DE2132748A1

DE2132748A1 - Tieftauchpumpe fuer Tiefbohrloecher mit Motor und Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE2132748A1
Application number: DE19712132748
Authority: DE
Inventors: Jones Johnny W
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1970-07-06
Filing date: 1971-07-01
Publication date: 1972-01-20
Also published as: FR2098196A1; GB1349389A; DE2132748C3; NL7109245A; CA937970A; DE2132748B2; FR2098196B1; US3671786A; AT304695B; AR208050A1

Description

PATENTANWÄLTE

dr.ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. II. HAUCK · dipl-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN _ ,. - _

L I öl /4o

ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 11

THL. 3β 71 28 UND 3β 41 15

IELEGB.NEGEDAPATENT HAMBURG

Borg-Warner Corporation . München is mozartstr. 23

TKL. Β 3805 8β

200 South Hichigan Avenue _TILBOH. _NBQbi>apatent München Chicago, 111. 60604/USA

Hamburg, 30. Juni 1971

Tieftauchpumpe für Tiefbohrlöcher mit Motor und Dichtungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Tieftauchpumpe für Tiefbohrlöcher mit Motor und Dichtungsabschnitt, bestehend aus einem langgestreckten Stator, einem sich gegenüber demselben drehenden Rotor mit einer sich in Längsrichtung au^ dem Motor erstreckenden Welle, die von einer flüssigkeitsdicht mit dem Motor verbundenen Dichtu rgsanordnung umgeben ist, die wenigstens eine rotierende, in Dichtungseiii(;i'iff mit der Welle stehende Dichtung aufweist und zwischen dem Motor und der rotierenden Dichtung wenigstens eine in Flüssigkeitsveibindung mit dem Motor und dem umgebenden Bohrloch stehende Kammer begrenzt.

erartige Tieftauchpurapen v/erden in großem Umfang zum Pumpen von Wasser oder Erdöl aus Tiefbohrlöchern benutzt

- 2 BAD ORiQINAt

und weisen im allgemeinen einen Motor sowie Dichtungsabschnitteinheiten auf, die mit einer als Kühl- und Schmiermittel für die beweglichen Teile des Motors dienenden Flüssigkeit gefüllt sind. Die Dichtungsanordnung ist gewöhnlich zwischen der Pumpe und dem Motor entlang der Antriebswelle angeordnet und weist wenigstens eine rotierende, daß Bindringen von Bohrlochflüssigkeit entlang der Welle verhindernde Dichtung auf. Zusätzlih dient der Dichtungsabschnitt als Behälter für die Schmier- und Kühlflüssigkeit und gestattet deren Ausdehnung und Zusammenziehung während des Anlassens und Abstellens des Motors, notwendigerweise steht die Flüssigkeit in der Dichtungsanordnung mit dem umgebenden Bohrloch in Verbindung, um die Ausdehnung zuzulassen, und daher müssen Mittel vorgesehen sein, um das Bindringen von Bohrlochflüssigkeit wirksam zu blokkieren, die die Motorteile beschädigen und schließlich einen vorzeitigen BetriebsausTall verursachen würde.

Ein seit langem bestehendes Problem beim Entwurf von Tieftauchmotoren und Dichtungsanordnungen bestellt in der wirksamen Blockierung der umgebenden Bohrlochflüssigkeit gegen das Eindringen derselben. Die Schwierigkeit der Trennung der Motor- und der Bohrlochflüssigkeit wurde durch die MJEchungsfähigkeit der Bohrlochflüssigkeit mit den bekannten Schmiermittel- und KUhIflüssigkeiten verkompliziert. Weiterhin waren Lösungen, die das Eindringen von Bohrlochflüs-

I J Hi 8 '-,!10 1 BADORIGfNAL

ni;-;]'.eit wirksau blockierten, schlechte Schmiermittel und ι mwi 1'.¹V π ame Kül ilmi tt e 1.

ijAr; lic^c ^aitwicklungan schließen die Verwendung von zwi-,odben^eordneten Flüssigkeiten zwischen der Schmiermittelvoul 17^KM lü^sigkeit und der umgebenden Bohrlochflüssigkeit in der lAiohtAm^^nordnung ein. Die zwicchengeordnete Flüsii;-:!'^it ist ;;'iv.^rö}mlich schvrerer als die Schmiermittel- und Cv- !■■j"il::lii;?:;:-iv.j:eit sowie die Bohrlochflüssigkeit und unlösbar :-nit dßjirrelnen. In die Dichtungsanordnung eingesogene -.Cohrlochflüsnigkeit wird durch die zwischengeordnete ι Iv.rjcigkcit von der Schmiermittel- und der Kühlflüssigkeit getrennt. Infolgedessen wird eine Verschmutzung des Uotcrs verhindert.

Uiο Vcrwnriimr einer zviscliengeordncten Flüssigkeit wie c'er besclu'iebenen, macht komplizierte Dichtungsabschii-i ttkonstruktionen erforderlich, um eine wirksame Blockierung uer angebenden Bohrlochflüssigkeit über längere Zeite.bnc'rniitte siclierzustellen. Hinzu kommt, daß der Zusammenbru ]*ritisch ist und eine sorgflältige Handhabung der ]iici)tung'3anorcimmü erfordert, um öle richtige Beziehung zwischen der blockierenden Flüssigkeit und der Schmiermittel- und Kühlflüssigkeit her:?,υ,stellen und aufrecht ^u erhalten.

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BADpRlGfNA^₁

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Tieftauchmotor mit Dichtungsanordnung zu schaffen, bei der eine einzige Flüssigkeit verwendet wird, um eine wirksame Schmierung und Kühlung des Motors zu erzielen, während gleichzeitig eine wirksame Blockierung gegen das Eindringen der umgebenden Bohrlochflüssigkeit geschaffen werden soll.

Bei einer Tieftauchpumpe für Tiefbohrlöcher mit Motor und Dichtungsabschnitt der eingangs beschriebenen Art wird
diese Aufgabenstellung dadurch gelöst, daß der Motor und
wenigstens ein Teil der Kammer der Dichtungsanordnung mit einer einzigen homogenen, das Eindringen von Bohrlochflüssigkeit in die Dichtungsanordnung verhindernden und
eine Schmierung und Kühlung des Motors bewirkenden Schmier-, Kühl- und Blockierungsflüssigkeit gefüllt ist, die im wesentlichen mit der Bohrlochflüssigkeit unvermischbar ist.

Zweckmäßig hat die einzige homogene Flüssigkeit ein höheres spezifisches Gewicht als eins. Vorzugsweise ist die einzige homogene Flüssigkeit ein fluorinierter Ester.

Gemäß der Erfindung ist die einzige homogene Flüssigkeit
ein fluorinierter Ester mit einer chemischen Zusammensetzung von *

F (CFCF₂O) 5 CIIFCF₇.

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BAD ORiGfNAL

Gera"ß dor L'rfindung weist der fluorinierte lister folgende Werte auf:

sine Durchschlagspannung von etwa 49 KV (rms) flüssig, i\.?V£l-l 877 bei einem Spalt von 2,54 mm zwischen Ebenen einer Atmosphäre bei 25 C;

einen Siedepunkt von etwa 224,2° C; ein spezifisches Gewicht von etwa 1,79 bei 25 C; eine vernachlüssigbare Löslichkeit von Wasser bei

eine Löslichkeit in Sunoco AHT Transformatoröl von weniger als 1#> bei 25° C;

'iino Löslichkeit von Sunoco AHT Transformatoröl von v/enigei' als 1;o bei 25° C;

-jLiie Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,312 kcal/m .m .h.1° C (0,ü3o7 BTU/(hr)(F)); und

eine Viskosität von etwa 0,5 - 0,7 Ct.

WeiternLn weist die einzige homogene Flüssigkeit folgende Wer u ;->uf:

oino Dui'chschlagfestigkeit von wenigstem: 30 KV je 2,54 mm bei W)⁰ C;

oino iQ-^imale BetriebBtemperatur über 121° G; einen Roibungnkoeffizienten von wenigstens 0,02 bei 21° C, 400 Umdrehungen Je Mi««nute und eine Last von 45 kg;

ein spezifisches Gewicht, das größer als 1,0 bei 25⁰C ist;

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BAD ORIGINAL

eine Viskosität von etwa 95 Saybolts bei 37,8° C; einen Flammpunkt über 176,7 C; und Unlöslichkeit in Wasser und öl mit spezifischem Gewichten von eins bzw. weniger als eins.

. In vorteilhafter Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die Verbindung zwischen der Dichtungsanordnung und dem Motor einen Abstand zu der Verbindung zwisehen der Dichb tungaanordnung und der Bohrlochumgebung aufweist, und daß das Volumen der einzigen homogenen Kühl-, Schmier- und

ist Blockierflüssigkeit inAer Dichtungsanordnung gröf3er/als die Volumenänderung der Flüssigkeit im Motor während des Ein- und Ausschaltens desselben.

Ein Ausführungsbeisplel des Erfindungsgegenstandes soll nunmehr anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben v/erden. Es 2e.gen:

Fig. 1 eine Längsansicht in verkleinertem Haßstab, teilweise geschnitten, in der ein Tieftauchmotor und eine Dichtungsanordnung in Triebverbindung mit einer Tieftauchpumpe in einem Tiefbohrloch angeordnet gezeigt sind;

Fig. 2 einen axialen Teilschnitt der Dichtungsanordnung

eines Tieftauchmotors, wobei die Dichtungsanordnung

- 7 10 9,884/Hfi.

BAD ORIGINAL

fiie Merkmale der Erfindung zeigt;

Fig. 3 einen Teilr-chnitt, der eine Fortsetzung des in Fig. 2 gezeigten Schnittes ist, in dem der Tieftauchmotor und die Dichtungsanordnung gemäf3 der Erfindung dargestellt sind.

In Fig. 1 ist ein Tieftauchmotor und eine Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung im ganzen mit 10 bezeichnet und besteht aus einem Motor 11 und einer Dichtungsanordnung 12.

v/ie aus Fig. 1 ersichtlich, stehen der I-rtor und die Dichtungsanordnung 10 normalerweise in Trieb verbindung mit einer zugeordneten Tieftauchpumpe 15 tief unter der Erdoberfläche eines öl- ader Wasserbohrlochs, 'das im ganzen mit 14 bezeichnet ist. Ein Flüssigkeitsrohrstrang 16 trägt die Pump^, öcn Ilotor und die Dichtungsanordnung innerhalb des ijohrlochs, wobei geeignete elektrische Leitungen (nicht dargestellt) eine Kraftquelle an der Erdoberfläche mit dem ilotor verbinden.

Die Pumpe 13 und der Motor 11 sind durch eine gemeinsame /ijitriebnvelle verbunden, die im ganzen mit 18 bezeichnet ist und cieh durch die Dichtungsanordnung^ erstreckt. Die Air!;:-? -.brille int normalerweise aus getrennten Wellenab- ;r_;-iiitten, wie dargestellt, hergestellt und weist eine Kolr:-;O.l' i^;~'i, eine DichtungEanordnung^wollo 18b und eine

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Pumpenwelle (nicht dargestellt) auf, die wie bei 20 miteinander verbunden sind, um eine einzige, sich drehende Welle zu bilden.

Der Motor 11 ist mit einer Schmiermittel- lind Kühlflüssigkeit 22 gefüllt, die eine lange Lebensdauer des Motors selbst unter widrigen Umgebungsbedingungen sicherstellt. Der Motor 11 und die Dichtungsanordnung 12 sind flüssigkeitsdicht miteinander verbunden, woba. die Dichtungßanordnung innere Kammern aufweist, die ebenfalls mit der Flüssigkeit 22 gefüllt sind und mit dem Motor 11 in Verbindung stehen. Die Dichtungsanordnung 12 steht in Verbindung mit dem umgebenden Bohrloch. Auf diese Weise kann Flüssigkeit bei einer Volumenzunahme infolge von Ausdehnung der Hotorflüssigkeit in die Bohrlochkammer verdrängt werden. Da jedoch die Dichtungsanordnung 12 sowohl mit dem Hotor 10 als auch mit dem umgebenden Bohrloch in Verbindung steht, ist es wichtig, daß die Flüssigkeit innerhalb der Dichtungsanordnung das Sindringen von Bohrlochflüssigkeit verhindert, die den Motor verschmutzen und einen vorzeitigen Betriebsaufall verursachen würde. Die einzige Flüssigkeit 22 des Motors und der Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung weist gleichzeitig Schmier- und Kühleigenschaften auf, was für den Betrieb des Motors wichtig ist, bildet aber auch eine Blockiorungsflüssigkeit, die eine Verschmutzung des Motors mit dsr umgebenden Bohrlochflüssigkeit verhindert.

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bad

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Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der tfcbor 11 ein äußeres Gehäuse 23 aufweist, das die inneren Motorteile gegenüber der Bohrlochllüssigkeit schützt. Bin Stator 25 ist mittels Federringen 27 im Gehäuse 23 befestigt.

Ein Ilotorrotor 29 ist auf der Motorwelle 18a innerhalb des Hotorstators 27 angeordnet. Der Rotor ist in irgendeiner geeigneten Weise, beispielsweise mittels Nut und Feder,auf der Welle befestigt.

Die Hotorwelle 18a ist innerhalb des Motors vertikal drehbar mittels eines oberen Lagers 33» eine Zwischenlagers 35 und eines unteren Lagers 37 gelagert. Das obere Lager 33 weist Axialschubkissen 39 auf, die den axialen Schub der Welle und des Rotors aufnehmen.

Die Wello 18a weist eine axialen Bohrung 41 auf, die eine Strömung der Schmiermittel- und Kühlflüssigkeit innerhalb der Antriebswelle gestattet. Das obere und das untere 3Unde dor Welle 10a sind mit einer Art Pumpenlaufrad 43 bzw. 45 verrohen, die beim Umlauf der Antriebswelle während des Betriebes eine Pumpwirkung auf die Schmiermittel- und Kühlflüssigkeit innerhalb des Motorgehäuses 23 ausüben, wie dif.r, durch Cd. ο Stömungspfeile angedeutet ist.

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0 υ ti <J , ί ' Vu
BAD

Das unterste Ende des Gehäuses 23 begrenzt eine Flüssigkeitskühl anordnung 47, die sich unter das unterste Ende der Welle 18a erstreckt. Die Kühlanordnung v/eist eine Zylinderwand 49 auf, die einen Abstand nach innen vom Gehäuse 23 hat und mit einer Vielzahl von Öffnungen 51 versehen ist. Diese Wand begrenzt zusammen mit dem Gehäuse eine Flüssigkeitsbahn 53 nahe der Innenfläche des Gehäuses 23. Innerhalb der Z3/Iindrisehen Wand 49 ist ein FiI-ter 55 angeordnet, der das Ende der Welle 18a umgibt.

Während des Laufens des Motors empfängt das untere Pumpenlaufrad 45 Flüssigkeit aus einer Kammer 56 unter dem Rotor und Stator und bewirkt eine Bewegung der Schmiermittel- und Kühlflüssigkeit 22 in der ringförmigen Strömungsbahn 53 in wärmeaustauschender Beziehung mit dem Gehäuse 23 und dann radial einwärts durch dieöffnungen 21, den Filter 55 und vertikal aufwärts durch die axiale Bohrung 41 der Ho- W torwelle 18a.

Die Motorwelle weist Querbohrungen 57 in gewissen Abständen auf, die den Austritt von Schmiermittel- .und Kühlflüssigkeit aus der arialen Bohrung in Abständen entlang der Welle, wie beispielsweise bei dem Lager 35,gestatten.

Die axiale Bohrung 41 steht mit dem oberen Pumpenlaufrad 43 in Verbindung, wobei Schmiermittelflus.sigke.it radial

1Ü9Ö84/J.ltii.
BAD

nach außen durch das obere Pumpenlaufrad gepumpt wird, eic dann p.bvrärts durch das Gehäuse," wie durch die Strö- !lungrpf eile angedeutet, zwischen dem Motorstator 25 und dem ilotor 29 durch den Spalt 59 zurück zur Kammer 56 strömt.

i.».v? arciale Bohrung 41 der Motorwelle 18a erstreckt sich nu:CV^:.irts bis zum oberen Ende der Welle 18a. Der in Fig. 3 gezeigte ilotor ist durch Schrauben 63 mit der in Fig. 2 ,^r;ezoi;;tcn Diei"¹tun.esanordnung· 12 verbunden. Die Dichtungsmordiiunr; verhindert das Eindringen umgebender Bohrloch- :Müfisigl:cit entlang der Antriebswelle 18 in den Pumpenmotor 11 und gestattet weiterhin Volumenveränderungen der ;..chui<::>iittel- und Kühlfiissigkeit des Motors infolge von

ungen beim Sin- und Ausschalten des Motors.

■jj.c Piohtim^sanordnung 12 weist, wie aus B¹Ig. 2 ersichtlich, ^ in rohrförniges Gehäuse 119 auf, derisen oberes lOnde Mit einer Dichtungshalterung 121 und dessen unteres i-lnde m.it einer Trennwand 123 verbunden ist. ΤΆη zweites rohrförmiges Gehäuse 125 erstreckt sich von der Trennwand 123 und ist an ein--im Verbindungskopf 126 befestigt. Diese Teile ; J.nd alle r,::lc3._t die Welle 18b umgebend ausgerichtet. Die liiclitungshalterung 121 ist mit der Pumpe 13 und das obere ■λαό cor lUchtungsanordnungewelle 18b mit der Pumpenwelle

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33in Lagerrohr 127 mit einem größeren Innendurchmesser als der Durchmesser der Antriebswelle 18b umgibt die Welle und bildet einen ringförmigen Durchgang 128. Das Rohr 127 ist mit seinem unteren Ende in der Trennwand 123 abgestützt. Am oberen Ende ist es in einem Lager 129 abgestützt, das an der Dichtungshalterung121 befestigt ist. Zusätzlich sind mehrere Lagerbuchsen 131 entlang der Welle angeordnet, die mit dem Lagerrohr 127 verbunden shd und zur drehbaren Lagerung der Welle 18b dienen.

Das zweite rohrförmige Gehäuse 125 weist eine Axiallageranordnung mit einem Pumpenlaufrad auf, wobei diese Anordnung im ganzen mit 133 bezeichnet ist und dazu dient, die Welle 18b gegen Axialschub abzustützen und drehbar zu lagern und gleichzeitig einen Umlauf der Schmiermittel- und Kühlflüssigkeit des Motors 11 zu bewirken.

Zusätzlich weist sie eine Wärmeaustauschanordnung auf, die im ganzen mit 136 bezeichnet ist, durch die die Schmiermittel- und Kühlflüssigkeit in wärmeaustauschender Beziehung mit der Innenfläche des rohrförmigen Teiles 125 in titlauf strömt. Die gekühlte-Flüssigkeit kehrt dann über den Verbindungskopf 126 und den Durchgang 127 zum Motor zurück.

Die Welle 18b weist eine axiale Bohrung 161 auf, die in Verbindung mit der Bohrung 41 der Welle 1<3n steht. Diono

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BAD ORIGINÄR

Bohrung erstreckt sich aufwärts über einen Teil der
Länge der Welle 18b und endet über der Lager-Pumpenradanordnung 133.

Line in der ΐ/elle 18b vorgesehene Querbohrung 141 gestattet den Durchgang von Hotorflüssigkeit aus der axialen Bohrung 161 in den ringförmigen Durchgang 128, der durch die Welle und das Lagerrohr 127 begrenzt ist. Die Lagerbüchsen 131 und das Lager 129 weisen geeignet ausgebildete Huten auf, die den freien Durchfluß von Hotorflüssigkeit entlang der Welle innerhalb des ringförmigen Durchgangs 12G gestatten.

Die äußere Fläche des Lagerrohres 127 und die innere Fläche des rohrförmigen Gehäuses 119 bilden eine langgestreckte ringförmige Kammer 143, deren oberes Ende von der Dichtungshalterung 121 und dessen unteres Ende von der Trennwand 123 begrenzt ist. Diese Kammer ist durch ein Rohr 149 in einen radial äußeren Abschnitt 145 und einen radial inneren Abschnitt 147 unterteilt.

Ein Durchgang 144 stellt eine Verbindung zwischen dem
ringförmigen Durchgang 128 und dem radial inneren Abschnitt 14 am oberen Ende der Kammer her. Somit steht die Kammer 143 über den ringförmigen Durchgang 128, die Querbohrung 141 und die axiale Bohrung 161 in unmittel-

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barer Flüssigkeitsverbindung rait dem Motor 10. Auf diese Weise bewirkt jegliche Ausdehnung der Motorflüssigkeit infolge einer Temperaturzunahme, daß die Flüssigkeit aufwärts durch den ringförmigen Durchgang 126 in die Kammer 143 gedrückt wird. Umgekehrt findet eine Flüssigkeitsströmung bei einer Zusammenziehung der Kotorflüssigkeit bei einer Temperaturabnahme der Motorflüssigkeit aus der Kammer 143 abwärts durch den ringförmigen Durchgang 128 w zum Motor hin statt.

Innerhalb der Dichtungshaiterung 121 sind mehrere rotierende Dichtungen vorgesehen, die im. ganzen mit 155 bezeichnet sind. Sie umgeben die Welle und bilden im wesentlichen eine Flüssigkeitsdichtung zwischen der rotierenden Welle 18b und der nichtrotierenden Dichtungsanordnung 12. Diese Anordnung verhindert das Eindringen von umgebender Bohrlochflüssigkeit in den Motor 11 entlang der Antriebswelle. Die Dichtungen 155 begrenzen mit der Dichtungshalterung 121 Kammern 171 und 183. Diese Kammern stehen mit dem untersten Ende der ringförmigen Kammer 143 über Leitungen 177 und 179 in Verbindung. Die Pumpwirkung und der Umlfc&iM der umgebenden Bohrlochllüssigkeit und der Flüssigkeit 22, die bei einem Leckfluß einer oder mehrerer dieser Dichtungen auftritt und die eine maximale Lebensdauer der Dichtungsanordnung 11 bewirkt,iat allgemein bekannt und bildet keinen Teil dieser Erfindung.

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:3ine von der Dichtixngshalterung 121 über den Dichtungen begrenzte Kammer 154 steht mit der umgebenden Bohrloch-■ flüssigkeit entlang der Aufwärtsverlängerung der Wolle zur Pumpe 13 in Verbindung. Eine durch eine Bohrung 157 in der Dichtungshalterung 121 gebildete Leitung r.tellt oino Flüssigkeitsverbindung zwj seilen der Kammer 154 und den radial 'mßeren Abschnitt 145 der Kammer 143 Her. Auf diese l/eise besteht eine labyrinthartige Verbindung zwischen der umgebenden Boiirlochllüssigkeit f.d. der Kammer 154 und dem LIotor 11, die durch die Bohrung 157, den radio 1 äußeren Abschnitt 145, der Bohrung 14?, den radial inneren Abschnitt 147, der Bohting 144, den Durchgang 123, die Querbohrung 141, die Bohrung 161 und die Bohrung 41 in der Ilotorwelle. 1Sa gebildet ist.

Gemäß der Erfindung besteht die Schmiermittel- und Kühlflüssigkeit 22 aus, einer einzigen homogenen Flüssigkeit, die sowohl den Llotor 11 als auch die Dichtungsanordnung 12 ausfüllt. Die Flüssigkeit besitzt die notwendigen Eigenschaften, die zur Schmierung und Kühlung des Motors erforderlich sind und eine wirksame Blockierung der umgebenden Bohrlochflüssigkeit innerhalb der Rüstungsanordnimgskamner 143 bewirkt, urn ein Eindringen der Bohrloeflüssigkeit durch die axiale Bohrung 161 der !felle der Dichtungsanordnung in den llotor 12 zu verhindern.

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BAD ORIGINAL

Um die Funktionen des Schmierens und Kühlens des Motors sowie des Blockierend des Eindringens von Bohrlochflüssigkeit muß die Flüssigkeit 22 gewisse wichtige Eigenschaften aufweisen. Die Flüssigkeit muß einen ausreichenden elektrischen Durchschlagwiderstand aufweisen, um ei- ' nen elektrischen Kurzschluß im Motor auszuschließen. Sie muß mit den Motorteilen und insbesondere mit der Wicklungsisolation des Motors und den Lage materialien verträglich sän. Die Flüssigkeit muß ausreichende Schmierfähigkeit aufweisen, um einen ausreichenden Schutz der Lager des Motors und der Dichtungsanordnung selbst unter schwerän Belastungen und bei erhöhten Betriebstemperaturen zu gewährleisten.

Da das Kühlen des Motors eine wichtige Funktion der Flüssigkeit ist, j4uß sie eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um das Abführen der Motorwärme sicherzustellen. Zusätzlich muß sie den Temperaturen der Motorumgebung ohne Verlust ihrer wichtigen Eigenschaften widerstehen können.

Um die Bohrlochflüssigkeit wirksam zu blockieren, muß die Motorschmiermittel- und Kühlflüssigkeit 22 im wej sent-, liehen unvermischbar mit Wasser und Kohlenwasserstoffflüssigkeiten sein, die normalerweise in Öl- und Wasserbohrlöchern vorhanden sind. Weiterhin muß das spezifische Ge-

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BAD ORIGINÄR

wicht größer als das der Flüssigkeiten im Bohrloch sein, um sicherzustellen, daß die Flüssigkeit 22 in der Vorrichtung 10 zurückgehalten wird, um die umgebende Bohrlochflüssigkeit auszuschließen.

Geeignet erscheinende Flüssigkeiten zur Verwendung als kombinierte Schmiermittel- und Kühlflüssigkeit sowie Blockierungsflüssigkeit 22 sollten vorzugsweise gewisse Kindesteigenschaften oder wenigstens ausreichende Kombinationen dieser Eigenschaften aufweisen, um sie zur Verwendung in besonderen Bohrlochumgebenungen wirksam zu machen. Ss dürfte einleuchten, daß Änderungen ddr Bohrlochumgebung, wie z.B. die umgebende Bohrlochflüssigkeits-Zusammensetzung, die Umgebungstemperatur und die Pumpbelastung entsprechende Veränderungen der annehmbaren Mindesteigenschaften einer geeigneten Flüssigkeit verschreiben. Im allgemeinen werden die folgenden Mindesteigenschaften für die Schmiermittel-, Kühl- und Blockierflüssigkeit 22 bevorzugt.

ixir^nchlngswiderstand - wenigstens 3OrKV je 2,54 mm bei 80° Cj

maxiaale Betriebstemperatur über 121° Cj Reibungskoeffizient wenigstens 0,020 bei 21° Cj Spezifisches Gewicht größer als 1,0 bei 25° C; Unvermischbarkoit, unvermischbar mit Wasser und Öl mit spezifischen Gewichten von 1 bzw. weniger als 1;

BADORONAL¹ , ₀ β 8 8 * /. 1-1 · 1

Viskosität etwa 95 Saybolts bei 37,8° Cj Flammpunkt über 176,7° C.

Bin Beispiel einer als Flüssigkeit 22 besonders geeigneten Flüssigkeit ist ein Fluorkohlenstoffester mit einer chemischen Zusammensetzung:

F (CFCF₀O)P-CHPCP, ι 2 '5 3 CF-,

Diese Flüssigkeit ist eine aus einer Reihe von fluorinierten Estern, die von der Firma E.I. Dupont und Company unter dem Warenzeichen: "Freon 3" hergestellt wird. Gleichwertige Zusammensetzungen sind hergestellt worden, bei denen "n" in der Radikalen (JCFCFp) die Größenordnung von 1-5

hat. Im allgemeinen besitzt jede dieser Flüssigkeiten die meisten Eigenschaften, um sie als Flüssigkeit 22 geeignet zu machen. Sie sind sowohl chemisch als auch thermisch stabil und verträglich mit vielen Kunststoffen, jJlastoneren und Anstrichen. Sie sind nicht entflammbar, gering giftig und besitzen einen weiten Flüssigkeitsbereich. Sie weisen einen hohen elektrischen Durchschlagwiderstand auf. Hinzu kommt, daß sie ein wirksames Wärmeübertragungsmittel und gutes Schmfermittel bei niedrigen und mittleren Temperaturen sind. Weiterhin sind sie weniger als 1 y-> in Kohlenv/asser stoff öl bei 24° C löslich und die Löslichkeit im Wasser bei 25° C ist weniger als 25 Teile je Iilllion.

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Das Homolog n=5 ist besonders geeignet, wegen seines hohen Siedepunktes und der Möglichkeit hohen Betriebstemperaturen zu widerstehen, die normalerweise beim Bohrlochpumpbetrieb auftreten. Zusätzlich setzt dieses Homolog lias f. erver schmutzung erheblichen Widerstand entgegen. Bei 2?° C betrügt die Löslichkeit von Wasser im Homolog n=5 einen ve3.machlässigbaren Wert.

Einige der wichtigen Eigenschaften des Homologs n=5 des fluorinierten Esters sind wie folgt zusammengefaßt:

Durchschlagspannung flüssig 49 KV (rms)

Siedepunkt 224,2° C

spezifisches-Gewicht bei 25° C 1,79

Löslichkeit in Wasser bei 25° C ,weniger als 25 ppm

Löslichkeit von Wasser bei 25° C null

Löslichkeit in Sunoco AHT Transformatoröl bei 77 F. 25

weniger als V/a

Löslichkeit von Sunoco AHT

Transformatoröl bei 25 C weniger als 1?ό

Wärmeleitfähigkeit bei 25° C ■ -0,3-12 kcal/m.m².h. 1⁰C Viskosität bei 25° C 0,5 bis 0,7 cp.

ASTi-: D 877, 2,54 mm Spalt zwischen Ebener* eine Atmosiiäre

25° C

!Line besondere Flüssigkeit ist speziell beschrieben worden. 7Js ist jedoch einleuchtend, daß irgendeine Flüssigkeit verwendet werden kann, vorausgesetzt, daß nie in ausreichendem VJ3c die verschiedenen bevorzugten llindecteigenrchaften

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besitzt, um wirksam in der besonderen Bohrlochumgebung zu arbeiten.

Beim Zusammenbau wird der ganze Hotor und die Dichtungsanordnung 10 mit der homogenen Schmiermittel-, Kühl- und Blockierflüssigkeit 22, wie z.B. das Homolog n=5 des fluorinierten Esters gefüllt. Das Füllen erfolgt durch geeignete Füllöffnungen, wie z.B. die in Fig. 3 gezeigte Öffnung 159.

Beim Einfahren der Vorrichtung 10 in ein Bohrloch erfiöht sich im allgemeinen die Temperatur infolge der höheren Umgebungstemperatur im Bohrloch. Dieser Temperaturanstieg bewirkt eine Ausdehnung der Flüssigkeit 22, wobei eins kleine Menge derselben durch die Bohrung 157 und die obere Kammer 154 in das Bohrloch ausgestoßen wird. Der im Betrieb befindliche Motor erhöht die Flüssigkeitstemperatur weiter und wird eine zusätzliche FlUssigkeitsmenge aus dem Motor und der Dichtungsanordnung ausgestoßen.

Wenn der Motor abgestellt wird, kühlt sich die Flüssigkeit auf die Umgebungstemperatur des Bohrloches ab und zieht sich zusammen, wobei Bohrlochflüssigkeit in die Bohrung 157 und das oberste Ende des radial äußeren Abschnitts 145 der Kammer 143 eintritt.

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Infolge des spezifischen Gewichtes der Flüssigkeit 22 verbleibt die Schmiermittel-, Kühl- und Blockierflüssigkeit im unteren Teil der Kammer 143. Oa die Flüssigkeit in wesentlichen unvermischbar mit der Bohrlochflüssigkeit ist, bildet sich eine Zwischenfläche, die bei dargestellt ist, wobei keine Bohrlochflüssigkeit in die verbleibende Dichtungsanordnung eintreten kann.

nachfolgendes Ein- und Ausschalten des I-Iotors 11 bewirkt, daß sich die Zwischenfläche auf- und abwärts innerhalb des radial äußeren Abschnitts der Kammer 143 bewegt. Das Volumen des radial äußeren Abschnitts ist ausreichend, um zu verhindern, daß sich die Zwischenfläche 160 unter das untere linde des rohrförmigen Teils 149 während des Abgehaltene des Hotorgfoewegt. Das Volumen des radial äußeren Abschnitts muß daher wenigstens gleich der in Betracht zu ziehenden Volumenänderung der Flüssigkeit 22 zwischen den maximalen und minimalen Temperaturbedingungen sein.

Der ilotor 11 ist gegen das Sindringen umgebender Bohrflüssigkeit geschützt, bis ein Durchlecken der Dichtungen 1^5 oder ein Verlust von Flüssigkeit 22 gestattet, daß eine ausreichende Menge Bohrlochflüssigkeit in die Dichtungranordnung 12 eintritt, die beim Abkühlen in den Ho-

BAD ORIGINAL

tor gesogen wird. Die Verwendung eines Iiotors und einer Dichtungsanordnung der beschriebenen Art, beider die homogene Schmiermittel-, Kühl- und Blockierflüssigkeit 22 verwendet wird, arbeitet zufriedenstellend selbst unter außergewöhnlichen Umgebungsbedingungen und zwar über eine Zeitdauer, die die Lebensdauer der zugeordneten Bohrlochpumpe weit übersteigt. Es ist daher eine wirtschaftliche und wirksame Anordnung offenbart, die durch die Verwendung einer einzigen Motorflüssigkeit eine Kühlung, Schmierung und Schutz gegen Verunreinigung bietet und eine fortgesetzte I-Iotorverläßlichkeit während seiner Lebensdauer sicherstellt.

Es wird darauf hingewiesen, daß die besondere I-iotor-Dichtungsanordnung, die zuvor beschrieben v/orden int, nur zur Erläuterung dient und daß irgendeine geeignete Konstruktion des Iiotors oder der Dichtungsanordnung ver-P wendet werden kann, ohne vom iSrfindungsgedanken abzuweichen.

Claims

P s t e η t a η ε ρ r ü c he

M .) Vieftmchriuiroe für Tiefbohrlöcher nit Motor und L>ichtu?i· r ro schnitt, bestehend au,·? einem langgestreckt en stator,.einem sich gegenüber demselben d*-r ehe] id en Roto:;· nit einer sich in Lungs richtung pus den. IK:or erstreckenden ".'eile, die von einer ;71"i^r:r. "\';r.f)itpdicht nit dem Motor verbundenen Dichtungsanordnung umgeben ist, die wenigstens eine rotio:--^n^r-·, in Dichtungsangriff mit der V."eile stehende jjic'iti-nr: eufvreifit und zwischen dem Ilotor und der •.■otv-r^idon Dichtung wenigstens eine in Flüssigkeitsverbin^r"u:'i;' mit dem Lotor und dem umgebenden Bohrloch rtⁿ;.endfi Kammer begrenzt, dadurch gekennzeichnet, cr.3 ("¹^:: ilotor (11) und wenigstens ein Teil der Hnmmcr (Vl;) der Dichtungπanordnung (1C) mit einer einzigen, '^rr;: Eindringen von Bohrlochflüssigkeit in die Dichtungsanordnung verhindernden und eine Schmierung und Kühlung des Hotors bewirkenden Gchmier-, Kühl- und Ulockierungsflüssigkeit gefüllt ist, die im wesentlichen mit der Bohrlochflüssigkeit unvermicchbrr iet.

?. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet,

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daß die einzige homogene Flüssigkeit ein höheren spezifisches Gewicht als eins hat.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige homogene Flüssigkeit ein fluorinierter Ester ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die einzige homogene Flüssigkeit ein i'luoriniörter Ester mit einer chemischen Zusammensetzung von

F (CFCFpO) 5 CEFCF-.

ist.

5. Anordnung nach Anspruch l\, dadurch gekennzeichnet, daß der fluorinierte Ester folgende Werte aufweist: eine Durchschlagspannung von etwa 49 KV (rms), flüssigk ASTH 877 bei einem Spalt von 2,154 mm zwi schen Ebenen, eine Atmosphäre bei ?Jß° C; einen Siedepunkt von etwa 224,2° Cj ein spezifisches Gewicht von etwa 1,79 bei ?'j° C; , eine Löslichkeit in Wasser von weniger air. P.:"* ppn bei 25° C;
eine vernachlässigbare Löslichkeit von Ivr.r.ser boi

eine Löslichkeit in Sunoco AIi^-T TrannfornMo^öl

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weniger air 1 ^ι/ί bei 25° C;

eine Löslichkeit von iSunoco AI-IT Transformatoren von weniger als 1Jo bei 25° C; eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,312 kcal/m.m" .h.'i C £p, 0387 BTU/(hr) (ft) (⁰F)J und eine Viskosität von etwa 0,5 bis 0,7 Cp.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige homogene Flüssigkeit folgende Werte aufweist:

eine Durchschlagsfestigkeit von wenigstens 30KV je 2,54 mn fcei 00° C;

eine majcimalo Betriebstemperatur über 121° C; einen Reibungskoeffizienten von wenigstens 0,02

bei 21° C;400 Umdrehungen je Minute und einer Last von 45 kg;

ein spezifisches Gewicht, das größer als 1,0 bei 25° C ist;

eine Viskosität von etwa 95 Saybolts bei 37,8° C; einen Flammpunkt über 176,7° C; und i.Jnlöslichkeit im Wasser und 01 mit spezifischen Gewichten von-eins oder weniger als eins.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Dichtungsanordnung;

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(1O) und dem Motor (11) einen Abstand zu der Verbindung zwischen dor Dichtungsanordnung und der üohrlociiumgebung aufweist, und daß das Volumen der einzigen homogenen Kühl-, Schmier- und Blockierflüssigkeit (?2.) in der Dichtungsanordnung größer ist als die Volumenänderung der Flüssigkeit im Motor, während des Ein- und Ausschaltens desselben.

BAD ORIGINAL

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