch dieses Anheben gleitet der Konus 94 von den Federklammern 93 ab, diese gehen auseinander und die Kugel des Ersatzventiles 93 fällt auf ihren Sitz ab, so dass dieses Ventil in Wirkung tritt. Es wird damit das abgenützt obere Fussventil 88 vom Kolben übernommen, mit dem es, ohne zu arbeiten, weiterläuft.

Die Förderflüssigkeit strömt über die Schlitze des ausgeschalteten oberen Fussventiles sowie den Spaltraum 102 zwischen dem Rohr 101 und dem Fussteil 91.

Ist auch das untere Fussventil 92 ausgescheuert, so kann man durch Absenken und Drehen des oberen Fussteiles den Zapfen 90 wieder in den Schlitz 89 einführen und durch starken Zug den unteren Fussteil aus seiner Verankerung herausreissen und ausbauen.

Durch die Möglichkeit, ein Ersatzfussventil einzuschalten, braucht das Bohrgestänge erst nach der doppelten Zeit ausgebaut werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 11 und 12 ist im Fussteil 105 der Pumpe eine Welle 106 schwenkbar gelagert, an deren oberem Ende ein Haken 107 und am unteren Ende ein gebogener Finger 108 quer ausragend festsitzt. Der Finger 108 hält in der dargestellten Lage die Ventilkugel 109 des Ersatzfussventiles in der vom Sitz 110 abgehobenen Lage fest. Das zuerst allein arbeitende Fussventil ist hier nicht dargestellt und befindet sich (wie in Fig. 6) unter dem Ersatzventil 109, 110. Der Haken 107 ist durch eine Feder 111 in seiner Lage verrastet.

Vom unteren Rande des Kolbens 112 ragt ein Zahn 113 nach unten, der, wenn der Kolben abgesenkt und gedreht wird, um das Einsatzventil einzuschalten, an den aufragenden Teil des Hakens 107 anschlägt und ihn in die andere Endlage verdreht, in der sich der Finger 108 in eine Nut 114 des Fussteiles einlegt, wodurch die Kugel 109 ihre freie Beweglichkeit erhält und das Ventil damit in Wirkung gesetzt is..
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oben konisch verjüngen, damit sich oeim Absenken des Kolbens diese beiden Teile nicht aufeinander aufsetzen können, sondern aneinander abgleiten.

Um die Kugel des Ersatzventiles vorerst im angehobenen Zustand zu halten, können auch andere Mittel, wie das Ankleben der Kugel oder das Festhalten durch Saug- oder Magnetwirkung, angewendet werden. Zum Freimachen der Kugel des Ersatzventiles werden auch in diesem Falle mit dem Kolben Steuerbewegungen z. B. Senken, Heben bzw. Drehen des, Kolbens durchgeführt, wobei die Klebe-, Saugoder Magnetwirkung aufgehoben wird.

PATENTANSPRÜCHE :
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Kolbenventil und einem Fussventil, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ersatzventil vorgesehen ist, das durch eine von der normalen Kolbenantriebsbewegung abweichende Steuerbewegung z. B. eine Kolbenabsenkung und bzw. oder Verdrehung des Kolbens über Steuerorgane in Funktion setzbar ist.

Claims

2. Tiefpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Ventile, denen Ersatzventile zugeordnet sind, zum Ausser-Funktion-Setzen gleichzeitig mit dem Einschalten des oder der Ersatzventile eingerichtet sind.

3. Tiefpumpe nach Anspruch 1, mit zwei hintereinander in dem gleichen Strömungskanal ange- ordneten Ventilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkugel des Ersatzventiles anfänglich vom Ventilsitz abgehoben gehalten ist und die Steuerorgane bei Betätigung die Freigabe und das Aufsetzen dieser Ventilkugel auf ihren Sitz bewirken.

4. Tiefpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei oder drei in je einem gesonderten Strömungskanal (6, 7 ; 16, 17 ; 23, 24) angeordnete Fussventile (4, 5, 14, 15,21, 22) aufweist, wobei an der Abzweigstelle ein Absperrorgan (8,18) z. B. ein Drehschieber, eine Klappe (25) od. dgl. für die wechselweise Öffnung eines der beiden oder der drei Kanäle angebracht ist, welches durch Absenken des Kolbens unter seine tiefste Normallage und Drehen des Pumpenkolbens, durch mindestens einen an diesem angebrachten Anschlag z.

B. eine Klaue (3, 13) oder einen Arm (29) im Sinne der Umschaltung betätigbar ist (Fig. 1 - 4). EMI4.3 (4. 5, 21, 22), wie an sich bekannt, in gleicher oder annähernd gleicher Höhe in zwei parallel laufenden Strömungskanälen (6, 7, 23, 24) angebracht sind (Fig. 1 und 4).

6. Tiefpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden oder die drei Fussventile EMI4.4 <Desc/Clms Page number 5>

7. Tiefpumpe nach einem der Ansprüche 4,5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan (25, 31) unter der Wirkung einer Feder (26,33) steht und durch ein Gesperre (29,36) in der eingestellten Lage gehalten ist, welches Gesperre durch einen am Kolben befindlichen Anschlag (40) lösbar ist, wodurch die Feder die Umschaltung bewirkt (Fig. 4, 5).

8. Tiefpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkugel des Ersatzventiles (42, 54) durch ein federndes Halteklammerpaar (43, 53) oberhalb des Ventilsitzes festhaltbar ist, und mit den oberen Enden der Halteklammern ein drehbar gelagertes Steuerorgan, z. B. ein kegelig endender Schraubbolzen (44, 46) oder ein Nocken (52), zusammenwirkt, das bei Drehbetätigung die Halteklammern aus-' einander spreizt und so die Ventilkugel zum Abfallen auf den Ventilsitz freigibt (Fig. 6, 7 und 8).

9. Tiefpumpe nach Anspruch 8, mit zwei im Kolben hintereinander liegenden Ventilen, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Freigabe der oberen Kolbenventilkugel dienende, drehbare Steuerorgan (65') mittels Schraubgewinde (69) im Kolbenmantel (64) geführt ist und einen Endanschlag (68) aufweist, der bei Aufsitzen auf seiner Mutter die bis dahin den Kolbenmantel (64) nicht beeinflussende Drehbewegung der Kolbenstange (63) auf den Kolbenmantel selbst überträgt, so dass anschliessend durch dessen Absenkung und Verdrehung ein Fussventilaustausch bzw. die zusätzliche Einschaltung eines Fussventiles bewirkbar ist (Fig. 9).

10. Tiefpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der unterste Teil (71) des Kolbenmantels mit dem oberen Teil (64) desselben verschraubt und mit einem Stössel (72) verbunden ist, der durch sein Anheben die Ventilkugel (61) des unteren Kolbenventiles. vom Sitze abdrückt, sowie mindestens einen Anschlag z. B. eine Klaue (73) trägt, mit der er bei Absenken und Drehen mit einem Gegenanschlag z. B. einer Klaue (74) im Sinne der Umschaltung oder zusätzlichen Einschaltung eines zweiten Fussventiles in Eingriff gelangt, so dass nach Durchdrehen des unteren Kolbenteiles bis zum Ende des Schraubengewindes automatisch das untere Kolbenventil ausgeschaltet wird und das Ersatzfussventil zur Einschaltung gelangt.

11. Tiefpumpe nach den Ansprüchen 1 und 3, bei der der Fussteil der Pumpe mittels einer Fangvorrichtung und bajonettverschlussartigen Verbindung mittels des Kolbens aus dem Bohrloch gezogen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Fussteil aus zwei je ein Ventil (88,92) enthaltenden Teilen (86,91) besteht, die durch eine lösbare Verbindung nach Art eines Bajonettverschlusses zusammenhängen, und dass am oberen Teil Steuerorgane z. B. ein Konus (94) angebracht sind, die in der Verbindungslage über Federklammern (93) die Ventilkugel (92) des unteren Fussventiles in ihrer vom Ventilsitz abgehobenen Lage festhalten und nach Lösen der Verbindung freigeben.

12. Tiefpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil (86) mit dem Kolben durch eine Verschraubung (83, 85) verbindbar ist, die im voll eingeschraubten Zustande gegen Abschraubung durch das Einrasten einer federnden Verklinkung (84, 87) gesichert ist.

13. Tiefpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkugel (109) eines Ersatzventiles durch einen verschwenkbar gelagerten Finger (108) oberhalb des Ventilsitzes (110) festhaltbar ist, und an der Schwenkachse (106) des Fingers ein Steuerarm (107) sitzt, der in die Bahn eines vom unteren Kolbenende herabragenden Anschlages (113) einragt, so dass durch Absenken und Drehen des Kolbens der Finger (108) seitlich verschwenkbar und die Ventilkugel freigebbar ist (Fig. 11, 12).

14. Tiefpumpe nach Anspruch 7 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Kolben abragende Anschlag (40,113) sich nach unten konisch verjüngt und mit einem sich nach oben verjüngenden Anschlag des Steuerorganes (37, 107) zusammenwirkt.

15. Tiefpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel des Ersatzventiles durch Klebung, Saugwirkung oder Magnetwirkung vorerst in einer vom Ventilsitz abgehobenen Lage gehalten ist.