DE112008001760B4

DE112008001760B4 - Druckausgleicher in einer elektrischen Tauchpumpenanordnung mit Druckkammer, der zwei Druckbarrieren aufweist

Info

Publication number: DE112008001760B4
Application number: DE112008001760T
Authority: DE
Inventors: Larry J. Parmeter; Arturo L. Poretti
Original assignee: Baker Hughes Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2028-07-02
Also published as: WO2009009351A1; GB201000216D0; DE112008001760T5; CA2692651A1; GB2464015A; US20090010773A1; GB2464015B; US7708534B2; BRPI0814059B1; CA2692651C; BRPI0814059A2

Abstract

Bohrlochpumpenanordnung mit
einer Rotationspumpe (15),
einem Elektromotor (21) zur Drehung der Rotationspumpe (15), wobei der Motor (21) eine Motorkammer (89) aufweist, in der Motorschmiermittel (75) enthalten ist,
einer zwischen dem Motor (21) und der Rotationspumpe (15) angebrachten Druckkammer (19), wobei die Druckkammer (19) ein Druckkammerschmiermittel (58) enthält,
einem in der Druckkammer (19) angebrachten Drucklager (27) zur Absorbierung eines Drucks, der durch den Betrieb der Rotationspumpe (15) auferlegt wird,
wenigstens einer Dichtung (49) zur Verhinderung des Eintritts von Druckkammerschmiermittel (58) in die Motorkammer (89),
einem Gehäuse (101), das an dem Motor (21) angebracht ist und einen Druckkammerschmiermittelkanal (77) für einen Zutritt von Druckkammerschmiermittel (58) aus der Druckkammer (19), einen Motorschmiermittelkanal (125) für einen Zutritt von Motorschmiermittel (75) von dem Motor (21), und einen Bohrfluideinlass (105) für einen Zutritt von Bohrlochfluid aufweist,
einer ersten Barriere (105) in dem Gehäuse (101), deren eine Seite mit Druckkammerschmiermittel...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich insgesamt auf Bohrlochpumpenanordnungen und insbesondere auf einen Druckausgleicher, der das Druckdifferential zwischen einem Schmiermittel in dem Motor und dem äußeren hydrostatischen Druck in dem Bohrloch reduziert.
Hintergrund der Erfindung
Elektrische Tauchpumpen werden verwendet, um große Fluidvolumen aus Bohrlöchern zu fördern, wie dies für die Kohlenwasserstoffförderung typisch ist. Normalerweise umfasst eine elektrische Tauchpumpenanordnung eine Rotationspumpe und einen Vor-Ort-Elektromotor. Die Rotationspumpe kann eine Zentrifugalpumpe sein, die aus einer großen Anzahl von Zentrifugalstufen mit Impellern und Diffusern aufgebaut ist. In einigen Fällen kann aber auch eine Exzenterschneckenpumpe verwendet werden.
Der Motor ist mit einem dielektrischen Motoröl oder Schmiermittel gefüllt. Das Motoröl dehnt sich aus, wenn die Temperatur ansteigt, was normalerweise auftritt, wenn eine Pumpe in ein Bohrloch abgesenkt wird. Auch die Wärme des Motors während des Betriebs verursacht einen Temperaturanstieg. Die Ausdehnung des Öls kann das Volumenaufnahmevermögen des Motors überschreiten, wodurch eine Undichtigkeit verursacht wird. Um dieses Auftreten zu verhindern, ist ein Dichtungsabschnitt zwischen den Motor und die Pumpe geschaltet. Der Dichtungsabschnitt hat einen Einlass für eine Zuführung von Bohrlochfluid und eine flexible Barriere, um das Bohrlochfluid von dem Schmiermittel zu trennen und den Druck zwischen dem in dem Motor enthaltenen Schmiermittel und dem Bohrlochfluid auszugleichen. Der Dichtungsabschnitt hat eine Entlüftung, die es ermöglicht, dass der Motor überschüssiges Öl in die Bohrlochumgebung abgeben kann, wenn das Volumen des Öls über die Volumenaufnahmefähigkeit der Anordnung hinausgeht.
Normalerweise hat der Dichtabschnitt auch ein Drucklager, um die Axialdrucklast von der darüberliegenden Pumpe aufzunehmen. Gewöhnliche Dichtabschnitte haben deshalb vier Grundfunktionen: a) das Ausgleichen des Drucks zwischen dem Bohrloch und dem Inneren des Motors; b) das Bereitstellen eines Reservoirs für das Motoröl; c) die Kompensierung der Ausdehnung des Öls aufgrund des Temperaturanstiegs; und d) die Aufnahme der Axialdrucklast von der darüberliegenden Pumpe.
Ein Problem bei existierenden Dichtabschnitten besteht darin, dass, wenn ein Leck auftritt, Bohrlochfluid in den Motor eintritt und einen elektrischen Kurzschluss verursacht, wodurch die Ausrüstung zerstört wird. Um dieses Auftreten zu verhindern, werden in einigen Fällen verschiedene Dichtabschnitte miteinander gekoppelt, wobei jeder unabhängig von dem anderen funktioniert. Bei dieser Anordnung schützen die untenliegenden Dichtabschnitte weiter den Motor, wenn der obere Dichtabschnitt leckt und versagt.
Redundante Dichtabschnitte sind jedoch kostenaufwändig und fügen nur eine zusätzliche Menge an Zeit hinzu, bevor das Versagen letztendlich auftritt. Wenn der obere Dichtabschnitt versagt, verursachen eine Vibration und Leckage außerdem ein Versagen der anderen Dichtabschnitte in ziemlich kurzer Reihenfolge.
Aus der US 2004/0146415 A1 ist eine Bohrlochtauchpumpenanordnung bekannt, die einen Balg mit kleinem und einen Balg mit großem Durchmesse aufweist, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Die Innenräume der Bälge stehen miteinander in Fluidverbindung. und enthalten Motorschmiermittel. Wenn Bohrlochfluid durch Perforationen in das Gehäuse eintritt, befindet es sich an der Außenseite beider Bälge. Wenn ein Leck auftritt, kommt das Bohrlochfluid mit dem Motorschmiermittel in Kontakt. Hierdurch kann es zu einem Kurzschluss und zu einem Ausfallen des Motors kommen.
Die US 2005/0167096 A1 und die US 2002/0192090 A1 beschreiben jeweils eine Bohrlochtauchpumpenanordnung, die zum Druckausgleich einen torusförmigen Balg mit einem inneren und einem äußeren Wandabschnitt aufweist. Motorschmiermittel befindet sich innerhalb des inneren und außerhalb des äußeren Wandabschnitts. Das Bohrlochfluid befindet sich zwischen den beiden Wandabschnitten.
In der US 2002/0812055 A1 ist eine Bohrlochtauchpumpenanordnung offenbart, die einen Motorabschnitt und einen Pumpabschnitt umfasst. Eine Ausgleichsvorrichtung ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Bohrlochtauchpumpenanordnung zu schaffen, bei der sichergestellt ist, dass kein Bohrlochfluid in den Motor eindringen kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Bohrlochtauchpumpenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 8.
Bei der erfindungsgemäßen Bohrlochtauchpumpenanordnung wird sichergestellt, dass kein Bohrlochfluid in Motor eintreten kann, da die äußere Barriere, das Druckkammerschmiermittel enthält. Falls Bohrlochfluid eindringt, kommt es demnach nicht mit dem Motorschmiermittel sondern mit dem Druckkammerschmiermittel in Kontakt. Ein Ausfall des Motors wird deshalb verhindert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine teilweise schematische Querschnittsansicht, die eine Pumpenanordnung zeigt, die erfindungsgemäß aufgebaut ist.
2A ist eine Querschnittsansicht einer Druckkammer, die in der Pumpenanordnung von 1 verwendet wird.
2B ist eine Querschnittsansicht des oberen Teils des Motors der Anordnung von 1.
2C ist eine Querschnittsansicht des unteren Teils des Motors von 1 und zeigt außerdem eine Ausgleichskammer.
3 ist eine Querschnittsansicht ähnlich 2A, jedoch in einer anderen Schnittebene gezeigt.
4 ist eine Querschnittsansicht der Ausgleichskammer von 1 entlang der Linie 4-4 von 2C.
5 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Druckausgleichbarriere.
6 ist eine andere Seitenansicht der Barriere von 5.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezugnehmend auf 1 ist ein Bohrloch gezeigt, das ein Casing 11 aufweist. Ein Fördersteigrohrstrang 13 ist in das Casing 11 abgesenkt. Eine Rotationspumpe 15 ist an dem unteren Ende des Steigrohrs 13 für eine Förderung von Bohrlochfluid im Steigrrohr 13 nach oben angebracht. Die Pumpe 15 ist typischerweise eine Zentrifugalpumpe mit einer großen Anzahl von Stufen, wobei jede Stufe einen Impeller und einen Diffuser aufweist. Alternativ kann die Pumpe 15 von anderer Art sein, wie zum Beispiel eine Exzenterschneckenpumpe. Die Pumpe 15 hat einen Einlass 17, der Bohrlochfluid in die Pumpe 15 saugt.
Eine Druckeinheit 19 ist mit dem unteren Ende der Pumpe 15 verbunden. Ein elektrischer Motor 21 ist an dem unteren Ende der Druckeinheit 19 befestigt. Der Motor 21 ist normalerweise ein Dreiphasen-Elektromotor, der mit Strom aus einem Stromkabel 23 versorgt wird, das sich von der Oberfläche nach unten erstreckt. Eine Druckausgleicheinrichtung 24 ist an dem unteren Ende des Motors 21 befestigt.
Bezugnehmend auf 2A weist die Druckeinheit 19 ein Gehäuse 25 auf. Eine herkömmliche Drucklageranordnung zur Absorbierung von Axialdruck von der Pumpe 15 (1) ist innerhalb des Gehäuses 25 enthalten. Die Drucklageranordnung weist normalerweise ein sich drehendes Lagerelement oder einen Läufer 27 und eine stationäre Basis 29 für nach unten gerichteten Druck auf. Da ein nach oben gerichteter Druck bei der Pumpe 15 (1) auftreten kann, kann die Drucklageranordnung auch eine Basis 31 für nach oben gerichteten Druck aufweisen, die oberhalb des Druckläufers 27 angeordnet ist. Der Druckläufer 27 ist an einer Druckkammerwelle 33 befestigt, um mit dieser zu drehen.
Die Druckkammerwelle 33 ist mit dem unteren Ende der Pumpenwelle 35 gekoppelt. Das untere Ende der Druckkammerwelle 33 ist mit der Motorwelle 37 gekoppelt. Ein Verbindungsglied 39 zwischen der Pumpenwelle 35 und der Druckkammerwelle 33 überträgt Drehmoment, Druckkraft und optional Zugspannung. Ein Verbindungsglied 41 dient auf ähnliche Weise zur Übertragung von Drehmoment, Druckkraft und optional Zugspannung zwischen der Motorwelle 37 und der Druckkammerwelle 33.
Die Druckeinheit 19 weist einen Kopfabschnitt 43 auf, der an dem oberen Ende des Gehäuses 25 befestigt ist. Außerdem ist ein Basisabschnitt 45 (vgl. 3) an dem unteren Ende des Gehäuses 25 der Druckeinheit befestigt. Eine obere Dichtanordnung 47 bildet eine Dichtung um die Druckkammerwelle 33, um den Eintritt von Bohrlochfluid aus dem Hohlraum 53 in das Gehäuse 25 der Druckeinheit zu verhindern. Auf ähnliche Weise ist eine untere Dichtanordnung 49 innerhalb des Basisabschnittes 45 zur Dichtung um die Druckkammerwelle 33 angeordnet. Ein Satz von Buchsen 51 innerhalb des Kopfabschnitts 43 und innerhalb des Basisabschnitts 45 sorgt für eine radiale Stabilität der Welle 33, bildet jedoch keine Dichtungen.
Ein oberer Hohlraum 53 innerhalb des Kopfabschnitts 43 der Druckeinheit wird während des Betriebes mit Bohrlochfluid gefüllt. Ein unterer Hohlraum 55 umgibt die untere Dichtungsanordnung 49. Die verschiedenen Räume zwischen den oberen und unteren Dichtungen 47, 49 können als Teil einer Druckkammer 57 betrachtet werden, die das Druckkammerschmiermittel 58 enthält. Das Druckkammerschmiermittel 58 dient zur Schmierung der Lagerkomponenten 27, 29, 31 und 51. Die Druckeinheit 19 hat einen Einfüllkanal 59 zur Füllung der Druckkammer 57 mit Druckkammerschmiermittel 58. Das Füllen kann herkömmlich sein, optional durch Verwendung einer Vakuumpumpe, um zunächst Luft zu evakuieren. Zusätzlich ermöglicht ein Kanal mit einem Rückschlagventil 63, dass ein Überschuss an Druckkammerschmiermittel 58 während des Füllens und während des Betriebes nach außen hinaus gedrängt werden kann. In diesem Beispiel ist das Rückschlagventil 63 an dem oberen Ende der Druckkammer 57 in der Nähe der oberen Dichtungsanordnung 47 angeordnet.
3, die die Druckeinheit 19 in einer anderen Schnittebene zeigt als 2A, stellt einen Kanal 65 dar, der Druckkammerschmiermittel 58 aus dem Drucklagerbereich zu einer Stelle knapp über der unteren Dichtung 49 überträgt. Die Druckkammerwelle 33 weist einen Kanal 67 auf, der sich axial innerhalb der Welle 33 von dem unteren Ende der Welle 33 bis zu einer Stelle nach oben erstreckt, die in kurzem Abstand über der unteren Dichtung 49 liegt. Quer gebohrte Kanäle 69 erstrecken sich durch die Welle 33 in der Nähe des oberen Endes des Kanals 67 knapp über der unteren Dichtung 49. Der Kanal 65 überträgt Druckkammerschmiermittel 58 zu dem axialen Kanal 67 der Welle über die Kanäle 69. Ein axialer Kanal 71 erstreckt sich durch das untere Verbindungsglied 41 für eine Verbindung mit dem Druckkammerwellenkanal 67. Das Verbindungsglied 41 weist Dichtungen 73 auf, die jegliche Leckage von Druckkammerschmiermittel 58 in den Hohlraum 55 verhindern.
Der Hohlraum 55 ist mit einem Motorschmiermittel 75 gefüllt, wie es in 2A gezeigt ist. Das Motorschmiermittel 75 ist ein dielektrisches Öl, das innerhalb des Motors 21 (1) enthalten ist. Das Motorschmiermittel 75 und das Druckkammerschmiermittel 58 können von derselben Art Schmiermittel sein. Alternativ können sie unterschiedliche Eigenschaften für ihre unterschiedlichen Funktionen haben. Ein Motorwellenkanal 77 erstreckt sich axial durch die Motorwelle 37 von dem unteren Ende bis zum oberen Ende. Das Druckkammerschmiermittel 58 kann durch den Motorwellenkanal 77 nach unten und nach oben wandern.
Bezugnehmend auf 2B ist ein Motorkopf 79 gezeigt. Der Kopf 79 weist Buchsen 81 für eine radiale Stabilisierung der Motorwelle 37 auf. Der Motorkopf 79 kann außerdem optional ein Motordrucklager 83 aufweisen, um nach unten gerichteten Druck auf die Motorwelle 37 aufgrund des Gewichts des Rotors und der Welle 37 des Motors 21 zu absorbieren. In 2B ist ein Füllkanal 85 gezeigt, der zur Füllung des Motors 21 mit Motorschmiermittel 75 verwendet wird. Die Füllung wird auf herkömmliche Weise gehandhabt. Der Füllkanal 85 mündet in einen Kanal 87, der sich von der Kammer aus erstreckt, die das Motordrucklager 83 enthält. Das innerhalb des Kanals 87 angeordnete Motorschmiermittel 75 steht mit dem Inneren des unteren Hohlraums 55 der Druckeinheit in Verbindung (2A), ist jedoch von dem Druckkammerschmiermittel 58 durch Dichtungen 73 abgedichtet.
Weiter Bezug nehmend auf 2B weist der Motor 21 ein Gehäuse 89 auf, dessen unterer Abschnitt in 2C gezeigt ist. Das Gehäuse 89 enthält elektrische Komponenten des Motors 21, wie zum Beispiel den Rotor und den Stator einschließlich Wicklungen. Bezug nehmend auf 2C ist ein Adapter 91 an dem unteren Ende des Motorgehäuses 89 beispielsweise wie gezeigt durch Gewinde befestigt. Der Adapter 91 weist einen rohrförmigen Hals 93 auf, der sich nach oben erstreckt. Ein Satz von Radialbuchsen 95 sorgt für eine Lagerung des unteren Endes der Motorwelle 37. Der Adapter 91 hat einen zentralen Hohlraum 97, in den sich das untere Ende der Motorwelle 37 erstreckt. Der Hohlraum 97 wird über den Kanal 77 in der Motorwelle 37 mit Druckkammerschmiermittel 58 gefüllt. Eine Lippendichtung 99 dichtet um den unteren Abschnitt der Motorwelle 37 ab, um eine Leckage von Druckkammerschmiermittel 58 an den Buchsen 95 vorbei in das Motorgehäuse 89 zu verhindern.
In diesem Beispiel ist der Druckausgleicher 24 eine separate Einheit, die an dem unteren Ende des Motorgehäuses 89 angebracht ist, er könnte jedoch auch innerhalb des Motorgehäuses 89 eingebaut sein. Der Ausgleicher 24 umfasst ein Gehäuse 101, das einen Einlasskanal 103 für einen Zutritt von Bohrlochfluid aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist der Einlasskanal 103 am unteren Ende des Gehäuses 101 angeordnet, er könnte jedoch sonstwo angeordnet sein. Die Ausgleichskomponenten umfassen eine äußere flexible Barriere 105, die innerhalb des Gehäuses 101 angeordnet ist. Die äußere Barriere 105 ist in diesem Beispiel ein dünnwandiger Metallbehälter. Die äußere Barriere 105 weist einen Boden 107 auf, der einen Füllkanal aufweist, der einen Stopfen 109 aufnimmt. Die äußere Barriere 105 weist einen Kranz 111 an ihrem oberen Ende auf, der die äußere Barriere 105 mit dem Adapter 91 verbindet. Der Kranz 111 wird durch einen Bundring 113 gehalten, der eine Schulter, an der der Kranz 111 anliegt, und ein Innengewinde aufweist, das am Außengewinde am Adapter 91 befestigt.
Eine innere Barriere 115 ist innerhalb der äußeren Barriere 105 in diesem Beispiel angeordnet. Die innere Barriere 115 hat denselben Aufbau, hat jedoch einen geringeren Durchmesser und eine geringere Länge. Die innere Barriere 115 hat ebenfalls einen geschlossenen Boden 117. An den Böden 107, 117 können Stoßfänger 118 angeordnet sein, um Vibrationsschaden zu vermeiden. In diesem Beispiel sind die äußeren und inneren Barrieren 105, 115 insgesamt zwischen dem oberen und unteren Ende elliptisch geformt. Diese Form erleichtert eine radiale Biegung der Wände der äußeren und inneren Barriere 105, 115. Die Barrieren 105, 115 werden in Ansprechung auf Druckänderungen radial zusammengedrückt und ausgedehnt.
Die innere Barriere 115 wird durch einen Innenbarriereadapter 119 an ihrem oberen Ende gehalten. Der Innenbarriereadapter 119 ist in dem unteren Ende des Hohlraums 97 des Adapters 91 befestigt. Dichtungen an der Außenseite des Innenbarriereadapters 119 verhindern, dass Drucklagerschmiermittel 58 um die Seiten des Innenbarriereadapters 119 in die innere Barriere 115 leckt. Ein Kanal 121 erstreckt sich von dem Hohlraum 97 durch den Adapter 91, den Kranz 111 und in die äußere Barriere 105 an einer Stelle zwischen der inneren Barriere 115 und der äußeren Barriere 105. Ein Stopfen 123 sperrt den Kanal 121 von der Außenseite ab.
Ein Motorschmiermittelkanal 125 erstreckt sich vom Inneren des Motorgehäuses 89 nach unten durch den Adapter 119 in das Innere der inneren Barriere 115. Ein Füllkanal 127 steht mit dem Motorschmiermittelkanal 125 für eine Füllung des Motorgehäuses 89 mit Motorschmiermittel 75 in Verbindung. Während des Befüllens wird der Füllkanal 127 zusammen mit einem anderen Kanal an dem oberen Ende des Motors 21, wie zum Beispiel dem Kanal 85 (2B), verwendet, um zu bestimmen, wann die Räume für das Motorschmiermittel 75 voll sind. Ein Entlüftungskanal 131 erstreckt sich von dem unteren Ende zu dem oberen Ende des Adapter 119, der mit dem Hohlraum 97 in Verbindung steht. Der Entlüftungskanal 131 enthält ein oder mehrere Rückschlagventile 133, die eine Strömung von Motorschmiermittel 75 nach oben ermöglichen, wenn das Druckdifferential ausreichend ist, um die Rückschlagventile 133 zu öffnen. Die Rückschlagventile 133 ermöglichen jedoch keine Strömung von Druckkammerschmiermittel 58 nach unten durch den Entlüftungskanal 131.
Im Betrieb werden der Motor 21 und die innere Barriere 115 mit Motorschmiermittel 75 gefüllt. Die Druckeinheit 19 und die äußere Barriere 105 werden mit Druckkammerschmiermittel 58 gefüllt. Druckkammerschmiermittel 58 füllt auch den Kanal 121, den Hohlraum 97 und den Motorwellenkanal 77 (2C). Motorschmiermittel 75 wird in dem Motor 21 und dem Druckeinheitshohlraum 55 (2A) angeordnet. Die Bedienungsperson senkt die Pumpenanordnung in das Bohrloch an dem Steigrohr 13 ab. Die Bohrlochtemperatur verursacht, dass das Motorschmiermittel 75 und das Druckkammerschmiermittel 58 sich ausdehnen. Wenn die Bedienungsperson beginnt, den Motor 21 mit Strom zu versorgen, erhöht die Wärme von dem Motor die Temperatur der Pumpanordnung weiter und verursacht eine weitere Ausdehnung des Druckkammerschmiermittels 58 und des Motorschmiermittels 75. Wenn die Schmiermittelräume voll sind, erhöht eine weitergehende Wärmeausdehnung das Druckdifferential des Druckkammerschmiermittels 58 und des Motorschmiermittels 75 gegenüber dem Bohrlochdruck. Wenn das Druckdifferential ein gewähltes Niveau erreicht, wird überschüssiges Motorschmiermittel 75 durch den Kanal 131 (2C) in den Hohlraum 97 abgelassen, wodurch es sich mit Druckkammerschmiermittel 58 vermischt. Überschüssiges Druckkammerschmiermittel 58 tritt ebenfalls aus, nicht nur zur Anpassung an das zusätzliche Motorschmiermittel 75, das in den Hohlraum 97 abgelassen wurde, sondern auch wegen der Ausdehnung des Druckkammerschmiermittels 58. Druckkammerschmiermittel 58 tritt durch das in 2A gezeigte Rückschlagventil 63 in das Bohrloch aus.
Der hydrostatische Druck des Bohrlochfluids wird mit dem Druckkammerschmiermittel 58 und dem Motorschmiermittel 75 über den Kanal 103 (2C) in Verbindung gebracht. Das Bohrlochfluid ordnet sich an dem Äußeren der äußeren Barriere 105 an. Der Druck des Bohrlochfluids wirkt auf die flexible äußere Barriere 105, um den Druck des Druckkammerschmiermittels 58 auf annähernd den des Bohrloches zu erhöhen. Der erhöhte Druck in der äußeren Barriere 105 wirkt auf die innere Barriere 115 auf ähnliche Weise, wodurch der Druck in der inneren Barriere 115 erhöht wird. Während des Betriebs sind die inneren Drücke des Druckkammerschmiermittels 58 und des Motorschmiermittels 75 annähernd gleich und im Wesentlichen gleich dem hydrostatischen Druck des Bohrlochfluids in dem Bohrloch.
Wenn der Motor 21 abgeschaltet wird, kühlen der Motor 21 und die Druckeinheit 19 ab, weshalb die Schmiermittel 58 und 75 in ihrem Volumen schrumpfen können. Das Originalvolumen des Schmiermittels sowohl in der Druckeinheit 19 als auch in dem Motor 21 ist nun geringer, da einiges während des anfänglichen Startvorgangs abgelassen wurde. Die Verringerung des Volumens an Schmiermittel 58, 75 könnte verursachen, dass ein Vakuum innerhalb des Motors 21 und der Druckeinheit 19 auftritt. Wenn eine Fortdauer des Vakuums erlaubt werden würde, könnte Fluid an den O-Ringen und mechanischen Dichtungen 47, 49 vorbei angezogen werden, was den Motor 21 verschmutzen könnte. Die Flexibilität und elliptische Form der inneren und äußeren Barriere 115, 105 verhindern jedoch, dass dieses potentielle Problem auftritt. Ein während des Abkühlens erzeugtes Vakuum sorgt dafür, dass die innere und äußere Barriere 105, 115 auf ein geringeres Volumen zusammengedrückt werden, das der Menge an Schmiermittel 75, 58 entspricht, das zuvor in das Bohrloch austrat. Dieses Zusammendrücken gleicht das negative Druckdifferential wieder aus. Wenn der Motor 21 wieder gestartet wird, dehnen sich die Barrieren 115, 105 wieder aus, wenn sich die Schmiermittel 75 und 58 ausdehnen. In den meisten Fällen nehmen der Motor 21 und die Druckeinheit 19 eine vorherige Betriebstemperatur wieder an; deshalb wird kein zusätzliches Schmiermittel durch die Rückschlagventile abgelassen.
5 und 6 zeigen eine alternative Ausführungsform für wenigstens eine oder beide der dünnwandigen Metallbarrieren 105, 115. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Barriere einen flexiblen Beutel 135, der aus einem starken technischen Gewebe, wie zum Beispiel Kevlar oder gewebter Kohlefaser, aufgebaut ist. Der Beutel 135 ist undurchlässig, was durch Impregnation des Gewebes mit elastomerischen Hochtemperaturmaterialien, wie zum Beispiel Fluorelastomeren oder Fluorpolymeren, erreicht wird. Diese Verbindungen treten in die inneren Fasern des Stoffes ein und werden darin eingebettet, anstatt dass sie separate Schichten oder Beschichtungen über dem Gewebe sind. Die Undurchlässigkeit des Gewebes bei hohen Temperaturen wird unabhängig von jeglichen verringerten mechanischen Eigenschaften des undurchlässigen Materials aufrechterhalten, das für die Impregnation verwendet wird. Die Festigkeit des Beutels 135 wird durch das Gewebe geschaffen, während die undurchlässigen Eigenschaften durch die infundierten Fluorelastomer- oder Fluorpolymerverbindungen verliehen werden.
Der Beutel 135 hat eine Öffnung, die auf den äußeren Kranz 111 (2C) geklemmt wird, und ein geschlossenes unteres Ende 143, das, wie in 6 gezeigt, ein Saum sein kann oder ein sphärischer oder flacher Boden. Der Beutel 135 kann innerhalb der äußeren Barriere 105 mit Metallwand (2C) angeordnet werden, oder der Beutel 135 kann innerhalb eines elastomerischen und Gewebebeutels ähnlicher Konstruktion angeordnet werden. Der Beutel 135 kann auch allein verwendet werden, ohne einen anderen Beutel, wenn man sich dafür entscheidet, das gleiche Schmiermittel in der Druckeinheit 19 (1) und dem Motor 21 zu verwenden und zu erlauben, dass sich die Schmiermittel überall in der Druckeinheit 19 und dem Motor 21 vermischen.
Die Erfindung hat deutliche Vorteile. Wenn die Druckeinheit lecken sollte, funktionieren die Drucklager und Radialbuchsen weiter in Bohrlochfluid. Da das Druckkammerschmiermittel vollständig vom Eintritt in Räume für das Motorschmiermittel isoliert ist, wird der Motor zusätzlich auch dann nicht verschmutzt, wenn die Druckeinheit ein Leck entwickelt. Diese Anordnung funktioniert bei extremen Temperaturen und ist nur durch die Fähigkeiten des Schmiermittels und die Isolierung des elektrischen Motors begrenzt.
Während die Erfindung nur in zwei ihrer Formen gezeigt ist, sollte es für den Fachmann deutlich sein, dass sie auf diese Weise nicht begrenzt wird, sondern verschiedenen Veränderungen unterworfen werden kann, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können anstatt Barrieren mit dünner Metallwand und elastomerischen/Gewebebeuteln, Bälge mit Akkordeonseitenwänden verwendet werden.

Claims

Bohrlochpumpenanordnung mit einer Rotationspumpe (15), einem Elektromotor (21) zur Drehung der Rotationspumpe (15), wobei der Motor (21) eine Motorkammer (89) aufweist, in der Motorschmiermittel (75) enthalten ist, einer zwischen dem Motor (21) und der Rotationspumpe (15) angebrachten Druckkammer (19), wobei die Druckkammer (19) ein Druckkammerschmiermittel (58) enthält, einem in der Druckkammer (19) angebrachten Drucklager (27) zur Absorbierung eines Drucks, der durch den Betrieb der Rotationspumpe (15) auferlegt wird, wenigstens einer Dichtung (49) zur Verhinderung des Eintritts von Druckkammerschmiermittel (58) in die Motorkammer (89), einem Gehäuse (101), das an dem Motor (21) angebracht ist und einen Druckkammerschmiermittelkanal (77) für einen Zutritt von Druckkammerschmiermittel (58) aus der Druckkammer (19), einen Motorschmiermittelkanal (125) für einen Zutritt von Motorschmiermittel (75) von dem Motor (21), und einen Bohrfluideinlass (105) für einen Zutritt von Bohrlochfluid aufweist, einer ersten Barriere (105) in dem Gehäuse (101), deren eine Seite mit Druckkammerschmiermittel (58) in dem Gehäuse (101) in Kontakt steht und deren entgegengesetzte Seite für einen Kontakt mit Bohrlochfluid in dem Gehäuse (101) ausgelegt ist, wobei die erste Barriere (105) bezüglich des Gehäuses (101) beweglich ist, um ein Druckdifferential zwischen Bohrlochfluid in dem Gehäuse (101) und dem Druckkammerschmiermittel (58) zu reduzieren, und einer zweiten Barriere (115) in dem Gehäuse (101)), deren eine Seite mit Druckkammerschmiermittel (58) in dem Gehäuse 101) in Kontakt steht und deren entgegengesetzte Seite mit Motorschmiermittel (75) in dem Gehäuse (101) in Kontakt steht, wobei die zweite Barriere (115) bezüglich des Gehäuses (101) beweglich ist, um ein Druckdifferential zwischen dem Druckkammerschmiermittel (58) und dem Motorschmiermittel (75) zu reduzieren.
Bohrlochpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Barrieren (105, 115) einen Behälter mit einer flexiblen Wand umfassen, und die zweite Barriere (115) innerhalb der ersten Barriere (105) angeordnet ist.
Bohrlochpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (101) am unteren Ende des Motors (21) angebracht ist, und der Motor (21) eine Antriebswelle (37) aufweist, in der sich der Druckkammerschmiermittelkanal (77) entlang der Achse der Antriebswelle (37) erstreckt.
Bohrlochpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Barrieren (105, 115) einen Behälter mit flexiblen Metallwänden umfassen.
Bohrlochpumpenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt jedes der Behälter im Querschnitt elliptisch ist.
Bohrlochpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Barrieren (105, 115) ein Gewebe aus gewobener Kohlefaser umfasst, die mit einem Fluorpolymermaterial imprägniert ist, um die gewobene Kohlefaser undurchlässig zu machen.
Bohrlochpumpenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kanal (131) für überschüssiges Motorschmiermittel (75) umfasst, der von der Motorkammer (89) zu der Druckkammer (19) führt, um überschüssiges Motorschmiermittel (75) in die Druckkammer (19) hinauszudrängen.
Bohrlochpumpenanordnung nach Anspruch 1, die außerdem einen Kanal (61) für überschüssiges Druckkammerschmiermittel (58) umfasst, der von der Druckkammer (19) zu dem Äußeren der Bohrlochpumpenanordnung führt, um überschüssiges Druckkammerschmiermittel (58) hinauszudrängen.