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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 enthalten, 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 auf dem Grund der Bohrung angekommen, so bleibt
er hier so lange sitzen, bis sich eine entsprechende Ölsäule 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. Bei sehr gasarmen
Erdölquellen 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
Erdölquellen 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)
angewandte spezifische Gasverbrauch bei tiefen Bohrungen sehr hoch; überdies kann
bei den bisher bekannten Tauchkolben die Flüssigkeitsentnahme über einen gewissen
Wert nicht einmal durch weitere Steigerung der angewendeten Hilfsgasmenge vergrößert
werden, da das Ausmaß der Flüssigkeitsströmung in die Erdölsonden hinein stark davon
abhängt, ein wie großer Druck während des Betriebes an 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 benützten bekannten Tauchkolben zu finden. So sind diese Tauchkolben
im.Vergleich zum spezifischen Gewicht der zu hebenden Flüssigkeit zu schwer und
dichten an den Wandungen des Förderrohres nicht ausreichend ab. Eine glatte, gleichmäßige
innere Ausgestaltung der Steigrohre benötigt aber, falls entsprechende Dichtungseigenschaften
gesichert werden sollen, erhebliche Kosten.
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Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß der
Kolben eine mit der Kolbenachse koaxiale, mittels eines Ventils verschließbare Durchlaßbohrung
für die zu fördernde Flüssigkeit aufweist. Es ist zweckmäßig, zum Schließen und
Öffnen dieses Ventils in den Tauchkolben ein auf einen wählbaren hydrostatischen
Druck ansprechendes Betätigungsorgan einzubauen. Diese Durchlaßbohrung spielt beim
Hinuntersinken des Tauchkolbens im Förderrohr eine wesentliche Rolle, denn das Ventil
bleibt offen, bis der Kolben in dem Rohr die den eingestellten hydrostatischen Druck
aufweisende Zone erreicht, d. h. die Flüssigkeitssäule über dem Kolben eine Höhe
erreicht, deren Druck dem eingestellten hydrostatischen Druck entspricht. Dies bewirkt
infolge des ungehinderten Durchflusses der Flüssigkeit ein schnelleres Sinken des
Tauchkolbens, obwohl sein Gewicht im Vergleich zu den bekannten Tauchkolben gering
ist. Bei entsprechendem Druck schließt das Ventil und setzt dadurch den Flüssigkeitsdurchlaß
auf ein durch die Labyrinthdichtung zugelassenes Maß herab, während das Ventil beim
gesamten Aufwärtshub des Kolbens geschlossen bleibt. Mit dieser Lösung kann im Vergleich
zum Bisherigen die Zahl der Fördervorgänge eben durch das schnelle Sinken des Kolbens
und durch das ungehinderte Steigen der Flüssigkeit durch den Kolben hindurch in
großem Maße erhöht werden. Das erwähnte Ventilabsperrorgan
kann
z. B. als eine mit einem Gas, z. B. mit Luft, Stickstoff usw. gefüllte Rohrmembran
ausgeführt werden.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, das Schließen und Öffnen des Ventils
mittels einer Schnellschlußeinrichtung zu beschleunigen, was zweckmäßig z. B. durch
die Anwendung eines Permanentmagneten oder eines Federmechanismus erreichbar ist.
Dieser letztere dient als Arretierung für den Ventilteller und gestattet nur ein
plötzliches Loslösen und schließt dementsprechend plötzlich das Ventil und gestattet
keinen sogenannten Halbwegstand.
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Der Erfindungsgegenstand wird an Hand schematischer Zeichnungen näher
erläutert.-F i g. 1 stellt ein allgemeines Schema der Anwendung der Tauchkolben
dar und F i g. 2 zeigt einen mit einer inneren Bohrung versehenen Tauchkolben mit
Rohrmembran im Längsschnitt bzw. in Ansicht.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist im Futterrohr 1 ein Steigrohr 2
mit Abstand 3 angeordnet. Mit 4 ist ein Gasliftventil 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 Ringraum 3 ,eingespeist werden. Nach dem
Ausheben der Flüssigkeit wird das Ventil? geschlossen, und der Kolben 5 sinkt wieder
auf den Grund der Bohrung zurück. Der Vorgang wird wiederholt.
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Der in. F i g. 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 11 - die eine Labyrinthdichtung sichern -versehenen Dichtungszwischenstück
9 und aus einem aus Metall oder Kunststoff hergestellten Endanschlag 10.
Im Kolben ist eine innere Bohrung 12 vorgesehen, die durch den auf dem Ventilsitz
13 aufsitzenden Ventilteller 14 geschlossen wird, falls auf die Rohrmembran 15,
welche ein Gas von entsprechendem Druck enthält, ein bestimmter hydrostatischer
Druck wirkt. In diesem Falle zieht sich die auf der Stütze 16 befestigte Rohrmembran,
dem hydrostatischen Druck folgend, zusammen, und der Ventilteller 14 - sich in Richtung
des Pfeiles 17 bewegend - schließt. Falls ein Schnellschluß erreicht werden soll,
kann dies dadurch verwirklicht werden, daß z. B. die Spindel 18 durch eine bei einer
gewissen Spannung auslösende Feder eingespannt wird, die zufolge des Druckes vorgespannt
wird und bei deren Auslösung das Ventil plötzlich schließt. (Dies ist in der Zeichnung
nicht dargestellt.)