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Tauchkolben zum Fördern von Erdöl und zum Heben von
Flüssigkeit aus Brunnen
Gegenstand der Erfindung ist ein Tauchkolben zum Fördern von Erdöl und zum Heben von Flüssigkeit aus Brunnen.
Bekanntlich ist im Erdöl fast immer Erdgas enthalten, so dass beim Anbohren eines Erdöllagers das Erdöl durch Druck meist von selbst ausströmt. Es gibt aber auch Fälle, wo weniger Erdgas vorhanden ist, so dass der Druck zum Herauspressen des Erdöls nicht ausreicht. In diesen Fällen werden Tauchkolben in das Förderrohr eingebaut.
Ist der Tauchkolben am Grund der Bohrung angekommen, so bleibt er hier so lange sitzen, bis sich eine entsprechende Ölsäule über dem Kolben entwickelt hat, wobei der Gasdruck unterhalb und oberhalb des Kolbens ansteigt. Wird nun das Förderrohr oben geöffnet, so sinkt der Gasdruck oberhalb des Kolbens ab und der unterhalb des Kolbens verbliebene Gasdruck drückt den Kolben nach oben, wodurch auch die über ihm befindliche Ölsäule aus dem Förderrohr austritt. Nach dem Absinken des Druckes unterhalb des Kolbens sinkt derselbe wieder auf den Grund der Bohrung, die Ausflussöffnung des Förderrohres wird verschlossen und der Vorgang wiederholt sich.
Bei sehr gasarmen Erdölquellen wird in vielen Fällen zur Förderung auch Hilfsgas angewendet.
Das Ziel der Erfindung liegt in einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit dieser Fördermethode bzw. darin, dass derartige Tauchkolben auch bei sehr gasarmen Erdölquellen mit Erfolg eingesetzt werden können und dabei die Anwendung von Hilfsgas in manchen Fällen vermieden werden kann.
Der Wirkungsgrad der durch Gase oder Gasgemische betätigten Flüssigkeitsheber und Tauchkolben ist meist sehr niedrig und demzufolge ist der zum Heben der Flüssigkeit (des Öls) angewandte spezifische Gasverbrauch bei tiefen Bohrungen sehr hoch ; überdies kann bei den bisher bekannten Flüssigkeitshebern die Flüssigkeitsentnahme über einen gewissen Wert nicht einmal durch weitere Steigerung der angewendeten Hilfsgasmenge vergrössert werden, da das Ausmass der Flüssigkeitsströmung in die Erdölquellen hinein stark davon abhängt, ein wie grosser Druck während des Betriebes an der Quellensohle dem Druck der flüssigkeitspeichernden porösen Tiefenschicht entgegenwirkt.
Der hohe spezifische Gasverbrauch der bekannten Flüssigkeitsheber ergibt sich vor allem daraus, dass sich das Gas während des Hubes zum grössten Teil ohne Arbeitsleistung durch die Flüssigkeit hindurchbewegt. Der Grund hiefür ist in mehreren Eigenheiten der benützten bekannten Tauchkolben zu finden. So sind diese Tauchkolben im Vergleich zum spezifischen Gewicht der zu hebenden Flüssigkeit zu schwer und dichten an den Wandungen des Förderrohres nicht ausreichend ab. Eine glatte, gleichmässige innere Ausgestaltung der Förderrohre benötigt aber, falls, entsprechende Dichtungseigenschaften gesichert werden, sollen, erhebliche Kosten.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass der Kolben eine mit der Kolbenachse koaxiale, mittels eines Ventils verschliessbare Durchlassbohrung für die zu fördernde Flüssigkeit aufweist. Es ist zweckmässig, zum Schliessen und Öffnen dieses Ventils in den Tauchkolben ein auf einen wählbaren hydrostatischen Druck ansprechendes Betätigungsorgan einzubauen. Diese Durchlassbohrung spielt beim Hinuntersinken des Tauchkolbens im Förderrohr eine wesentliche Rolle, denn das Ventil bleibt offen, bis der Kolben in dem Rohr in den eingestellten hydrostatischen Druck aufweisende Zone erreicht,
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d. h. die Flüssigkeitssäule über dem Kolben eine Höhe erreicht, deren Druck dem eingestellten hydro- statischen Druck entspricht.
Dies bewirkt infolge des ungehinderten Durchflusses der Flüssigkeit ein schnelleres Sinken des Tauchkolbens, obwohl sein Gewicht im Vergleich zu den bekannten Tauchkolben gering ist. Bei entsprechendem Druck schliesst das Ventil und setzt dadurch den Flüssigkeitsdurchlass auf ein durch die Labyrinthdichtung zugelassenes Mass herab, während das Ventil beim gesamten Aufwärts- hub des Kolbens geschlossen bleibt. Mit dieser Lösung kann im Vergleich zum Bisherigen die Zahl der
Fördervorgänge eben durch das schnelle Sinken des Kolbens und durch das ungehinderte Steigen der Flüs- sigkeit durch den Kolben hindurch in grossem Masse erhöht werden. Das erwähnte Ventilabsperrorgan kann z. B. als eine mit einem Gas, z. B. mit Luft, Stickstoff usw. gefüllte Rohrmembran ausgeführt wer- den.
Weiterhin ist es zweckmässig, das Schliessen und Öffnen des Ventils mittels einer Schnellschlussein- richtung zu beschleunigen, was zweckmässig z. B. durch die Anwendung eines Permanentmagneten oder eines Federmechanismus erreichbar ist. Dieser letztere dient als Arretierung für den Ventilteller und ge- stattet nur ein plötzliches Loslösen und schliesst dementpsrechend plötzlich das Ventil und gestattet kei- nen sogenannten Halbwegstand.
Der Erfindungsgegenstand wird an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 stellt ein allgemeines Schema der Anwendung der Tauchkolben dar und Fig. 2 zeigt einen mit einer inneren Boh- rung versehenen Tauchkolben mitRohrmembran im Längsschnitt bzw. in Ansicht.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist im Futterrohr 1 ein Förderrohr 2 mit Abstand 3 angeordnet. Mit 4 ist ein Gasdurchlassventil zur Herabsetzung des spezifischen Gewichtes der zu fördernden Flüssigkeit bezeich- net, Der Tauchkolben 5 sitzt am Grund der Bohrung auf einer Anschlagfeder. Oberhalb des Kolbens sam- melt sich die Flüssigkeitssäule 6 an ; die Flüssigkeit strömt infolge des Schichtdruckes PS entgegen dem geringeren Fussdruck PF in die Erdölquelle (Brunnen) hinein. Auch das Gas strömt in das Förderrohr 2 hin- ein. Wird das Ventil 7 geöffnet, so wird der Druck oberhalb der Säule 6 herabgesetzt und der Kolben 5 bewegt sich nach oben und fördert die Flüssigkeit nach oben. Ist die Quelle gasarm, so kann Hilfsgas in den Raum 3 eingespeist werden.
Nach dem Ausheben der Flüssigkeit wird das Ventil 7 geschlossen und der Kolben 5 sinkt wieder auf den Grund der Bohrung zurück. Der Vorgang wird wiederholt.
Der in Fig. 2 dargestellte Tauchkolben besteht aus einem aus Metall oder Kunststoff hergestellten, zweckmässig längs des Mantels geriffelten Anschlagkopf 8, der zugleich als Abstreifspindel ausgebildet werden kann (nicht dargestellt), aus einem mit Ringnuten 11 - die eine Labyrinthdichtung sichern - versehenem Dichtungszwischenstück 9 und aus einem aus Metall oder Kunststoff hergestellten Endanschlag 10. Im Kolben ist eine innere Bohrung 12 vorgesehen, die durch den auf dem Ventilsitz 13 aufsit- zenden Ventilteller 14 geschlossen wird, falls auf die Rohrmembran 15, welche ein Gas von entsprechendem Druck enthält, ein bestimmter hydrostatischer Druck wirkt.
In diesem Falle zieht sich die auf der Stütze 16 befestigte Rohrmembran, dem hydrostatischen Druck folgend, zusammen und der Ventilteller 14 - sich in Richtung des Pfeiles 17 bewegend-schliesst. Falls einSchnellschluss erreicht werden soll, kann dies dadurch verwirklicht werden, dass z. B. die Spindel 18 durch eine bei einer gewissen Spannung auslösende Feder eingespannt wird, die zufolge des Druckes vorgespannt wird und bei deren Auslösung das Ventil plötzlich schliesst. (Dies ist in der Zeichnung nicht dargestellt.) PATENTANSPRÜCHE :
1.
Tauchkolben zum Fördern von Erdöl und zum Heben von Flüssigkeit aus Brunnen, dadurch gekennzeichnet, dass er eine mit der Kolbenachse koaxiale, mittels eines Ventils (13-15% verschliessbare Durchlassbohrung (12) für die zu fördernde Flüssigkeit aufweist.