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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 sein niedrig und demzufolge ist der zum Heben der Flüssigkeit (des Öls) angewendete 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 meist zu schwer und dichten an den Wandungen des Förderrohres nicht ausreichend ab. Eine glatte, gleichmässige innere Ausgestaltung der Förderrohre bedingt aber, falls entsprechende Dichtungseigenschaften gesichert werden sollen, erhebliche Kosten.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass an dem in das Förderrohr des Brunnens oder der Erdölquelle direkt einbaubaren Tauchkolben ein das Förderrohr, welches die Gleitbahn des Kolbens bildet, bei bestimmtem hydrostatischem Druck völlig verschliessendes, elastisches Dichtungsorgan vorgesehen ist, das z. B. aus mehreren konzentrisch angeordneten, aus elastischem Material, wie Gummi, Kunststoff od. dgl., hergestellten Ringen oder aus einem durch den hydrostatischen Druck an die Wandung des Förderrohres drückbaren elastischen Schlauchstück, z. B. aus einem Gummi- oder Kunststoffrohrstück, besteht.
Das Dichtungsorgan füllt somit den vollen Querschnitt des Förderrohres als Folge des hydrostatischen
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Druckes elastisch aus, hindert jedoch hiedurch das Steigen des Kolbens nicht. Gleichzeitig unterbindet es aber das Durchströmen des Energieträgergases neben dem Kolben oder das Zurückfliessen der über dem- selben befindlichen Flüssigkeit vollständig. Bei Verwendung des erfindungsgemässen Tauchkolbens ist-im
Gegensatz zu den bekannten Tauchkolben - zum Betrieb einer 1000 - 1300 m tiefen Erdölquelle bei Fut- terrohrprofilen von 6 5/8" und Förderrohrprofilen von 21/2" bei einem Gas/Flüssigkeit-Verhältnis von 400 bis 5Ò0 mS Gas/ms Flüssigkeitkein von aussen zugeführtes Hilfsgasnötigund der Kolben wirktselbsttätig.
Das eine völlige Abdichtung gewährleistende, elastische Absperrorgan kann auf viele Arten ausge- bildet werden. Handelt es sich um elastische Gummi- oder Kunststoffringe, so können diese im Inneren eventuell auch hohl ausgeführt'und zwischen gegeneinander verschiebbaren Flächen angebracht werden.
Diese Flächen drücken, dem hydrostatischen Druck folgend und sich gegeneinander bewegend, die elastischen Ringe gegeneinander, wodurch der Ringdurchmesser zunimmt und die Ringe sich an die Wandung des Förderrohres anschmiegen und äuf diese Weise die Abdichtung bewirken. Gemäss der andern erwähnten Lösung wird ein mit der Kolbenachse koaxiales, elastisches Rohrstück auf dem Kolben angeordnet, welches sich im Falle eines entsprechenden hydrostatischen Druckes ausdehnt und sich an die Wandung des Förderrohres anschmiegt und auf diese Weise die Abdichtung gewährleistet.
Eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemässen Tauchkolbens wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 stellt ein allgemeines Schema der Anwendung der Tauchkolben dar und Fig. 2 zeigt den Tauchkolben teils im Längsschnitt, teils 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 bezeichnet. Der Tauchkolben 5 sitzt am Grund-der Bohrung auf einer Anschlagfeder. Oberhalb des Kolbens sammeltsichdie Flüssigkeitssäule 6 an : die Flüssigkeitströmtinfolge des Schichtdruckes Ps entgegen dem geringeren Fussdruck PF in dieErdölquelle (Brunnen) hinein. -Auch das Gas strömt in das Förderrohr 2 hinein.
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-versehenen Dichtungszwischenstück 9 und aus einem aus Metall oder Kunststoff hergestellten Endanschlag 10.
Es ist ferner eine innere Bohrung 12 vorgesehen, die durch den auf dem Ventilsitz 13 aufsitzenden Ventilteller 14 geschlossen wird, falls auf das Steuerventil mit Rohrmembran 15, welche ein Gas von entspre- chendem Druck enthält, ein bestimmter hydrostatischer Druck wirkt. In diesem Falle zieht sich die auf der Stützel6befestigteRohrmembran, dem hydrostatischen Druck folgend, zusammen und der Ventilteller 14 schliesst.
Am Anschlagkopf 8 ist ein Dichtungskopf 18 angebracht, der ebenfalls durch die Rohrmembran 15 betätigt wird. Der Dichtungskopf 18 besteht aus festen Backen 20 und beweglichen Backen 19, zwischen welchenelastischeRinge 21 angebracht sind. Die beweglichen Backen 19 sind mit der Spindel 17 der Membrane 15 verbunden (nicht dargestellt).
Beim Schliessen des Steuerventils zufolge der im Verhältnis zu den Backen 20 eintretende Bewegung derdurchdasSteuerventilmitgezogenenBacken 19 werden die Ringe 21 zusammengedrückt. Dadurch vergrössert sich der Durchmesser der Ringewodurch sie sich an die Wandung des Förderrohres anpressen. derart, dass wohl das Gleiten des Tauchkolbens zusammen mit der zu-hebenden Flüssigkeit möglich ist, jedoch ein Durchströmen des Energieträgergases bzw. ein Zurückfliessen der gehobenen Flüssigkeit zwischen den Ringen 21 und dem Förderrohr nicht eintreten kann.
Die dargestellte Ausführung ist nur ein Beispiel, da die eben beschriebene Abdichtung auch in der Weise erzielt werden kann, dass ein einen Teil des Tauchkolbens umfassender elastischer Schlauch angewendet wird, der sich bei geringem Druck an den Tauchkolben anschmiegt und das Sinken des Tauchkolbens nicht hindert, wogegen er jedoch bei einem bestimmten hydrostatischen Druck gleichzeitig mit dem Schliessen des erwähnten Ventils nach aussen gedrückt und an die Rohrwandung gepresst wird und dadurch den Durchströmweg des Energieträgers verschliesst.