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Einrichtung zur Förderung von Sondenflüssigkeit od. dgl., z. B.
Erdöl oder Erdgas
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Förderung von Sondenflüssigkeit od. dgl., z. B.
Erdöl oder Erdgas, mit einer druckmittelbetriebenen Kolben-Tiefpumpe, die von obertags oder untertags gesteuert wird, wobei die Pumpe einen doppeltwirkenden Zylinder aufweist, dessen beiden Arbeitsräumen das Druckmittel wechselweise mittels einer Umsteuerung zugeführt wird, wobei der Kolben dieses Zylinders mit einem in einem weiteren Zylinder spielenden Kolben verbunden ist, und wobei in der Wand dieses letzteren Zylinders Saug-und Druckventile vorhanden sind, über welche die Sondenflüssigkeit in den Arbeitsraum dieses Zylinders ein-bzw. aus diesem Arbeitsraum ausströmt.
Es ist bekannt, die Tiefpumpe einer Einrichtung zur Erdölförderung, über ein Gestänge von obertags zu betätigen. Weiters werden Tiefpumpen gestängelos betrieben durch Koppelung mit einem
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Förderergebnisse erzielt werden. Zentriliftpumpen wieder sind prädestiniert für eine hohe und konstante Tagesförderung aus geringen bis mittleren Teufen.
Eine weitere Methode zur Förderung von Sondenflüssigkeit ist das Gasliftverfahren. Durch Zuführen von Hochdruckgas aus dem Ringraum durch Gasliftventile in die Steigrohre kann Erdöl kontinuierlich oder intermittierend gefördert werden.
Beim kontinuierlichen Gasliften wird die Eruptivperiode der Sonde künstlich verlängert. Diese Methode ist jedoch wirtschaftlich nur bis zu einer täglichen Fördermenge von zirka 20 m3 anwendbar.
Beim intermittierenden Gasliftverfahren, das abhängig vom Produktionsindex bei Fördermengen etwa unter 20 m'Anwendung findet, wird jeweils ein Flüssigkeitspfropfen vom Arbeitsventil weg durch die Steigrohre in die Förderleitung gedrückt. Dieser Vorgang erfolgt in von den Lagerstättenverhältnissen abhängigen Intervallen.
Ein Nachteil dieser Methode liegt einerseits darin, dass der minimale Fliessdruck relativ hoch ist.
Er setzt sich zusammen aus dem Sondenkopfdruck, dem Gassäulengewicht und dem Flüssigkeitsspiegel in den Steigrohren durch Rückfall. Anderseits ist der spezifische Gasverbrauch pro gefördertem m 3 Sondenflüssigkeit relativ hoch, da erstens durch den Gasschlupf ungenützte Energie verlorengeht, zweitens ein Teil der hochgedrückten Flüssigkeit wieder ins Bohrloch zurückfällt und drittens die hohe Steiggeschwindigkeit zusätzlich Energie verbraucht.
In letzter Zeit ist auch eine Einrichtung zur Förderung von Sondenflüssigkeit bekanntgeworden, die hydraulisch betrieben wird. Diese Pumpe weist einen doppeltwirkenden Zylinder auf, dessen beiden Arbeitsräumen das Druckmittel wechselweise mittels einer Umsteuerung zugeführt wird, wobei der Kolben dieses Zylinders mit einem in einem weiteren Zylinder spielenden Kolben verbunden ist, und wobei in der Wand dieses letzteren Zylinders Saug-und Druckventile vorhanden sind, über welche das Erdöl in den Arbeitsraum dieses Zylinders ein-bzw. aus diesem Arbeitsraum ausströmt. Bei der bekannten Konstruktion sind hiebei zwei doppeltwirkende Zylinder mit ihren Stirnenden aneinandergesetzt, wobei die in diesen beiden Zylindern spielenden Kolben durch eine Stange
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miteinander verbunden sind.
Der eine dieser Kolben wird vom Druckmittel betätigt, während der andere dieser Kolben in einem doppeltwirkenden, mit zwei Einlass-und zwei Auslassventilen versehenen Arbeitszylinder angeordnet ist. Diese Konstruktion hat den Nachteil, dass häufig Kolbenreibungen im Vorderzylinder auftreten, welche darauf zurückzuführen sind, dass das geförderte Erdöl zumeist mit körnigen Verunreinigungen, wie Sand, versehen ist, die im Arbeitsraum infolge ihrer eigenen Schwere nach unten strömen, und sich daher an der Kolbenwand festsetzen.
Dies bewirkt, dass die Reibung zwischen der Kolbenwand des oberhalb des Arbeitskolbens liegenden Teiles des Arbeitszylinders und dem darin spielenden Kolben vergrössert wird, und es wird dadurch zumindest der Wirkungsgrad der Einrichtung herabgesetzt, wenn es nicht sogar zum Festfressen des Kolbens kommt, wodurch die ganze Einrichtung funktionsunfähig wird. Weiters kommt es bei diesen Pumpen bei mit Sedimenten verunreinigter Sondenflüssigkeit häufig zu Störungen der auf Grund der Konstruktion klein dimensionierten Saug-und Druckventile. Sehr empfindlich gegen Verunreinigung und Kälte sind
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Kraftölaufbereitung, Regeleinrichtungen u. dgl.
Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und besteht im wesentlichen darin, dass die Saug-und Druckventile nur an der unteren Stirnwand des Zylinders angeordnet sind und dass der in diesem Zylinder spielende Kolben ein einfachwirkender Kolben ist, der vorzugsweise mit dem druckmittelbeaufschlagten Kolben einen Differentialkolben bildet, dessen grössere Arbeitsfläche vom Druckmittel beaufschlagt ist. Dadurch, dass nunmehr die Ventile lediglich am unteren Stirnende angeordnet sind, wird die Mantelfläche des Zylinders bzw. des darin spielenden Kolbens von den vom Erdöl mitgenommenen körnigen Verunreinigungen freigehalten, da sich diese ja nur mehr an der unteren Stirnfläche des Förderzylinders absetzen und von dort laufend durch die Förderströmung aus dem Arbeitsraum entfernt werden.
Es kommt daher nicht oder nur viel seltener zu Kolbenreibern wie bei der bekannten Konstruktion. Es wird daher eine saubere Pumpe geschaffen, die robust und betriebssicher ist. Wird der Kolben als Differentialkolben ausgebildet, so können die zur Förderung nötigen Drücke des Druckmittels gesenkt und dadurch die zur Erzielung dieser Drücke nötigen Anlagen sparsamer dimensioniert werden. Als Druckmittel wird hiebei mit Vorteil Erdgas verwendet, welches zumeist ohnedies an Ort und Stelle zur Verfügung steht. Hiebei ist zweckmässig die Druckgasleitung vom Ringraum gebildet und die Gaseinlassöffnung des Tiefpumpengehäuses mittels eines Packers dicht an den Ringraum angeschlossen, wobei die an den Auslass der Tiefpumpe angeschlossene Förderleitung sowie gegebenenfalls auch eine Abfuhrleitung für entspanntes Gas durch diesen Packer hindurchgeführt wird.
Dadurch ergibt sich ein einfacher Aufbau, wobei eine gesonderte Zuleitung für das Druckgas erspart wird.
Bei Druckgasbetrieb der erfindungsgemässen Pumpe lässt sich der spezifische Gasverbrauch wesentlich reduzieren, wobei insbesondere im Vergleich zu dem intermittierenden Gasliftverfahren nur geringe Flüssigkeitsgeschwindigkeiten in den Steigrohren auftreten und der Gasschlupf und das Rückfallen der Flüssigkeit in den Steigrohren wegfallen.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn erfindungsgemäss in dem Zylinderteil, in dem der nicht vom Druckmittel beaufschlagte Arbeitskolben des doppeltwirkenden Zylinders geführt ist, in der Zylinderwand eine Entgasungsöffnung vorgesehen ist, die vom Arbeitskolben am Ende des Saughubes freigegeben wird. Diese Entgasungsöffnung verhindert eine Gasförderung und die Blockierung der Kolbenpumpe durch Gas.
Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemässen Einrichtung, welche in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist. Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch die erfindungsgemässe Einrichtung, während die Fig. 2 und 3 jeweils in vergrössertem Massstab einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Tiefpumpe in zwei verschiedenen Arbeitsstellungen derselben zeigen. Fig. 4 zeigt im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Tiefpumpe.
Die Tiefpumpe (Fig. l) ist an der Sohle des Bohrloches--2--angeordnet, das in an sich bekannter Weise mit einer Verrohrung--3--versehen ist, die im Bereich des Horizontes-4--mit
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--6-- hindurch zugeführtDurchlass --13-- des Dreizonen-Packers --8-- angeschlossen, so dass das durch den Ringraum - 6-- zugeführte Druckgas zum Einlass --12-- geleitet wird. Obertag sind die beiden Steigrohrstränge --9, 10-- zu einer gemeinsamen Förderleitung --14-- vereint, welche von der Sonde zur Sammelstation führt. An Stelle eines Dreizonen-Packers kann auch ein Zweizonen-Packer mit einem Kreuzstück Verwendung finden. Weiters besteht auch die Möglichkeit, den Strang-10-
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(Fig. 2,- 20-- geführt ist.
Dieser Zylinder --20-- ist als doppeltwirkender Druckgaszylinder ausgebildet und hat zwei Arbeitsräume --21, 22--, von welchen der Arbeitsraum --21-- den Kolbenabschnitt - umgibt. Der Arbeitsraum --21-- hat eine Gaseinlassöffnung --23-- und eine
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Gaseinlassöffnung--25--undGaseinlassöffnungen --23, 25-- wird Druckgas von der gemeinsamen Leitung --12-- aus über Abzweigstränge --27, 28-- zugeführt, Zur Steuerung dieser Zufuhr ist ein Steuerschieber-29vorgesehen, welcher als den Mantel des Zylinders --20-- umgebender Ring ausgebildet ist, der an seinen beiden Stirnenden Innenflansche-30 bzw. 31-aufweist.
An diesen Innenflanschen liegen Stössel --32 bzw. 33--, an, die durch die Stirnwände --20' bzw. 20"-- des Zylinders --20-dicht hindurchgeführt sind und durch den Kolbenabschnitt--15"--betätigt werden. Im Steuerschieber --29-- sind zwei Gaseinlassöffnungen --34, 35-- vorgesehen, deren in Achsrichtung
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--20-- gemessenerZylinders-20-.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt :
In der in Fig. 2 dargestellten Arbeitsstellung des Kolbens--15--ist die Gaseintrittsöffnung - freigegeben, so dass das über die Leitung --12-- und die Abzweigleitung--27--
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--22-- einströmenAbzweigleitung --28-- in den Arbeitsraum --21-- freigegeben und der Arbeitsraum --22-- mit dem Äusseren der Pumpe durch die Gasausströmöffnung --36-- verbunden (Fig.3). Durch den Druck des zugeführten Gases bewegt sich nun der Kolben --15-- nach oben, wodurch in den Arbeitsraum - durch das Rückschlagventil --17-- aus dem Horizont --4-- (Fig.1) Lagerstättengas-
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Tiefpumpe verhindert hiebei ein Rückströmen des geförderten Mediums aus dem Steigrohr --9-- in den Arbeitsraum-18-.
Am Ende des Aufwärtsganges des Kolbens --15-- gelangt dessen obere Stirnfläche zum
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Anschlag an die Stössel --32--, wodurch der Schieber --29-- nach oben verschoben und dadurch die Stellung nach Fig. 2 wieder erreicht wird, worauf sich das Spiel von neuem wiederholt.
Zweckmässig ist im oberen Bereich der Wand des Zylinders --16-- eine Entgasungsöffnung --38-- vorhanden, die in der höchsten Stellung des Kolbenabschnittes--15'--den Arbeitsraum --18-- mit dem Äusseren der Tiefpumpe-l-verbindet. Durch diese Entgasungsöffnung kann allfälliges in den Arbeitsraum --18-- eingedrungenes Gas entweichen.
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erreicht werden. Wie ersichtlich, arbeitet die Tiefpumpe-l-jedoch erst ab dem Zeitpunkt, in welchem der Druck im Bereich der Tiefpumpe niedriger ist als der Druck des durch die Leitung --7-- zugeführten Hochdruckgases. Eine allfällige notwendige Druckabsenkung kann durch Abswabben der Flüssigkeit oder durch Gasliften erfolgen.
Die Hubzahl der Tiefpumpe-l-kann entweder durch Regelung der über die Leitung-7zugeführten Hochdruckgasmenge von obertag aus oder durch eine Flüssigkeitsniveauregelung im Bereich der Tiefpumpe, also untertag gesteuert werden. Erfolgt die Pumpenhubzahlregelung durch eine solche Niveausteuerung, so wird zusätzlich ein nicht dargestelltes Absperrorgan in die zu der Einlassöffnung
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ist, worauf die Gaszufuhr durch das Absperrorgan geöffnet wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Steuerschieber--29--nicht, wie dies bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 der Fall war, als den Zylinder des doppelwirkenden Kolbens umgebenden Mantel ausgebildet, sondern in Achsrichtung des Zylinders des druckmittelbeaufschlagten Kolbens --15-- nach oben gegenüber diesem versetzt. Über ein die Stirnwand des Zylinders--20-- des druckmittelbeaufschlagten Kolbens durchsetzendes Gestänge --39-- ist dieser Kolben --15"-mit dem Steuerschieber --29-- verbunden.
Das Gestänge--39--ist hiebei von einer am druckmittelbeaufschlagten Kolben--15"--befestigten Stange--40--gebildet, die eine zentrale
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Steuerschiebers-29-durchsetzt- 46 bzw. 47--, wobei diese beiden Fortsätze durch die Stirnwände des Steuerzylinders-45-- abgedichtet hindurchgeführt sind und wobei die Gesamtaxiallänge des Steuerkolbens--44--inklusive seiner beiden Fortsätze-46, 47- zumindest um die Hubstrecke des Steuerkolbens-44-grösser ist als die axiale Baulänge des Steuerzylinders--45--. Dadurch steht stets einer der beiden Fortsätze --46, 47--über die Stirnfläche des Steuerzylinders--45--vor und arbeitet mit einem der beiden Bunde--42, 43--zusammen.
Der Steuerkolben --44-- ist an seinem Mantel mit einer Ringnut--48--versehen, die in der in Fig. 4 dargestellten Lage des Steuerkolbens --44-- zwei Druckmittelleitungen --49, 50-miteinander verbindet. Durch diese Leitungen wird in der dargestellten Lage des Steuerkolbens --44-- Druckgas dem unterhalb des Kolbens--15"--liegenden Arbeitsraum--51--des
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--20-- zugeführt--53-- mit der Leitung --49-- verbunden, während die Leitung --50-- über den nun unterhalb des Kolbens --44-- liegenden Zylinderraum mit einer weiteren Ausströmöffnung--57--
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53-dem Arbeitsraum--52--zugeführt- -19-- in die Steigleitung --9-- gedrückt wird.
Wie ersichtlich, entspricht die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 4 im wesentlichen jener nach den Fig. 2 und 3, jedoch wird der Vorteil erzielt, dass der Steuerschieber--29--bei der Ausführungsform nach Fig. 4 den Aussendurchmesser des Antriebszylinders--20--nicht verringert und somit wirksame Druckfläche gewonnen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Förderung von Sondenflüssigkeit od. dgl., z. B. Erdöl oder Erdgas, mit einer druckmittelbetriebenen Kolben-Tiefpumpe, die von obertags oder untertags gesteuert wird, wobei die Pumpe einen doppeltwirkenden Zylinder aufweist, dessen beiden Arbeitsräumen das Druckmittel wechselweise mittels einer Umsteuerung zugeführt wird, wobei der Kolben dieses Zylinders mit einem in einem weiteren Zylinder spielenden Kolben verbunden ist, und wobei in der Wand dieses letzteren Zylinders Saug-und Druckventile vorhanden sind, über welche die Sondenflüssigkeit in den Arbeitsraum dieses Zylinders ein-bzw.
aus diesem Arbeitsraum ausströmt, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass diese Saug-und Druckventile (17,19) nur an der unteren Stirnwand des Zylinders (16) angeordnet sind und dass der in diesem Zylinder spielende Kolben ein einfachwirkender Kolben (15') ist, der vorzugsweise mit dem druckmittelbeaufschlagten Kolben (15") einen Differentialkolben (15) bildet, dessen grösste Arbeitsfläche vom Druckmittel beaufschlagt ist.
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