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Tauchkolben zum Fördern von Erdöl und anderen Flüssigkeiten aus Bohrlöchern
Gegenstand der Erfindung ist ein Tauchkolben zum Fördern von Erdöl und anderen Flüssigkeiten
aus Bohrlöchern.
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Bekanntlich ist im Erdöl fast immer Erdgas ententhalten, so daß beim
Anbohren einer Erdöllagerstätte das Erdöl durch Druck meist von selbst ausströmt.
Es gibt aber auch .Fälle, wo weniger Erdgas vorhanden ist, so daß der Druck zum
Herauspressen des Erdöls nicht ausreicht. In diesen Fällen werden Tauchkolben in
das Steigrohr eingebaut.
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Ist der Tauchkolben am Grund der Bohrung angekommen, so bleibt er
hier so lange sitzen, bis sich eine entsprechende Ölsäure über dem Kolben entwickelt
hat, wobei der Gasdruck unterhalb und oberhalb .des Kolbens ansteigt. Wird nun das
Steigrohr oben geöffnet, so sinkt der Gasdruck oberhalb des Kolbens ab, und der
unterhalb des Kolbens verbliebene Gasdruck drückt den Kolben nach oben, wodurch
auch die über ihm befindliche Ölsäule aus dem Steigrohr austritt. Nach dem Absinken
des Druckes ,unterhalb des Kolbens sinkt derselbe wieder auf den Grund der Bohrung,
die Ausflußöffnung des Steigrohres wird verschlossen, und der Vorgang wiederholt
sich.
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Bei sehr gasarmen Erdölsonden wird in vielen Fällen zur Förderung
auch Hilfsgas angewendet.
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Das Ziel der Erfindung liegt in einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
dieser Fördermethode bzw. darin, daß derartige Tauchkolben auch bei sehr gasarmen
Erdölsonden mit Erfolg eingesetzt werden können und dabei die Anwendung von Hilfsgas
in manchen Fällen vermieden werden kann.
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Der Wirkungsgrad der durch Gase oder Gasgemische betätigten Tauchkolben
ist meist sehr niedrig, und demzufolge ist der zum Heben der Flüssigkeit (des Öls)
angewendete spezifische Gasverbrauch bei tiefen Bohrungen sehr hoch; überdies kann
bei den bisher bekannten Tauchkolben die Flüssigkeitsentnahme über einen gewissen
Wert nicht einmal durch weitere Steigerungen der angewendeten Hilfsgasmenge vergrößert
werden, da das Ausmaß der Flüssigkeitsströmung in die Erdölsonde hinein stark davon
abhängt, ein wie großer Druck während des Betriebes auf der Bohrlochsohle dem Lagerstättendruck
entgegenwirkt.
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Der hohe spezifische Gasverbrauch der bekannten Tauchkolben ergibt
sich vor allem daraus, daß sich das Gas während des Hubes zum größten Teil ohne
Arbeitsleistung durch die Flüssigkeit hindurchbewegt. Der Grund hierfür ist in mehreren
Eigenheiten der benutzten bekannten Tauchkolben zu finden. So sind diese Tauchkolben
im Vergleich zum spezifischen Gewicht der zu hebenden Flüssigkeit meist zu schwer
und .dichten an den Wandungen des Steigrohres nicht ausreichend ab. Eine glatte,
gleichmäßige innere Ausgestaltung der Steigrohre bedingt aber, falls entsprechende
Dichtungseigenschaften gesichert werden sollen, erhebliche Kosten.
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Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß an .dem
in das Steigrohr des Bohrloches direkt einbaubaren Tauchkolben ein das Steigrohr,
welches die Gleitbahn des Kolbens bildet, bei bestimmten hydrostatischem Druck völlig
verschließendes, elastisches Dichtungsorgan vorgesehen ist, das z. B. aus mehreren
konzentrisch angeordneten, aus elastischem Material, wie Gummi, Kunststoff od. dgl.,
hergestellten Ringen oder aus einem, durch den hydrostatischen Druck an die Wandung
des Förderrohres drückbaren elastischen Schlauchstück, z. B. aus einem Gummi- oder
Kunststoffrohrstück, besteht.
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Das Dichtungsorgan füllt somit den vollen Querschnitt des Steigrohres
als Folge des hydrostatischen Druckes elastisch aus, hindert jedoch hierdurch das
Steigen des Kolbens nicht. Gleichzeitig unterbindet es aber das Durchströmen des
Gases neben dem Kolben oder das Zurückfließen der über demselben befindlichen Flüssigkeit
vollständig. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Tauchkolbens ist - im Gegensatz
zu den bekannten Tauchkolben - zum Betrieb einer 1000 bis 1300 m tiefen Erdölsonde
bei Futterrohrgrößen von 65/s" .und .Steigrohrgrößen von 21/z" bei einem Gas-Flüssigkeits-Verhältnis
von 400 bis 500 ms Gas/ms Flüssigkeit kein von außen zugeführtes Hilfsgas nötig,
und er Kolben wirkt sebsttätig.
Das eine völlige Abdichtung gewährleistende,
elastische Absperrorgan kann auf viele Arten ausgebildet werden. Handelt es sich
um elastische Gummi-oder Kunststoffringe, so können diese im Inneren eventuell fauch
hohl ausgeführt und zwischen gegeneinander verschiebbare Flächen angebracht werden.
Diese Flächen drücken, dem hydrostatischen Druck folgend und sich gegeneinander
bewegend, die elastischen Ringe gegeneinander, wodurch der Ringdurchmesser zunimmt
und die Ringe sich an die Wandung des Förderrohres anschmiegen und auf diese Weise
die Abdichtung bewirken. Gemäß der anderen erwähnten Lösung wird ein mit -der Kolbenachse
koaxiales, elastisches Rohrstück auf dem Kolben angeordnet, welches sich im Fall
eines entsprechenden hydrostatischen Druckes ausdehnt und sich an die Wandung des
Steigrohres anschmiegt und auf diese Weise die Abdichtung gewährleistet.
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Eine beispielsweise Ausführungsform des erfindunggemäßen Tauchkolbens
wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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F i g. 1 stellt ein allgemeines Schema der Anwendung der Tauchkolben
dar, und F i g. 2 zeigt den Tauchkolben teils im Längsschnitt, teils in Ansicht.
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Wie aus Fi g. 1 ersichtlich, ist im Futterrohr 1 ein Steigrohr 2 mit
Abstand 3 angeordnet. Mit 4 ist ein Gasdurchlaßventil zur Herabsetzung des spezifischen
Gewichtes der zu fördernden Flüssigkeit bezeichnet. Der Tauchkolben 5 sitzt am Grund
der Bohrung auf einer Anschlagfeder. Oberhalb des Kolbens sammelt sich die Flüssigkeitssäule
6 an; die Flüssigkeit strömt infolge des Lagerstättendruckes PS entgegen dem geringeren
Fußdruck PF in die Erdölsonde hinein. Auch das Gas strömt in das Steigrohr 2 hinein.
Wird das Ventil ? geöffnet, so wird der Druck oberhalb der Säule 6 herabgesetzt,
und der Kolben 5 bewegt sich nach oben und fördert die Flüssigkeit nach oben. Ist
die Sonde gasarm, so kann Hilfsgas in den Raum 3 eingespeist werden. Nach dem Ausheben
der Flüssigkeit wird das Ventil 7 geschlossen, und der Kolben 5 sinkt wieder auf
den Grund der Bohrung zurück. Der Vorgang wird wiederholt.
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Der in F.ig.2 dargestellte Tauchkolben besteht aus einem aus Metall
oder Kunststoff hergestellten, zweckmäßig längs des Mantels :geriffelten Anschlagkopf
8, der zugleich als Abstreifspindel ,ausgebildet werden kann (nicht dargestellt),
aus einem mit Ringnuten Il - -die eine Labyrinthdichtung sichern -versehenen Dichtungszwischenstück
9 und aus einem aus Metall oder Kunststoff hergestellten Endanschlag 10. Es ist
ferner eine innere Bohrung 12 vorgesehen, die durch den auf dem Ventilsitz 13 aufsitzenden
Ventilteller 14 geschlossen wird, falls auf das Steuerventil mit Rohrmembran 15,
welche ein Gas von entsprechendem Druck enthält, ein bestimmter hydrostatischer
Druck wirkt. In diesem Fall zieht sich die auf der Stütze 16 befestigte Rohrmembran,
dem hydrostatischen Druck folgend, zusammen, und der Ventilteller 14 schließt.
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Am Anschlagkopf 8 ist ein Dichtungskopf 18 angebracht, der ebenfalls
.durch die Rohrmembran 15
betätigt wird. Der Dichtungskopf 18 besteht
aus festen Backen 20 und beweglichen Backen 19, zwischen welchen elastische Ringe
21 angebracht sind. Die beweglichen Backen 19 sind mit der Spindel 17 der Membran
15 verbunden (nicht dargestellt).
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Beim Schließen des Steuerventils infolge der im Verhältnis zu den
Backen 20 eintretende Bewegung der durch das Steuerventil mitgezogenen Backen 19
werden die Ringe 21 zusammengedrückt. Dadurch vergrößert sich der Durchmesser der
Ringe, wodurch sie sich an die Wandung des Steigrohres anpressen, derart, daß wohl
das Gleiten des Tauchkolbens zusammen mit der zu hebenden Flüssigkeit möglich ist,
jedoch ein Durchströmen des Energieträgergases bzw. -ein Zurückfließen der gehobenen
Flüssigkeit zwischen den Ringen 21 und dem Steigrohr nicht eintreten kann.
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Die dargestellte Ausführung ist nur ein Beispiel, da die eben beschriebene
Abdichtung auch in -der Weise erzielt werden kann, daß ein einen Teil -des Tauchkolbens
umfassender elastischer Schlauch angewendet wird, der sich bei geringem Druck an
den Tauchkolben anschmiegt und das Sinken des Tauchkolbens nicht hindert, wogegen
-er jedoch bei einem bestimmten hydrostatischen Druck gleichzeitig mit dem Schließen
des erwähnten Ventils nach außen gedrückt und an die Rohrwandung gepreßt wird und
dadurch den Durchströmweg des Energieträgers verschließt.