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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pumpenventil, vorzugsweise
für in der Steigleitung eines Bohrloches angeordnete Tauch-Schraubenpumpen mit einem
in einer mit Schlitzen versehenen Führungsbuchse befindlichen Ventilverschlußstück.
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Es sind Ventile bekannt, die als Rückschlagventil wirken und verhindern
sollen, daß sich die über der Schraubenpumpe befindliche aus den Schichten geförderte
Flüssigkeit beispielsweise bei stillstehender Pumpe aus der Steigleitung zurückfließt.
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Es sind auch Auslaßventile bekannt, die nur beim Herausziehen der
Rohre arbeiten und dazu dienen, einen Flüssigkeitsrücklauf aus den Rohren zurück
ins Bohrloch zu ermöglichen.
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Beim Fördern aus Bohrlöchern muß eine ganze Reihe von Maßnahmen durchgeführt
werden, um den Betrieb der Tauch-Schraubenpumpen zu erleichtern.
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Beim Herablassen der Schraubenpumpe in das Bohrloch ist es beispielsweise
erforderlich, daß die Steigleitung, mit deren Hilfe die Schraubenpumpe herabgelassen
wird, mit Flüssigkeit gefüllt ist, da andernfalls die aus den Schichten geförderte
Flüssigkeit über die Pumpe in die Rohre gelangt, wodurch die Pumpe verstopft und
deren Anlassen erschwert wird.
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Bei ungenügender Ergiebigkeit des Bohrloches oder bei einem unerwünschten
Ausbruch von Begleitgas sowie bei geschlossenem, an der Erdoberfläche befindlichem
Schieber entsteht für die Schraubenpumpe eine Notlage, die zur Folge haben kann,
daß die profilierte Pumpenlaufbuchse beschädigt wird und ausfällt, da die geförderte,
die Reibflächen der zusammenwirkenden Pumpenteile (Schraube und Laufbuchse) kühlende
Flüssigkeitsmenge zur Kühlung nicht ausreicht.
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Beim Betrieb der Schraubenpumpe muß in das Bohrloch manches Mal schwere
Flüssigkeit eingegossen werden, und zwar in den Fällen, wenn das Bohrloch nur wenig
fördert oder wenn die Steigleitung mit Flüssigkeit ausgespült werden muß, um sie
von abge- , lagertem Paraffin zu reinigen, wobei die schwere Flüssigkeit beim Herausziehen
der Rohre abfließen soll.
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Die Teile der Schraubenpumpe müssen auch beim Stillstand der Pumpe
vor mechanischen Beimengungen geschützt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen
und ein Ventil zu schaffen, das die Durchführung aller dieser Arbeiten ermöglicht.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Ventilgehäuse eine mit ihrem
Hohlraum mit dem außerhalb der Rohre befindlichen Raum durch Kanäle verbundene Schieberbuchse
angeordnet ist und ein mit dem Ventilverschlußstück durch eine Stange verbundener,
den Flüssigkeitsaustritt aus diesen Kanälen absperrender, in der Schieberbuchse
in einer Richtung durch das Ventilverschlußstück und in der entgegengesetzten Richtung
durch den Flüssigkeitsdruck in der Steigleitung verschiebbarer Schieber vorgesehen
ist.
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Am dem Absperrorgan zugekehrten Ende der Stange des Schiebers ist
ein den Hub des Schiebers begrenzender Anschlag angeordnet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Schraubenpumpe mit dem erfindungsgemäßen,
in der Steigleitung eingebauten Ventil, F i g. 2 das Ventil in vergrößertem Maßstab.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, ist das Ventil 1 in der Steigleitung
2 der Pumpe unter dem Schlammrohr 3 angeordnet. Das Ventil kann auch in der Steigleitungsrohrsäule
vorgesehen werden.
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Das Ventilgehäuse 4 (F i g. 2) weist zwei kegelförmig verlaufende
Gewinde 5 für eine Verbindung der Pumpe mit der Steigleitung auf.
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Die im Gehäuse 4 befindliche Führungsbuchse 6 weist Schlitze 7 und
einen Ventilsitz 8 für das schwimmende innerhalb der Buchse befindliche Verschlußstück
9 auf.
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Das Verschlußstück 9 kann in Form einer Kugel (F i g. 1) oder eines
kleinen zylindrischen Kolbens (F i g. 2) gestaltet werden.
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über dem in der Führungsbuchse 6 befindlichen Verschlußstück 9 ist
(wie aus der Zeichnung ersichtlich ist) im Gehäuse 4 die Schieberbuchse 10 mit dem
in ihr befindlichen Schieber 11 angeordnet, der durch die Stange 12 mit dem Verschlußstück
9 verbunden ist. Der Hohlraum der Buchse 10 ist mit dem außerhalb der Rohre befindlichen
Raum durch eine Reihe von Kanälen 13 verbunden, die durch den Schieber 11 vom Innenraum
der Steigleitungsrohre getrennt werden können. Dieser Schieber wird in der Buchse
10 in einer Richtung durch das Verschlußstück 9 und in entgegengesetzter Richtung
durch den Druck der Flüssigkeit in der Steigleitung 2 (F i g. 1) verschoben.
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Nach der Seite des außerhalb der Rohre befindlichen Raums sind die
Kanäle 13 durch Filter 14 abgedeckt.
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Zur Begrenzung des Hubes des Schiebers 11 in der Buchse 10 ist am
dem Verschlußstück 9 zugekehrten Ende der Stange 12 ein Anschlag 15 vorgesehen.
Die Räume der Steigleitung 2, die sich über der Führungsbuchse 6 und über der Schieberbuchse
10 befinden, sind durch Kanäle 16 im Ventilgehäuse 4 verbunden.
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Der Schieber 11 kann in der Buchse 10 beispielsweise durch zwei Stopfbuchsen
17 (F i g. 2) abgedichtet werden.
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Beim Herablassen der Pumpe ins Bohrloch befinden sich das Verschlußstück
9 und der Schieber 11 in der unteren Endstellung (s. F i g. 1 und 2). Hierbei gelangt
die im Raum außerhalb der Rohre befindliche Flüssigkeit über die im Gehäuse 4 befindlichen
geöffneten Kanäle in den die Buchse 10 und in die leeren Rohre 18 (F i g. 1), mit
deren Hilfe die Pumpe herabgelassen wird. Derart kann keine Flüssigkeit zu der Pumpe
durchsickern, so daß sich keine mechanischen Beimengungen und Schmutz zwischen der
Schraube 19' und Laufbuchse 19" im Pumpengehäuse ansammeln kann. Dadurch wird bei
Inbetriebnahme das Anlassen der Pumpe erleichtert.
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Nach dem Einschalten der Pumpe hebt der Flüssigkeitsstrom das Verschlußstück
9 hoch, wobei dieses die Schlitze 7 in der Führungsbuchse 6 erreicht. Gleichzeitig
mit dem Verschlußstück 9 wird auch der Schieber 11 angehoben, der den Durchfluß
der Flüssigkeit aus den Kanälen 13 in den Innenraum der Rohre absperrt. Die ganze
von der Pumpe geförderte Flüssigkeitsmenge wird nun durch die Rohre 18 bis zur Erdoberfläche
gefördert.
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Ist die Fördermenge der Pumpe größer als die Ergiebigkeit des Bohrloches
oder wird die Ergiebigkeit aus irgendeinem Grund zeitweilig geringer, so fällt das
dynamische Niveau, und es senkt sich zum Pumpensaugkorb eine gashaltige Erdöl- oder
Wasser-Erdöl-Gemisch-Säule.
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In diesen Fällen wird die Pumpenförderung geringer, da durch die Arbeitsschrauben
19' eine aus mehreren
Arten bestehende Flüssigkeit mit erhöhtem
Gasgehalt gefördert wird. Gleichzeitig mit der Verminderung der Fördermenge der
Pumpe wird auch die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Spalt zwischen Verschlußstück
9 und den Wänden der Führungsbuchse 6 geringer.
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In diesem Fall ist die hydrostatische Druckkraft der Säule, die von
oben nach unten infolge der unterschiedlichen Querschnittsflächen des Schiebers
11 und der Stange 12 auf den Schieber 11 wirkt, größer als die Staudruckkraft des
Flüssigkeitsstroms, die von unten nach oben auf das Verschlußstück 9 drückt.
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Der Schieber 11 und das Verschlußstück 9 senken sich etwas, wobei
Flüssigkeit aus der Steigleitung 18 über die Kanäle 13 in den außerhalb der Rohre
befindlichen Raum zurückfließt. Flüssigkeit strömt durch das Ventil so lange über,
bis im Bohrloch über der Pumpe (außerhalb des Rohrsystems) wieder ein ausreichendes
dynamisches Niveau erreicht wird, das für eine Wiederaufnahme der Fördertätigkeit
der Pumpe erforderlich ist. Das Verschlußstück 9 schwimmt hierbei auf und überwindet
die auf den Schieber 11 einwirkende Kraft; nachdem der Schieber 11 angehoben wurde,
sperrt er ein Ausströmen der Flüssigkeit aus den Kanälen 13 ab, und die Pumpe fördert
wieder die Flüssigkeit an die Erdoberfläche.
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Wird der Steigleitungsschieber versehentlich geschlossen oder wird
die Steigleitung selber, beispielsweise durch Paraffin verstopft, so läßt das Ventil
Flüssigkeit aus der Steigrohrsäule 18 gleichfalls in den außerhalb der Rohre befindlichen
Raum zurückfließen.
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Bei raschem Anwachsen des Drucks in der Steig leitung 18 wächst auch
die Kraft, die von oben nach unten auf den Schieber (F i g. 1 und 2) drückt. Hierdurch
wird das Verschlußstück 9 hinabgedrückt (»es sinkt«) und läßt nur eine Teilmenge
der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit durch den Spalt zwischen dem Verschlußstück
9 und Wänden der Führungsbuchse 6 durch. über die geöffneten Kanäle 13 , strömt
die Flüssigkeit so lange in den außerhalb der Rohre befindlichen Raum über, bis
ein normaler Durchfluß über den wieder geöffneten, an der Erdoberfläche befindlichen
Schieber wieder möglich ist. Die durch den Schieber 11 erfolgende Drosselung wird
beendet, und dieser sperrt den Flüssigkeitsstrom über die Kanäle 13 wieder ab.
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Wird die Pumpe stillgesetzt und hört der Staudruck des geförderten
Flüssigkeitsstroms auf, von unten nach oben auf das Verschlußstück 9 zu drücken,
so verschiebt der hydrostatische Druck der Flüssigkeitssäule den Schieber 11 und
das Verschlußstück 9 in ihre unteren Endstellungen. Die Kanäle 13 werden freigegeben,
und die Flüssigkeit fließt aus der Steigleitungsrohrsäule 18 in den außerhalb der
Rohre befindlichen Raum zurück. Das Verschlußstück 9 setzt sich auf den Ventilsitz
8 auf und schützt die Arbeitsorgane 19 - die Schrauben 19' und die Laufbuchsen 19"
im Pumpengehäuse 19" -, so daß kein aus mechanischen Beimengungen bestehender Bodensatz
in diese eindringen kann.
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Bei dieser Ventilstellung, bei der die Räume innerhalb und außerhalb
der Rohre miteinander verbunden sind, können nachstehendeArbeiten durchgeführt werden,
die zum Betrieb der Schraubenpumpen in Erdölbergwerken erforderlich sind: Herausziehen
der Pumpe aus dem Bohrloch bei gleichzeitigem Rücklauf der Flüssigkeit aus den Rohren
in das Bohrloch; Ersticken der Fontäne mittels schwerer Flüssib keit beim Herausziehen
der Pumpe aus dem Bohrloch in dem Fall, wenn dieses wenig ergiebig ist; Ausspülen
der Steigleitung und des Bohrloches zur Beseitigung von Paraffinanhäufungen, wenn
ein Bohrloch mit paraffinischen Erdölen ohne kratzende mechanisierte Reinigung ausgebeutet
wird.
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Die Größe des Spalts zwischen dem Verschlußstück 9 und den Wänden
der Führungsbuchse 6 wird entsprechend der Zähigkeit der geförderten Flüssigkeit
eingestellt.
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Hier wurde nur eine vorzugsweise Ausführungsform des Ventils beschrieben.
Alle möglichen Abarten des Ventils werden durch die nachfolgenden Patentansprüche
erfaßt.