DE102013206355A1

DE102013206355A1 - Petroleum extraction device with rotating device

Info

Publication number: DE102013206355A1
Application number: DE102013206355.5A
Authority: DE
Inventors: Herbert Hofstätter; Denis Rice
Original assignee: Rohol-Aufsuchungs AG; ROHOL AUFSUCHUNGS AG
Current assignee: Rohol-Aufsuchungs AG; ROHOL AUFSUCHUNGS AG
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-16
Also published as: WO2014166767A1

Abstract

Eine Fördervorrichtung zur Förderung von Erdöl aus einem Bohrloch, mit einem in einem Steigrohr (8) des Bohrlochs angeordneten Pumpgestänge (1), das mit einer oben aus dem Bohrloch ragenden Polierstange (2) verbunden ist, die mittels eines motorisch angetriebenen Pumpenbocks (19 bis 22) periodisch auf- und abbewegbar ist, um das Erdöl in einen über Tage befindlichen Tank oder eine Leitung (12) zu pumpen, mit einer Stopfbuchse (11) zur seitlichen Führung der Polierstange (2) während der Auf- und Abbewegung und mit einer Drehvorrichtung (3) zur Drehung der Polierstange (2) und damit des Pumpgestänges (1) um die Längsachse wird hinsichtlich einer Verringerung betriebsbedingten Abriebs und einer Verlängerung von Standzeiten und Wartungsintervallen dadurch verbessert, dass die Drehvorrichtung (3) einen elektronisch ansteuerbaren elektrischen Schrittmotor (4) für die Drehung von Polierstange (2) und Pumpgestänge (1) aufweist.A conveying device for the extraction of oil from a borehole, with a pump rod (1) arranged in a riser pipe (8) of the borehole, which is connected to a polishing rod (2) protruding from the borehole at the top, which is driven by a motor-driven pump block (19 to 22) can be moved up and down periodically in order to pump the petroleum into a tank or a line (12) which is located above ground, with a stuffing box (11) for lateral guidance of the polishing rod (2) during the up and down movement and with a Rotating device (3) for rotating the polishing rod (2) and thus the pump rod (1) about the longitudinal axis is improved in terms of reducing operational wear and extending service life and maintenance intervals in that the rotating device (3) has an electronically controllable electric stepping motor (4 ) for the rotation of the polishing rod (2) and pump rod (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fördervorrichtung zur Förderung von Erdöl aus einem Bohrloch, mit einem in einem Steigrohr des Bohrlochs angeordneten Pumpgestänge, das mit einer oben aus dem Bohrloch ragenden Polierstange verbunden ist, die mittels eines motorisch angetriebenen Pumpenbocks periodisch auf- und abbewegbar ist, um das Erdöl in einen über Tage befindlichen Tank oder eine Leitung zu pumpen, mit einer Stopfbuchse zur seitlichen Führung der Polierstange während der Auf- und Abbewegung und mit einer Drehvorrichtung zur Drehung der Polierstange und damit des Pumpgestänges um die Längsachse.The present invention relates to a conveying device for producing oil from a wellbore, comprising a pump pipe arranged in a riser of the borehole, which is connected to a polishing rod protruding from the borehole, which can be moved up and down periodically by means of a motor-driven pump mount to pump the petroleum into an overground tank or conduit with a stuffing box for laterally guiding the polishing rod during up and down movement and a rotating device for rotating the polishing rod and thus the pump linkage about the longitudinal axis.

Eine solche Fördervorrichtung ist beispielsweise aus der US 2011/0185825 A1 bekannt. Vorrichtungen zur Drehung des Pumpgestänges sind beispielsweise aus der US 2004/0011532 A1 oder der US 7,857,043 B2 bekannt. Die bekannten Drehvorrichtungen tragen zur Verbesserung der Lebensdauer des Pumpgestänges bei. Beim Betrieb der Fördervorrichtung reibt der Pumpgestängestrang des Pumpgestänges im Steigrohr, was auf die Dauer zu Abrieb führt. Wenn der Abrieb immer wieder an denselben Stellen von z.B. Steigrohr und Pumpgestängestrang anfällt, ist schnell die sichere Funktion gefährdet und die abgenutzten Teile müssen kostspielig ausgewechselt werden. Die Drehvorrichtung sorgt dafür, dass das Pumpgestänge während des Betriebs um seine Längsachse gedreht wird, so dass der Abrieb nicht an einer oder wenigen Stellen allein auftritt, sondern über einen größeren Bereich verteilt wird. Dadurch wird die Lebensdauer der genannten Bauteile erhöht und die Wartungsintervalle vergrößert. Such a conveyor device is for example from the US 2011/0185825 A1 known. Devices for rotating the pump linkage are for example from the US 2004/0011532 A1 or the US 7,857,043 B2 known. The known rotating devices contribute to the improvement of the life of the pump linkage. During operation of the conveying device, the pump linkage strand of the pump linkage rubs in the riser, which leads to abrasion in the long run. If the abrasion occurs again and again in the same places of eg riser and pump linkage strand, the safe function is quickly compromised and the worn parts must be replaced costly. The rotating device ensures that the pump linkage is rotated about its longitudinal axis during operation, so that the abrasion does not occur alone in one or a few places, but is distributed over a larger area. As a result, the life of said components is increased and increases the maintenance intervals.

Alle in den oben genannten Dokumenten offenbarten Drehvorrichtungen arbeiten rein mechanisch, wobei die Drehung erfolgt, wenn der untere Teil des Pumpgestänges unter Drucklast ist, so dass das Pumpgestänge seitlich aus der Steigrohrmitte herausgedrückt wird und die Steigrohrwand berührt. Wird in dieser Situation gedreht, so wird sowohl das Steigrohr als auch der untere Strang des Pumpgestänges stark belastet und großem Abrieb ausgesetzt. All of the rotary devices disclosed in the above documents operate purely mechanically, with rotation occurring when the lower part of the pump linkage is under compressive load, so that the pump linkage is pushed laterally out of the riser tube and contacts the riser wall. Is rotated in this situation, both the riser and the lower strand of the pump linkage is heavily loaded and exposed to high abrasion.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fördervorrichtung mit Drehvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern, so dass längere Standzeiten von Steigrohr und Pumpgestänge und größere Wartungsintervalle möglich sind.The object of the invention is to improve a conveyor with rotating device of the type mentioned, so that longer life of riser and pump rods and larger maintenance intervals are possible.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Drehvorrichtung einen elektronisch ansteuerbaren elektrischen Schrittmotor für die Drehung von Polierstange und Pumpgestänge aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Drehvorrichtung kann der Schrittmotor zu beliebigen Zeitpunkten angesteuert werden und das Pumpgestänge mit Polierstange kann um beliebige Drehwinkel gedreht werden. Es ist daher mit Vorteil möglich, Zeitpunkt und Drehwinkel so zu wählen, dass der durch den Betrieb der Fördervorrichtung erzeugte Abrieb minimiert wird.The invention solves this problem in that the rotating device has an electronically controllable electric stepper motor for the rotation of polishing rod and pump rod. In the case of the rotating device according to the invention, the stepping motor can be activated at any desired time and the pumping rod with polishing rod can be rotated by any desired angle of rotation. It is therefore advantageously possible to choose the time and angle of rotation so that the abrasion generated by the operation of the conveyor is minimized.

Vorzugsweise weist die Drehvorrichtung ein mechanisches Untersetzungsgetriebe auf, dessen Eingang mit dem Schrittmotor und dessen Ausgang mit der Polierstange verbunden ist. Das Untersetzungsgetriebe ermöglicht die Drehung der Polierstange um sehr geringe Drehwinkel, die mit mechanischen Drehvorrichtungen nicht erreicht werden.Preferably, the rotary device has a mechanical reduction gear whose input is connected to the stepping motor and whose output is connected to the polishing rod. The reduction gear allows rotation of the polishing rod by very small rotation angles, which are not achieved with mechanical rotary devices.

Um eine kompakte Drehvorrichtung zu erhalten wird vorgeschlagen, dass der Schrittmotor mit dem Getriebe zu einer Motor-Getriebe-Einheit verbunden ist und dass die Motor-Getriebe-Einheit an der Polierstange befestigt ist. Aufgrund der Kompaktheit kann die Motor-Getriebe-Einheit direkt um die Polierstange herum und auf der Polierstange sitzend angeordnet werden. Beim Betrieb der Fördervorrichtung bewegt sich die kompakte Motor-Getriebe-Einheit zusammen mit der Polierstange und dem übrigen Pumpgestänge auf und ab. Hierdurch lassen sich komplizierte mechanische Antriebsstränge zur Übertragung der Drehwinkel vermeiden.In order to obtain a compact rotating device, it is proposed that the stepping motor is connected to the transmission to a motor-gear unit and that the motor-gear unit is fixed to the polishing rod. Due to the compactness, the motor-gear unit can be arranged directly around the polishing rod and sitting on the polishing rod. During operation of the conveyor, the compact motor-gear unit moves together with the polishing rod and the rest of the pumping rod up and down. As a result, complicated mechanical drive trains for transmitting the rotation angle can be avoided.

Zur Nachrüstung älterer Förderpumpen, die bereits mit einer mechanischen Polierstangenrotator-Einheit ausgestattet sind, wird empfohlen, dass die Motor-Getriebe-Einheit durch eine deaktivierte, die Polierstange umschließende mechanische Polierstangenrotator-Einheit abgestützt ist, die hier als Halterung dient. Man benutzt also die deaktivierte mechanische Rotatoreinheit als Halterung und spart sich dadurch die Montage eines besonderen Halterung für die erfindungsgemäße Motor-Getriebe-Einheit.To retrofit older feed pumps that are already equipped with a mechanical polisher-rotator unit, it is recommended that the motor-reducer unit be supported by a deactivated polisher rod-rotating mechanical polisher-rotator unit that serves as a support. Thus, one uses the deactivated mechanical rotator unit as a holder and thereby saves the installation of a special holder for the engine-transmission unit according to the invention.

In Ausgestaltung der genannten Ausführungsform wird empfohlen, dass die Motor-Getriebe-Einheit mit einem Querbalken verbunden ist, der sich seitlich in entgegengesetzte Richtungen quer zur Polierstange erstreckt und zur Erzeugung des für die Drehung der Polierstange erforderlichen Drehmoments jeweils an zwei seitlich der Polierstange angeordneten, einerseits an der Polierstange und andererseits an einem Pferdekopf der Fördervorrichtung zur Übertragung der Pumpbewegung vom Pferdekopf auf die Polierstange befestigten Seilzügen abstützbar sind. Die gespannten Seilzüge nehmen dabei das von der Motor-Getriebe-Einheit erzeugte Drehmoment auf, so dass Polierstange und Pumpgestänge beim Betätigen des Motors gedreht werden. In an embodiment of the said embodiment, it is recommended that the motor-gear unit is connected to a transverse bar which extends laterally in opposite directions transverse to the polishing rod and arranged for generating the torque required for the rotation of the polishing rod respectively at two laterally of the polishing rod, on the one hand on the polishing rod and on the other hand on a horse's head of the conveying device for transmitting the pumping movement from the horse's head to the polishing rod fixed cables are supported. The tensioned cables take on the torque generated by the engine-transmission unit, so that the polishing rod and pump rods are rotated when operating the engine.

In einer besonders kostengünstigen Ausführungsform ist der genannte Querbalken aus Winkeleisen ausgeführt, welches einfach und kostengünstig beschafft werden kann. In a particularly cost-effective embodiment of said crossbar is made of angle iron, which can be procured easily and inexpensively.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fördervorrichtung mindestens einen Kraftsensor aufweist, der die auf die Polierstange einwirkenden Kräfte misst. Mit Hilfe dieses Kraftsensors lässt sich feststellen, ob sich das Pumpgestänge gerade im druckspannungsbelasteten oder im zugbelasteten Zustand befindet. Dies ist wichtig für die Ansteuerung des Schrittmotors, weil die Drehung des Pumpgestänges im zugbelasteten Zustand wesentlich weniger Abrieb erzeugt als wenn die Drehung im druckspannungsbelasteten Zustand erfolgte. In an embodiment of the invention, it is provided that the conveying device has at least one force sensor which measures the forces acting on the polishing rod. With the help of this force sensor can be determined whether the pumping rod is currently in the compressive stress loaded or in zugbelasteten state. This is important for the control of the stepper motor, because the rotation of the pump linkage in the tensile load state generates much less abrasion than when the rotation was performed in the compressive stress-loaded state.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fördervorrichtung mindestens einen Positionssensor zur Bestimmung der Positionen der Polierstange aufweist. Hierdurch lässt sich die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit der Polierstange und des übrigen Pumpgestänges bestimmen. Im Normalbetrieb der Fördervorrichtung ist das Pumpgestänge erfahrungsgemäß unter Zugspannung, wenn sich die Polierstange nach oben bewegt. Man kann so auch mit Hilfe des Positionssensors einen Zugspannungszustand der Pumpgestänges bestimmen, der für die Drehung vorteilhaft ist.In another embodiment of the invention it is provided that the conveying device has at least one position sensor for determining the positions of the polishing rod. This allows the direction of movement and speed of the polishing rod and the rest of the pump linkage to be determined. In normal operation of the conveyor, the pump linkage is experience under tension when the polishing rod moves upward. It is thus also possible with the aid of the position sensor to determine a tensile state of the pump linkage which is advantageous for the rotation.

Die oben beschriebene Fördervorrichtung wird mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit Vorteil so betrieben, dass der Schrittmotor zur Drehung der Polierstange betätigt wird, wenn sich die Polierstange und das Pumpgestänge in einem Zugspannungszustand befindet. Der Zugspannungszustand kann entweder von dem Kraftsensor angezeigt und/oder aus den Signalen des Positionssensors berechnet werden. Vorzugsweise wird hierzu ein Steuergerät verwendet, welches einerseits mit dem Schrittmotor und andererseits mit einem oder mehreren Sensoren verbunden ist und einen programmierbaren Micro-Prozessor aufweist.The conveying device described above is advantageously operated by means of a method according to the invention in such a way that the stepping motor for rotating the polishing rod is actuated when the polishing rod and the pumping rod are in a tensile state. The state of tension can either be displayed by the force sensor and / or calculated from the signals of the position sensor. Preferably, for this purpose, a control unit is used, which is connected on the one hand with the stepper motor and on the other hand with one or more sensors and has a programmable micro-processor.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schrittmotor zur Drehung der Polierstange betätigt wird, wenn der Kraftsensor einen Zugspannungszustand der Polierstange und des Pumpgestänges anzeigt.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the stepping motor is actuated for rotating the polishing rod when the force sensor indicates a tensile state of the polishing rod and the pump linkage.

Ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Schrittmotor zur Drehung der Förderstange betätigt wird, wenn der Positionssensor anzeigt, dass sich die Polierstange nach oben bewegt.Additionally or alternatively, it can also be provided that the stepping motor is actuated for rotating the feed bar when the position sensor indicates that the polishing bar is moving upwards.

Das Verfahren kann im Hinblick auf einen möglichst geringen Abrieb noch verbessert werden, indem der Schrittmotor zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Aufwärtshubes betätigt wird, so dass sich das Pumpgestänge gegenüber dem Steigrohr während der Drehbewegung jeweils in unterschiedlichen vertikalen Positionen befindet. Auf diese Weise wird vermieden, dass eine Drehung in immer gleicher Position von Pumpgestänge gegenüber dem Steigrohr selbst wieder Abrieb in einem eng begrenzten Bereich erzeugt. Wenn die Drehbewegung aber jeweils in verschiedenen Positionen bzw. zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgt, wenn sich die Polierstange und das Pumpgestänge während des Aufwätshubes in verschiedenen Höhenpositionen befindet, wird der durch die Drehbewegung erzeugte Abrieb auf einen viel größeren Bereich verteilt. Dadurch können die Wartungsintervalle und die Standzeit von Pumpgestänge und Steigrohr weiter verbessert werden.The method can be further improved in terms of the lowest possible abrasion by the stepper motor is actuated at different times during the upstroke, so that the pump rod opposite the riser during the rotational movement is in each case in different vertical positions. In this way, it is avoided that a rotation in always the same position of the pumping rod relative to the riser itself again generates abrasion in a narrowly limited area. However, if the rotational movement occurs in different positions at different times when the polishing rod and the pumping rod are in different height positions during the updating stroke, the abrasion generated by the rotational movement is distributed to a much larger area. As a result, the maintenance intervals and the service life of the pump rod and riser pipe can be further improved.

Die zuletzt genannte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann noch weiter verbessert werden, indem die Zeitpunkte der Betätigung des Schrittmotors zufällig verteilt sind. Für die Ansteuerung des Schrittmotors zu zufällig verteilten Zeitpunkten bzw. Positionen der Polierstange kann der Micro-Prozessor der Steuereinrichtung mit einem Zufallsgenerator versehen werden.The last-mentioned embodiment of the method according to the invention can be further improved by randomly distributing the times of actuation of the stepping motor. For controlling the stepping motor at randomly distributed times or positions of the polishing rod, the micro-processor of the control device can be provided with a random generator.

Die Verteilung des Abriebs auf eine größere Fläche und der damit verbundene Vorteil größerer Standzeiten und Wartungsintervalle kann auch dadurch gefördert werden, dass der Drehwinkel um den die Polierstange bei Betätigung des Schrittmotors gedreht wird, in vorgegebenen Grenzen variiert wird, vorzugsweise zufällig. Durch Ansteuern des Schrittmotors können im Rahmen einer Drehbewegung unterschiedlich viele Impulse zur schrittweisen Drehung des Schrittmotors erzeugt werden, was zu unterschiedlich großen Drehwinkeln der Förderstange führt. Diese Ansteuerung erfolgt vorzugsweise durch Programmierung des Micro-Prozessors der Steuerungsvorrichtung. Dabei kann eine mehr oder weniger zufällige Verteilung der Drehwinkel durch Verwendung eines Zufallsgenerator im Micro-Prozessor erzielt werden.The distribution of the abrasion over a larger area and the associated advantage of longer service lives and maintenance intervals can also be promoted by varying the angle of rotation by which the polishing rod is rotated when the stepping motor is actuated within predetermined limits, preferably at random. By driving the stepping motor different numbers of pulses for stepwise rotation of the stepping motor can be generated in the context of a rotational movement, resulting in different large angles of rotation of the feed bar. This control is preferably carried out by programming the micro-processor of the control device. In this case, a more or less random distribution of the rotation angle can be achieved by using a random number generator in the micro-processor.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Summe der Drehwinkel, um den das Pumpgestänge und die Polierstange durch Betätigung des Schrittmotors gedreht wird, ungefähr zwei Umdrehungen pro Tag beträgt. Bekannte mechanische Drehvorrichtungen erreichen typischerweise einhundert oder mehr Umdrehungen des Pumpgestänges und der Polierstange pro Tag. Eine so große Zahl von Umdrehungen ist zur Verringerung des Abriebs weder erforderlich noch optimal, denn es hat sich herausgestellt, dass zwei Umdrehungen pro Tag im Hinblick auf die Minimierung des Abriebs und die Maximierung von Standzeit und Wartungsintervallen ausreichend sind.In a likewise preferred embodiment of the method according to the invention, provision is made for the sum of the angles of rotation, by which the pump rod and the polishing rod is rotated by actuation of the stepping motor, to be approximately two revolutions per day. Known mechanical rotary devices typically achieve one hundred or more revolutions of the pump rod and the polishing rod per day. Such a large number of revolutions is neither necessary nor optimal for reducing abrasion, because it has been found that two revolutions per day are sufficient for minimizing abrasion and maximizing service life and maintenance intervals.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen: The figures of the drawing show in detail:

1: Ein Detail einer erfindungsgemäßen Fördervorrichtung mit Drehvorrichtung; 1 : A detail of a conveying device according to the invention with a rotating device;

2: das Detail von 1 von der Rückseite her gesehen; 2 : the detail of 1 seen from the back;

3: eine schematische Darstellung einer kompletten Fördervorrichtung. 3 : a schematic representation of a complete conveyor.

In 3 erkennt man ein Bohrloch, dessen Innenwand durch ein einzementiertes Futterrohr 13 gesichert ist. Innerhalb des Futterrohrs 13 ist ein Steigrohr 8 angeordnet, in welchem eine Pumpe 15 auf und ab bewegbar ist. Das Steigrohr 8 ist mittels Steigrohrverankerungen 14 im Futterrohr 13 verankert. Zur Bewegung der Pumpe 15 ist ein Pumpgestänge 1 vorgesehen, welches im oberen Bereich des Bohrlochs mit dem unteren Ende einer Polierstange 2 verbunden ist. Die Polierstange 2 ist in einer Stopfbuchse 11 geführt, die die zum Pumpen erforderliche Auf- und Abbewegung ermöglicht. Durch die Führung der Stopfbuchse 11 kann sich die Polierstange 2 nur vertikal auf und ab bewegen und ist gegen Verschiebungen in horizontaler Richtung fixiert. Im oberen Bereich der Polierstange 2, der sich bei deren Auf- und Abbewegung immer oberhalb der Stopfbuchse 11 befindet, ist ein Trägerbalken 23 angeordnet, der die Polierstange 2 mit zwei Seilzügen 9, 10 verbindet (siehe auch 2 und 3). Die Seilzüge 9, 10 sind ihrerseits an einem Pferdekopf 17 befestigt. Der Pferdekopf 17 ist mit einem Ende eines Wanderbalkens 18 verbunden, dessen anderes Ende gelenkig mit einem Arm 27 eines Kurbelmechanismus 22, 27, 28 verbunden ist, der außerdem noch einen Kurbelarm 22 und ein Gegengewicht 28 aufweist. Der Kurbelmechanismus wird von einem Motor 19 angetrieben, der über einen Antriebsriemen 20 und ein Getriebe 21 den Kurbelarm 22 dreht. Der Wanderbalken 18 wird von einem Gerüst 24 getragen, an dessen oberen Ende ein Zentrallager 26 für die bewegliche Lagerung des Wanderbalkens 18 angeordnet ist. In 3 can be seen a borehole, the inner wall by a cemented casing 13 is secured. Inside the casing 13 is a riser 8th arranged in which a pump 15 is movable up and down. The riser 8th is by means of riser anchors 14 in the casing 13 anchored. To move the pump 15 is a pumping rod 1 provided, which in the upper region of the borehole with the lower end of a polishing rod 2 connected is. The polishing rod 2 is in a stuffing box 11 guided, which allows the pumping required for up and down movement. By guiding the stuffing box 11 can the polish rod 2 only move vertically up and down and is fixed against displacement in the horizontal direction. In the upper part of the polishing rod 2 always moving above the stuffing box when moving up and down 11 is a support beam 23 Arranged the polish rod 2 with two cables 9 . 10 connects (see also 2 and 3 ). The cables 9 . 10 are in turn on a horse's head 17 attached. The horse's head 17 is with one end of a walking beam 18 connected, the other end hinged with one arm 27 a crank mechanism 22 . 27 . 28 connected, which also has a crank arm 22 and a counterweight 28 having. The crank mechanism is powered by a motor 19 powered by a drive belt 20 and a gearbox 21 the crank arm 22 rotates. The hiking bar 18 is from a scaffold 24 worn, at the top of a central warehouse 26 for the mobile storage of the walking beam 18 is arranged.

Beim Betrieb der Fordervorrichtung erzeugt die Drehbewegung des Motors 19 über den Kurbelarm 22 und den Arm 27 eine Kippbewegung des Wanderbalkens 18 mit Drehpunkt in dem Zentrallager 26. Dadurch vollzieht der Pferdekopf 17 eine Auf- und Abbewegung, die über die Seilzüge 9, 10 und den Trägerbalken auf die Polierstange 2 und von dieser auf das Pumpgestänge 1 übertragen wird, welches dabei die Pumpe 15 aus einer Position unterhalb einer Förderzone 16 nach oberhalb der Förderzone 16 periodisch anhebt und anschließend wiederabsenkt. Dabei wird Erdöl aus der Förderzone durch das Steigrohr 8 bis nach übertage gepumpt, wo es durch die Abflussleitung 12 abfließen kann, um gespeichert oder weiterverarbeitet zu werden. During operation of the Fordervorrichtung generates the rotational movement of the engine 19 over the crank arm 22 and the arm 27 a tilting movement of the walking beam 18 with fulcrum in the central warehouse 26 , As a result, the horse's head completes 17 an up and down movement, over the cables 9 . 10 and the support beam on the polishing rod 2 and from this to the pump rod 1 is transmitted, which thereby the pump 15 from a position below a conveying zone 16 to above the conveyor zone 16 periodically raises and then lowered again. This oil is from the production zone through the riser 8th pumped to overground where it passes through the drain pipe 12 can drain off to be stored or further processed.

Bei der Abwärtsbewegung ist das Pumpgestänge 1 zum Teil nicht unter Zugspannung, sondern zumindest abschnittsweise sogar unter Druckspannung. Dabei kann sich das Pumpgestänge 1 seitlich verbiegen, bis es die Innenwand des Steigrohrs 8 berührt. Diese Situation eines verbogenen Pumpgestänges 25 ist in 3 schematisch angedeutet. Im Hinblick auf den Verschleiß von Steigrohr 8 und Pumpgestänge 1 wäre es unvorteilhaft, wenn man das Pumpgestänge 1 in dem Moment dreht, wenn es an der Innenwand des Steigrohrs 8 anliegt. Genau dies tun aber herkömmliche mechanische Polierstangenrotatoren. Mit der erfindungsgemäßen Drehvorrichtung 3 hingegen hingegen kann der genannte Nachteil vermieden werden. In the downward movement is the pump linkage 1 sometimes not under tension, but at least partially even under compressive stress. This can be the pump rod 1 bend laterally until it is the inner wall of the riser 8th touched. This situation of a bent pump linkage 25 is in 3 indicated schematically. In terms of wear of riser 8th and pumping rods 1 It would be unfavorable to use the pump linkage 1 at the moment it rotates when it hits the inner wall of the riser 8th is applied. But this is exactly what traditional mechanical polishing rod rotators do. With the rotary device according to the invention 3 while the disadvantage can be avoided.

In 1 zeigt einen Ausschnitt aus der in 3 dargestellten und oben beschriebenen Fördervorrichtung zur Förderung von Erdöl aus einem Bohrloch. In 1 shows a section of the in 3 illustrated and described above for conveying oil from a wellbore.

Damit sich das Pumpgestänge 1 und die Polierstange 2 bei der ständigen Auf- und Abbewegung nicht einseitig abnutzt, ist eine Drehvorrichtung 3 vorgesehen, mittels der die Polierstange 1 immer wieder um einen geringen Drehwinkel um ihre Längsachse gedreht wird. Dabei wird auch das mit der Polierstange 2 verbundene Pumpgestänge 1 mitgedreht. Die Drehvorrichtung 3 besteht aus einem elektronisch ansteuerbaren elektrischen Schrittmotor 4 und einem mechanischen Untersetzungsgetriebe 5, welches beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Kegelstirnradgetriebe ausgestaltet ist. Der Eingang des Getriebes 5 ist mit dem Schrittmotor 4 verbunden und der Ausgang mit der Polierstange 2, so dass die vom Schrittmotor 4 vorgegebene Umdrehungszahl im Getriebe 5 untersetzt wird und eine entsprechend dem Untersetzungsverhältnis verkleinerte Umdrehungszahl der Polierstange 2 resultiert. Mit dem Schrittmotor 4 lassen sich bereits recht kleine Drehwinkel erzeugen, die mittels des Getriebes 5 in noch kleinere Drehwinkel der Polierstange 2 untersetzt werden. Auf diese Weise kann die Polierstange 2 und damit das Pumpgestänge 1 um kleinste Drehwinkel, aber bei Bedarf auch um beliebig große Drehwinkel gedreht werden. Dadurch lassen sich in einem sehr weiten Bereich alle denkbaren Vorgaben bezüglich des optimalen Drehwinkels erfüllen.So that the pump rod 1 and the polishing bar 2 is not unilaterally worn in the constant up and down movement, is a turning device 3 provided by means of the polishing rod 1 repeatedly rotated by a small angle of rotation about its longitudinal axis. This is also the case with the polishing rod 2 connected pumping rods 1 rotated. The turning device 3 consists of an electronically controllable stepper motor 4 and a mechanical reduction gear 5 , which is designed in the present embodiment as bevel helical gear. The entrance of the gearbox 5 is with the stepper motor 4 connected and the output with the polishing rod 2 so that's from the stepper motor 4 specified number of revolutions in the gearbox 5 is reduced and a reduced according to the reduction ratio number of revolutions of the polishing rod 2 results. With the stepper motor 4 can already generate quite small angles of rotation, by means of the transmission 5 in even smaller angles of rotation of the polishing rod 2 be reduced. In this way, the polishing rod 2 and thus the pump rod 1 to smallest turning angle, but if necessary also be rotated by arbitrarily large rotation angle. As a result, all conceivable specifications regarding the optimum rotation angle can be fulfilled in a very wide range.

Der Schrittmotor 4 ist am Getriebe 5 angeflanscht, so dass sich eine kompakte Motor-Getriebe-Einheit 4, 5 ergibt, die an der Polierstange 2 befestigt ist. Hierfür ist ein Durchgang für die Polierstange 2 im Gehäuse des Getriebes 5 der Motor-Getriebe-Einheit 4, 5 vorgesehen. Die Motor-Getriebe-Einheit 4, 5 wird mit der genannten Öffnung über die Polierstange 2 gesteckt und in der gewünschten Höhe fixiert, wobei der Ausgang des Getriebes 5 drehfest mit der Polierstange 2 verbunden wird. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Fördervorrichtung bereits mit einer alten mechanisch wirkenden Polierstangenrotator-Einheit 6 ausgerüstet ist. Die alte Polierstangenrotator-Einheit 6 wird in diesem Fall deaktiviert und dient weiterhin als Halterung zur vertikalen Abstützung der Motor-Getriebe-Einheit 4, 5.The stepper motor 4 is on the gearbox 5 flanged, so that is a compact engine-transmission unit 4 . 5 that results in the polishing rod 2 is attached. This is a passage for the polishing rod 2 in the housing of the gearbox 5 the engine-gear unit 4 . 5 intended. The engine-transmission unit 4 . 5 goes over the polishing rod with the opening mentioned 2 plugged and fixed at the desired height, the output of the transmission 5 rotatably with the polishing rod 2 is connected. It is particularly useful if the conveyor already with an old mechanically acting polishing rod rotator unit 6 equipped. The old polish rod rotator unit 6 is deactivated in this case and also serves as a support for vertical support of the engine-gear unit 4 . 5 ,

Das von der Drehvorrichtung 3 erzeugte Drehmoment für die Drehung von Polierstange 2 und Pumpgestänge 1 muss abgestützt werden, um ein Mitdrehen der Motor-Getriebe-Einheit 4, 5 zu verhindern. Aus diesem Grund ist die an der Oberseite des Gehäuses der Motor-Getriebe-Einheit 4, 5 ein horizontal angeordneter Querbalken 7 befestigt, der aus einem Winkeleisen besteht, dessen in entgegengesetzte Richtungen abstehende Endabschnitte quer über die beiden vertikal verlaufenden Seilzüge 9, 10 ragen und das je nach Drehrichtung an einem der beiden Seilzüge 9, 10 anliegt. Durch die Anlage des Querbalkens 7 an einem der Seilzüge 9, 10 wird eine Drehung der Motor-Getriebe-Einheit 4, 5 auf der Polierstange 2 verhindert, so dass bei Betätigung des Schrittmotors 4 stattdessen die Polierstange 2 und mit dieser das Pumpgestänge 1 gedreht wird. That of the turning device 3 generated torque for the rotation of polishing rod 2 and pumping rods 1 Must be supported to turn the engine / gearbox unit 4 . 5 to prevent. Because of this, the at the top of the housing is the engine-transmission unit 4 . 5 a horizontally arranged crossbeam 7 fastened, which consists of an angle iron, which projecting in opposite directions end portions across the two vertically extending cables 9 . 10 protrude and depending on the direction of rotation on one of the two cables 9 . 10 is applied. Through the installation of the crossbeam 7 on one of the cables 9 . 10 will be a rotation of the engine-transmission unit 4 . 5 on the polished rod 2 prevented, so that when operating the stepper motor 4 instead the polish rod 2 and with this the pump rod 1 is turned.

Des Weiteren ist ein Positionssensor 29 zur Bestimmung der Position der Polierstange 2 vorgesehen. Der Positionssensor 29 ist in etwa 30 cm Entfernung vom Zentrallager 26 montiert (3). Der Positionssensor 29 erfasst die Bewegungen des Wanderbalkens 18, aus der man die Position der Polierstange 2 und des Pumpgestänges 1 bestimmen kann. Furthermore, a position sensor 29 for determining the position of the polishing rod 2 intended. The position sensor 29 is about 30 cm away from the central warehouse 26 assembled ( 3 ). The position sensor 29 detects the movements of the walking beam 18 from which you can see the position of the polishing rod 2 and the pump linkage 1 can determine.

Die Betätigung der Drehvorrichtung 3 erfolgt vorzugsweise durch eine zentrale Steuereinheit, die einen programmierbaren Micro-Prozessor umfasst. Durch ein geeignetes Programm werden elektrische Impulse zur Ansteuerung des Schrittmotors 4 erzeugt, um eine vorbestimmte Teildrehung von Polierstange 2 und Pumpgestänge 1 zu erzeugen.The operation of the rotary device 3 is preferably done by a central control unit, which includes a programmable micro-processor. A suitable program generates electrical impulses for controlling the stepping motor 4 generated to a predetermined partial rotation of polishing rod 2 and pumping rods 1 to create.

Erfindungsgemäß wird die Teildrehung der Polierstange 2 und Pumpgestänge 1 nur dann vorgenommen, wenn sich beide und damit der komplette Pumpgestängestrang über die gesamte Länge unter Zugspannung befindet, so dass auch der ganz unten im Bohrloch kurz oberhalb der Pumpe 15 befindliche Abschnitt des Pumpgestänges 1 nicht mehr unter Druckspannung ist und keinen seitlichen Buckel zeigt. Um diesen Zustand der kompletten Zugspannung zu erreichen, muss die Last an der Polierstange 2 im Zunehmen sein. Spätestens kurz vor Erreichen des Maximums der Polierstangenlast muss die Teildrehung erfolgen. According to the invention, the partial rotation of the polishing rod 2 and pumping rods 1 only done when both and thus the entire pumping rod string over the entire length is under tension, so that the very bottom of the hole just above the pump 15 located section of the pump linkage 1 is no longer under compressive stress and shows no lateral hump. To achieve this state of complete tension, the load on the polishing rod 2 to be on the increase. At the latest shortly before reaching the maximum of the polishing bar load, the partial rotation must take place.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt aber noch viel weitgehendere Optimierungen bei der Bestimmung des richtigen Zeitpunktes für die Drehbewegung. Da es während der Aufwärtsbewegung der Polierstange 2 einen ausgedehnten Bereich von Positionen gibt, in denen eine Drehbewegung mit sehr geringem Verschleiß des Pumpgestänges 1 und des Steigrohrs 8 ausgeführt werden kann, sorgt die Programmierung des Micro-Prozessors der zentralen Steuereinheit dafür, dass über einen langen Zeitraum des Betriebs der Fördervorrichtung die Drehung von Pumpgestänge 1 und Polierstange 2 nicht immer in einer bestimmten Position der Polierstange 2 in vertikaler Richtung, sondern möglichst jedes Mal in einer anderen Vertikalposition erfolgt, um so eventuell noch auftretende Abnutzungen möglichst gleichmäßig über den gesamten betroffenen Bereich von Pumpgestänge 1 und Steigrohr 8 zu verteilen. Optimal ist die Verteilung der Zeitpunkte der Betätigung des Schrittmotors 4 zufällig verteilt. Hierfür ist die zentrale Steuervorrichtung mit einem Zufallsgenerator ausgestattet, der auch in Form einer geeigneten Software realisiert werden kann.However, the method according to the invention allows much more extensive optimization in determining the correct time for the rotational movement. As it is during the upward movement of the polishing rod 2 There are a wide range of positions in which a rotational movement with very little wear of the pump linkage 1 and the riser 8th can be executed, the programming of the micro-processor of the central control unit ensures that over a long period of operation of the conveyor the rotation of the pump linkage 1 and polish rod 2 not always in a certain position of the polishing rod 2 in the vertical direction, but preferably every time in a different vertical position, so possibly occurring wear as evenly as possible over the entire affected area of the pump linkage 1 and riser 8th to distribute. Optimal is the distribution of the timing of the operation of the stepping motor 4 randomly distributed. For this purpose, the central control device is equipped with a random generator, which can also be implemented in the form of suitable software.

Auch für den möglichen Drehwinkel der Polierstange 2 bei der jeweiligen Betätigung des Schrittmotors 4 gibt es einen weiten Bereich. Bei Messungen an bestehenden Fördervorrichtungen hat sich herausgestellt, dass die Zahl der Umdrehungen von Polierstange und Pumpgestänge mit der Zahl von Betriebsstörungen korreliert. Mechanische Polierstangenrotator-Einheiten arbeiten mit etwa dreihunderttausend Umdrehungen des Pumpgestänges pro Jahr. Es ist also zweckmäßig, die Zahl der Umdrehungen zu reduzieren.Also for the possible rotation angle of the polishing rod 2 at the respective operation of the stepping motor 4 there is a wide range. Measurements on existing conveyors have been found to correlate the number of revolutions of the polishing rod and the sucker rod with the number of operational failures. Mechanical polishing rod rotator units operate with about three hundred thousand revolutions of the pump linkage per year. It is therefore appropriate to reduce the number of revolutions.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist daher vorgesehen, dass die Zahl der Umdrehungen vorzugsweise auf etwa zwei Umdrehungen pro Tag oder etwa siebenhundert Umdrehungen pro Jahr begrenzt ist. Dies erreicht man beispielsweise, indem man lediglich bei jeder zehnten Aufwärtsbewegung der Polierstange 2 eine Drehung von wenigen Grad durchführt. Herkömmliche mechanische Stangenrotator-Einheiten erzeugen hingegen etwa eine komplette Umdrehung der Förderstange auf zwanzig Hubzyklen. In the method according to the invention it is therefore provided that the number of revolutions is preferably limited to about two revolutions per day or about seven hundred revolutions per year. This can be achieved, for example, by only every tenth upward movement of the polishing rod 2 performs a rotation of a few degrees. Conventional mechanical rod rotator units, however, produce about a complete revolution of the feed bar to twenty stroke cycles.

Genauso wie bei der Verteilung der Zeitpunkte der Drehung über einen größeren Bereich ist es zweckmäßig, auch den Drehwinkel, um den die Polierstange 2 und das Pumpgestänge 1 bei einer Betätigung des Schrittmodus 4 gedreht wird, in vorgegebenen Grenzen zu variieren vorzugsweise mit einer zufälligen Verteilung der Größen der Drehwinkel. Just as in the distribution of the times of rotation over a larger area, it is appropriate, also the angle of rotation, to the polishing rod 2 and the pump linkage 1 when operating the step mode 4 is rotated to vary within predetermined limits, preferably with a random distribution of the sizes of the rotation angle.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Pumpgestänge sucker rod
22: Polierstange polished rod
33: Drehvorrichtung rotator
44: Schrittmotor stepper motor
55: Getriebe transmission
66: Polierstangenrotator-Einheit Polierstangenrotator unit
77: Querbalken crossbeam
88th: Steigrohr riser
9 9: Seilzug cable
1010: Seilzug cable
1111: Stopfbuchse gland
1212: Abflussleitung drain line
1313: Futterrohr casing
1414: Steigrohrverankerung Tubing anchor
1515: Pumpe pump
1616: Förderzone conveying zone
1717: Pferdekopf Horsehead
1818: Wanderbalken walking beam
1919: Motor engine
2020: Antriebsriemen drive belts
2121: Getriebe transmission
2222: Kurbelarm crank
2323: Trägerbalken beams
2424: Gerüst framework
2525: verbogenes Pumpgestänge Bent pump linkage
2626: Zentrallager central warehouse
2727: Arm poor
2828: Gegengewicht counterweight
2929: Positionssensor position sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2011/0185825 A1 [0002]
US 2004/0011532 Al [0002]
US 7857043 B2 [0002]

Claims

Conveying device for extracting oil from a borehole, with one in a riser ( 8th ) of the borehole arranged pump linkage ( 1 ), which with a projecting from the borehole polishing rod ( 2 ) connected by means of a motor-driven pump block ( 19 to 22 ) and a walking beam ( 18 ) is periodically moved up and down to transfer the petroleum to an over-day tank or conduit ( 12 ) with a stuffing box ( 11 ) for lateral guidance of the polishing rod ( 2 ) during the up and down movement and with a rotary device ( 3 ) for rotating the polishing rod ( 2 ) and thus the pump linkage ( 1 ) about the longitudinal axis, characterized in that the turning device ( 3 ) an electronically controllable stepper motor ( 4 ) for the rotation of polishing rod ( 2 ) and pump rods ( 1 ) having.

Conveyor device according to claim 1, characterized in that the rotary device ( 3 ) a mechanical reduction gear ( 5 ) whose input to the stepper motor ( 4 ) and its output with the polishing rod ( 2 ) connected is.

Conveying device according to claim 1 or 2, characterized in that the stepping motor ( 4 ) with the gearbox ( 5 ) to a motor-gear unit ( 4 . 5 ) and that the engine-transmission unit ( 4 . 5 ) on the polishing rod ( 2 ) is attached.

Conveying device according to claim 3, characterized in that the engine-transmission unit ( 4 . 5 ) by a deactivated, the polishing rod ( 2 ) enclosing, mechanical Polierstangenrotator unit ( 6 ) is supported, which serves as a holder.

Conveying device according to claim 3 or 4, characterized in that the engine-transmission unit ( 4 . 5 ) with a crossbeam ( 7 ) which extends laterally in opposite directions transverse to the polishing rod ( 2 ) and for generating the for the rotation of the polishing rod ( 2 ) required torque at two laterally of the polishing rod ( 2 ), on the one hand on the polishing rod ( 2 ) and on the other hand on a horse's head ( 17 ) of the conveying device for transmitting the pumping movement from the horse's head ( 17 ) on the polishing rod ( 2 ) attached cables ( 9 . 10 ) are supportable.

Conveying device according to claim 5, characterized in that the transverse bar ( 7 ) is designed as an angle iron.

Conveying device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one force sensor, which on the Polierstange ( 2 ) measures acting forces.

Conveying device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one position sensor ( 29 ) for determining the positions of the polishing rod ( 2 ) having.

Method for operating a conveying device according to one of the preceding claims, characterized in that the stepping motor ( 4 ) for rotating the polishing rod ( 2 ) is operated when the polishing rod ( 2 ) and the pump rod ( 1 ) is in a tensile state.

Method according to claim 9, characterized in that the stepping motor ( 4 ) for rotating the polishing rod ( 2 ) is actuated when the force sensor has a tensile state of the polishing rod ( 2 ).

Method according to claim 9 or 10, characterized in that the stepping motor ( 4 ) for rotating the polishing rod ( 2 ) is actuated when the position sensor ( 29 ) indicates that the polishing rod ( 2 ) moves upwards.

Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the stepping motor ( 4 ) is actuated at different times during the upstroke, so that the pump rod ( 1 ) opposite the riser ( 8th ) is in different vertical positions during the rotational movement.

Method according to Claim 12, characterized in that the times of actuation of the stepping motor ( 4 ) are distributed randomly.

Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the angle of rotation by which the pump rod ( 1 ) and the polishing rod ( 2 ) when the stepping motor ( 4 ) is rotated, is varied within predetermined limits, preferably random.

Method according to one of claims 9 to 14, characterized in that the sum of the rotational angle by which the pump rod ( 1 ) and the polishing rod ( 2 ) by actuating the stepping motor ( 4 ) is about two turns per day.