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Schöpfkolben für Erdölbohrungen Die Erfindung betrifft einen Schöpfkolben
für Erdölbohrungen und geht aus von einer bekannten Schöpfkolbenanordnung, welche
einen an seinem oberen Ende mit einem Verbindungskopf für ein Drahtseil od. dgl.
versehenen Dorn aufweist, auf dem ein wenigstens eine Gummischeibe aufweisendes
Schöpfkolbenelement angeordnet ist.
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Gegenüber dem bekannten Schöpfkolben unterscheidet sich der der Erfindung
vorteilhaft dadurch, daß die sich radial vom Dorn erstreckende Gummischeibe einen
äußeren Umfangsabschnitt mit etwas kleinerem Durchmesser als der Innendurchmesser
des Bohrrohres hat und daß eine ringförmige Zwischenzone vorgesehen ist, welche
eine größere Elastizität hat als der Umfangsabschnitt, um ein Schließ- und Überdruckventil
zu bilden, welches beim Zurückziehen des Schöpfkolbens aus dem Bohrrohr infolge
des sich im Raum über dem Schöpfkolben erhöhenden Druckes teilweise nach unten durchgebogen
und infolge des hierbei verminderten Druckes am äußeren Umfangsabschnitt teilweise
in Umfangsrichtung gedehnt wird, so daß der äußere Umfangsabschnitt in dichtende
Anlage an die Bohrrohrwandung gedrückt, bei unzulässig hohem Druck jedoch ganz nach
unten durchgebogen und von der Bohrrohrwandung fortgedrückt wird.
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Die bei der bekannten Vorrichtung vorgesehenen Gummischeiben sollen
gleich oder etwas größer im Durchmesser sein als der Steigrohrdurchmesser, wodurch
das Einfahren natürlich nicht so reibungslos wie beim Erfindungsgegenstand vor sich
gehen kann. Bei dieser bekannten Vorrichtung müssen die Scheiben jedoch so bemessen
sein, daß eine Aufweitung bei einseitiger Druckbelastung nicht möglich ist. Eine
ringförmige Zwischenzone mit größerer Elastizität als der Umfangsabschnitt ist bei
der bekannten Vorrichtung nicht vorhanden, so daß auch die erfindungsgemäße Aufgabe,
die Gummischeiben so auszubilden, daß sie sowohl als Schließ- wie auch als Überdrucksicherheitsventil
wirksam sind, mit dieser Vorrichtung , nicht lösbar ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Umfangsabschnitt
jeder Scheibe einen unteren angeschrägten Abschnitt zur Bildung eines Zwischenraumes
zwischen der Scheibe und dem Bohrrohr während des Weges des Schöpfkolbens durch
die Bohrflüssigkeit in Richtung des abgeschrägten Abschnittes aufweist.
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Zweckmäßig ist die eine größere Elastizität als der Umfangsabschnitt
aufweisende Zone durch Vermin- ; derung der Dicke der Scheiben gebildet, was dadurch
in vorteilhafter Weise erreichbar ist, daß die ringförmige Zwischenzone durch in
beiden Stirnflächen der Scheiben koaxial angeordnete ringförmige Ausnehmungen gleichen
Durchmessers gebildet ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist
in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt
der Schöpfkolbenanordnung gemäß der Erfindung einschließlich zweier Gummischöpfkolben,
wobei die Vorrichtung gerade in ein Steigrohr eingefahren wird, Fig. 2 einen Längsschnitt
der Vorrichtung in der Stellung bei ihrer Rückholbewegung aus dem Steigrohr, Fig.
3 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab, wobei die Konstruktion der untersten
Scheibe am unteren Ende des untersten Gurnmischöpfkolbens der Fig. 1 und 2 in der
normal entspannten Lage dargestellt ist, Fig.4 einen ähnlichen Teilschnitt wie Fig.3,
bei dem eine Scheibe in der Stellung gezeigt ist, die sie beim Einfahren der Vorrichtung
in das Steigrohr einnimmt, Fig.5 einen ähnlichen Teilschnitt wie Fig.4, bei dem
eine Scheibe in der Stellung bei Beginn der Rückholung der Vorrichtung aus dem Steigrohr
gezeigt ist, Fig.6 einen ähnlichen Teilschnitt wie die Fig.4 und 5, bei dem eine
Scheibe in voller Berührung mit dem Steigrohr zum Heben einer Höchstlast gezeigt
ist,
Fig.7 einen ähnlichen Teilschnitt wie die Fig.4 bis 6, bei
dem die Scheibe in heruntergebogener Stellung zur Nachgabe unter einer übermäßigen
Last gezeigt ist.
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In den Fig.1 bis 7 ist eine Schöpfkolbenanordnung gezeigt, bei welcher
scheibenförmige Gummischöpfkolben S verwendet werden.
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Jeder Gummischöpfkolben S, bei dem je zwei in den Fig.1 und 2 gezeigt
sind, enthält einen rohrförmigen Kern 1, der durch Rippen 2, die axiale
Durchgangskanäle 2a bilden, um den Körper 3 eines koaxialen Dornes M zentriert ist.
Der Körper 3 des Domes M trägt an seinem oberen Ende einen aufgeschraubten Verbindungskopf
9, an dem ein nicht gezeigtes Drahtseil zum Einfahren und Hochheben der Schöpfkolbenanordnung
befestigbar ist. Auf dem Kern 1 ist ein Gummikörper 4 aufgeformt, der sich; wie
es bei 5 gezeigt ist, unter das unterste Ende des Kernes 1 erstreckt, um
einen elastischen Ventilkopf zu bilden. Der Ventilkopf 5 am unteren Ende des Gummischöpfkolbens
S kann mit einer konischen Ventilsitzfläche 6 auf einen Führungsansatz 7, der auf
das untere Ende des Körpers 3 geschraubt ist, in Zusammenwirkung treten, während
der Ventilkopf 5 des darüberliegenden Gummischöpfkolbens S mit dem oberen
Teil des darunterliegenden Schöpfkolbens S als Ventil zusammenwirken kann, wobei
der untere Schöpfkolben S mit einem Ventilsitz 8 versehen ist, der durch
einen radial nach innen vorspringenden Abschnitt des Gummikörpers 5 geschaffen
wird. Der Sitz 8 kann aber auch im oberen Schöpfkolben ausgebildet sein.
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Der Führungsansatz 7 weist in seiner Außenumfangsfläche eine
Anzahl sich axial erstreckender Nuten 7a auf, die Durchflußkanäle bilden, wobei
die stehenbleibenden Umfangsabschnitte 7 b zur Führung des Dornes M dienen.
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Um den Gummikörper 4 erstrecken sich in axialem Abstand über
die Länge verteilt eine Reihe von Scheiben D, die an der Wand des Steigrohres T
in dichtende Anlage kommen können, wenn die Schöpfkolbenvorrichtung, wie es in der
Fig. 2 gezeigt ist, aus der Bohrung herausgezogen wird. Diese Scheiben D können
eine entspannte Lage annehmen, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.
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Wenn die Schöpfkolbenvorrichtung, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist,
durch die in dem Rohr T befindliche Flüssigkeit in das Bohrrohr eingefahren wird,
schlägt das obere Ende des obersten Gummischöpfkolbens S an einem radialen schulterförmigen
Anschlag 9 a des Verbindungskopfes 9 an, und es wird zwischen dem Kern 1 des betreffenden
Gummischöpfkolbens und dem Körper 3 des Domes M ein im Querschnitt großer Durchflußkanäl
2a in Aufwärtsrichtung geschaffen. Auf Grund der divergierenden Flächen 10 des Anschlages
9 a ist keine nennenswerte Drosselung des Flüssigkeitsstromes von dem oberen Gummischöpfkolben
in das Rohr T vorgesehen. Außerdem wird beim Einfahren der Schöpfkolbenvorrichtung
in ein Steigrohr eine gewisse Flüssigkeitsmenge zwischen den Scheiben D und dem
Rohr T vorbeiströmen, wie es in der Fig. 4 gezeigt ist, und die Scheibe wird aus
ihrer -in der Fig. 3 gezeigten Stellung leicht heraus in Aufwärtsrichtung gebogen,
wie es in der Fig. 4 dargestellt ist.
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Bei der Herstellung werden diese Scheiben so ausgelegt, daß der Durchmesser
einer jeden Scheibe etwas geringer als der Innendurchmesser des Steigrohres T ist,
so daß ihr Außenumfang etwas von der Wand des Bohrrohres absteht. Ein Schöpfkolben,
welcher z. B. in einem Steigrohr von etwa 50 mm Innendurchmesser verwendet wird,
wird vorzugsweise mit Scheiben von einem Durchmesser von etwa 49 mm versehen. Um
eine Abnutzung des unteren Teiles des Außenumfanges der Scheiben bei leichter Aufwärtsbiegung
der Scheiben auszuschließen, ist der untere Abschnitt jeder Scheibe etwas abgeschrägt,
wie es bei 4 a gezeigt ist. Wenn daher die Scheibe leicht nach oben gebogen wird,
wird der untere Abschnitt 4a eine mehr oder weniger parallele Stellung zum Rohr
T einnehmen. In übereinstimmung mit der Erfindung sind die Scheiben D so ausgelegt,
daß sie einen ringförmigen Zwischenabschnitt mit einer größeren Elastizität als
derjenigen ihres Außenumfanges aufweisen. In der gezeigten Ausführung weisen die
Scheiben D jeweils sich radial erstreckende parallele obere und untere Flächen auf,
die durch ringförmige Kanäle unterbrochen sind, welche die Scheiben, wie es bei
4 b gezeigt ist, mit einem ringförmigen Mittelabschnitt von verminderter
Dicke versehen. Es können auch andere Mittel zur Schaffung eines elastischen ringförmigen
Mittelabschnitts verwendet werden. Der Zweck dieser Konstruktion ist, die radiale
Ausdehnung oder Erweiterung der Scheibe D als Funktion einer Verminderung des Druckes
bei A (s. Fig.5) zu ermöglichen, wenn sich der Schöpfkolben S durch die in dem Steigrohr
befindliche Flüssigkeit nach oben bewegt, wodurch ein Fluß von verhältnismäßig hoher
Geschwindigkeit in Richtung der Pfeile der Fig. 5 an den Scheiben D vorbei verursacht
wird. Beim Heraufziehen der Schöpfkolbenvorrichtung durch die Flüssigkeit und bei
Herabminderung des Druckes bei A dehnt sich die Scheibe radial aus, wodurch sich
der ringförmige Abstand zwischen den Scheiben und dem Rohr T verringert. Gleichzeitig
kann sich der äußere Rand der Scheiben, wie es in der Fig. 5 gezeigt ist, leicht
nach unten biegen, wenn die Scheiben eine in dem darüber befindlichen Rohr vorhandene
Flüssigkeitslast tragen.
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Wenn eine kleine Last auf den Scheiben D ruht, werden diese im wesentlichen
eine Stellung, wie sie in der Fig. 5 gezeigt ist, einnehmen, während sie sich beim
Ziehen einer größeren Flüssigkeitslast weiter nach unten durchbiegen und sich in
Richtung auf die Rohrwand radial ausdehnen, wie es in der Fig. 6 gezeigt ist. Sollte
sieh oberhalb der Schöpfkolbenvorrichtung in dem Rohr eine übermäßige Flüssigkeitslast
befinden, werden die Scheiben unter dieser Last, wie es in der Fig.7 gezeigt ist,
nach unten kippen, und die Flüssigkeit kann, wie durch die Pfeile angegeben ist,
an den Scheiben vorbeifließen. Wenn jedoch die oberhalb der Schöpfkolbenvorrichtung
befindliche Flüssigkeit bis auf einen Wert innerhalb der Tragfähigkeit der Scheiben
D vermindert worden ist, treten die Scheiben, wie es in der Fig.6 gezeigt ist, mit
dem Rohr in Zusammenwirkung, um die verbleibende Flüssigkeit aus dem Bohrrohr herauszuziehen.
Die Leistungsfähigkeit des Gummischöpfkolbens S zum Ziehen einer Last kann durch
die Anzahl der zur Verwendung gelangenden Scheiben verändert werden, da jede Scheibe
ihren entsprechenden Anteil der Flüssigkeitslast innerhalb des Rohres T trägt.
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Es ist ersichtlich, daß es bei Verwendung des Gummischeibenschöpfkolbens
S gemäß der Erfindung nicht möglich ist, diesen so weit in die Bohrung herabzulassen,
daß
die oberhalb der Schöpfkolbenvorrichtung befindliche Flüssigkeitslast eine Rückholung
desselben verhindert, was bei der Verwendung kappenförmiger Schöpfkolben der Fall
sein kann. Da die Schöpfkolbenvorrichtung gemäß der Erfindung sich nicht in der
Bohrung festlaufen kann, besteht nicht die Möglichkeit einer Versandung in dem Steigrohr,
da sich Verstopfungsmaterialien oder Sand, welcher sich bei einer Reinigung der
Bohrung im Anschluß an eine hydraulische Aufbrechung aus der Aufbrechflüssigkeit
ablagert, nicht oberhalb der Schöpfkolbenvorrichtung anhäufen kann.
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Durch die Erfindung ist eine verbesserte Schöpfkolbenkonstruktion
geschaffen, in welcher mehrere Gummischöpfkolben auf einem einfach ausgebildeten
Dorn M angeordnet sind und wobei die Gummischöpfkolben nach Abnutzung leicht durch
einfache Entfernung des abnehmbaren Führungsansatzes von dem Körper 3 durch neue
ersetzt werden können. Wenn ein einfacher Gummischöpfkolben auf dem Dorn M verwendet
wird, bildet er eine Dichtung mit Bezug auf den Führungsansatz 7 des Dornes M, um
einen Flüssigkeitsverlust durch den Gummischöpfkolben zu verhindern. Wenn jedoch
mehrere Gummischöpfkolben auf dem Dom M angeordnet sind, sitzt jeder höherliegende
Schöpfkolben S auf dem oberen Ende des Kernes 1 des darunterliegenden Schöpfkolbens
S auf, und es sind daher keine Einzelsitze für den Schöpfkolben S auf den
Dorn M erforderlich. Darüber hinaus kann bei Verwendung der Schöpfkolbenanordnung
in Erdölbohrungen, in denen die Wahrscheinlichkeit einer übermäßigen oder schädigenden
hydrostatischen Säule besteht oder eine Rufbrechung durchgeführt worden ist, an
Stelle der beschriebenen Schöpfkolbenelemente leicht andere Schöpfkolbenelemente
eingesetzt werden.
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Weitere Änderungen und Abwandlungen sind, ohne vom Erfindungsgedanken,
wie er in den Ansprüchen zum Ausdruck gebracht ist, abzuweichen, möglich.