DE3625748C2 - - Google Patents

Description

Beim Pumpen von Erdöl ist es vollkommen üblich, künst­ liche Liftmechanismen vorzusehen. Ein gewöhnlich benutzter Mechanismus sieht das Einbringen von Dampf in das Bohrloch vor, um das Fördern von schwerem Erdöl mittels der Tiefbohrpumpe zu unterstützen.

Beim Pumpen von schwerem Erdöl mittels Dampfeinbringung ist es notwendig, einen Dichtmechanismus vorzusehen, um das Durchlassen von Dampf aus dem Bohrloch während des Einbringprozesses zu verhindern. Es ist höchst wünschenswert, solch eine Dichtung anzuordnen, ohne das Gestänge aus dem Bohrloch entfernen zu müssen. Weiterhin ist es wünschenswert, einen Preventermechanismus vorzusehen im Falle, daß eine ungeregelte Erhöhung des Druckes im Bohrkopf während des Einbringens von Dampf in das Bohrloch auftaucht.

Dementsprechend ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Preventer zum Einsetzen in Verbindung mit einer Tiefbohrpumpe zum Pumpen von Erdöl mittels des Einbringens von Dampf vorzusehen, welche das Bohrloch ohne die Notwendigkeit des Entfernens des Bohrgestänges abdichtet.

Die Lösung dieser Aufgabe wir bei einem Bohrgerät der eingangsgenannten Gattung durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale erhalten.

Der Bohrlochpreventer bildet die Verbindung zwischen der glatten Mitnehmerstange und dem Gestänge. Gemäß der vor­ liegenden Erfindung umfaßt der Bohrlochpreventer einen hohlen zylindrischen Nippel, der eine Oberseite und ei­ ne Unterseite sowie eine durchgehende zylindrische Boh­ rung mit einem Durchmesser D 1 aufweist.

In der in dem Nippel vorgesehenen zylindrischen Bohrung ist ein zylindrischer Dorn teilweise aufgenommen. Der zylindrische Dorn hat einen ersten Durchmesserbereich mit einem Durchmesser D 2, einen zweiten Durchmesser­ bereich mit einem Durchmesser D 3 und einen dritten Durchmesserbereich mit einem Durchmesser D 4, wobei D 2 <D 1<D 3<D 4 ist, so daß der erste Durchmesser­ bereich an der Unterseite des Nippels bei überhöhtem Druck im Bohrkopf anschlägt, um ein Ausblasen zu verhindern. Eine elastisch deformierbare Dichtung ist an dem dritten Durchmesserbereich des Dorns angeordnet. Ein Verbindungsstück, welches in der in dem Nippel vor­ gesehenen zylindrischen Bohrung aufgenommen wird, ist mit dem Dorn verbunden und weist eine Fläche auf, welche der elastisch deformierbaren Dichtung anliegt. Die glatte Mitnehmerstange ist an das Verbindungsstück angekoppelt, während das Gestänge mit dem Dorn verbunden ist, um die Bewegung der Pumpeinheit zu der Tiefbohrpumpe zu übertragen.

Infolge dieser oben beschriebenen Anordnung kann der Bohrkopf abgedichtet werden, ohne daß ein Ausbau des Gestänges erforderlich wird. Weiterhin wird ein Ausblasen in dem Falle verhindert, daß eine ungeregelte Erhöhung des Drucks im Bohrkopf infolge des Einbringens von Dampf in das Bohrloch auftaucht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die eine Bohrlocheinrichtung zeigt, welche den Bohrlochpreventer der vorliegenden Erfindung umfaßt;

Fig. 2 einen Querschnitt durch diejenigen Teile, welche den Bohrlochpreventer gemäß vorliegender Erfindung in Gebrauchslage bilden.

Es ist ein Bohrgerät 10 dargestellt, welches ein Förderrohr 12 umfaßt, das in einem Bohrgehäuse 14 für ein Bohrloch angeordnet ist. In dem Förderrohr 12 ist eine Tiefbohrpumpe 16 vorgesehen, welche mittels einem Gestänge 18 betrieben wird. Das Gestänge 18 ist mit einer glatten Mitnehmerstange 20 über den Bohrlochpreventer 22 der vorliegenden Erfindung in einer Art verbunden, wie sie hiernach erklärt wird. Ein Nippel 42 des Bohrlochpreventers 22 ist mit einem Kreuzstück 24 und mit einer Stopfbüchse 26 am Bohrkopf des Bohrgerätes 10 verbunden.

Das Bohrgehäuse 14 bildet mit dem Förderrohr 12 einen Ringraum 28, welcher mit Dampf über die Zuleitung 30 versorgt werden kann. Das Öl, welches über das Förderrohr 12 mittels der Pumpe 16 hochgepumpt wird, wird von dem Bohrgerät über ein Rohr 32 weggeführt. In der Zuleitung 30 und dem Rohr 32 sind Ventile vorgesehen zum selektiven Verbinden der Leitungen mit dem Ringraum 28 bzw. dem Förderrohr 12.

Das Pumpen geschieht folgendermaßen. Die Pumpeinheit 34 überträgt die wiederkehrende Bewegung auf die glatte Mitnehmerstange 20, welche entlang der Längsachse durch die Stopfbüchse 26 und den Nippel 42 des Bohrlochpreventers 22 gleitet. Diese wiederkehrende Bewegung der Mitnehmerstange 20 wird in einer hiernach erklärten Art und Weise auf das Gestänge 18 übertragen, welches seinerseits die wiederkehrende Bewegung auf die Tiefbohrpumpe 16 überträgt, welche die Pumpaktion mit Hilfe eines Plungers und Absperrventilen in bekannter Art und Weise vollführt.

Bezug nehmend auf Fig. 2 werden die Einzelheiten des Bohrlochpreventers der vorliegenden Erfindung näher beschrieben. Der Bohrlochpreventer 22 umfaßt ein hohles zylindrisches Nippelglied 42, das eine zylindrische Innenbohrung 44 aufweist. Der Nippel 42 ist in seinem unteren Bereich mit einem Außengewinde 46 belegt, über welche der Nippel mit dem Kreuzstück 24 des Bohrgehäuses verbunden wird. Der obere Bereich des Nippels ist mit einem weiteren Gewindeteil 48 versehen, um den Nippel mit der Stopfbüchse 26 des Bohrgehäuses zu verbinden. Obwohl das Gewinde 48 als ein Innengewin­ de dargestellt ist, sollte genauso angenommen werden können, daß das Gewinde auch auf dem Außenmantel des Nippels 42 angeordnet sein kann. Die zylindrische Bohrung 44 des Nippels 42 weist über zumindest einen Teil eine lichte Weite 50 mit einem Durchmesser D 1 auf. Der Nippel 42 ist mit einer Oberseite 52 und einer Unterseite 54 versehen.

Das Gestänge 18 ist mit der glatten Mitnehmerstange 20 über einen zylindrischen Dorn 56 und ein Verbindungsstück 82 verbunden, welches mit dem Nippel 42 den Bohrlochpreventer 22 bildet. Der zylindrische Dorn 56 weist einen Ringkragen 58 mit einem Durchmesser D 2, einen zylindrischen Mittelkörper 60 mit einem Durchmesser D 3 und einen dritten zylindrischen Ansatz 62 mit einem Durchmesser D 4, wobei D 2<D 1<D 3<D 4 ist. Ansatz 62 ist mit einer Ringnut 64 an seiner Umfangsfläche versehen, welche eine elastische Dichtung 66, bevorzugt in der Form einer O-Ringdichtung, aufnimmt. Vom Ringkragen 58 und vom Ansatz 62 des zylindrischen Dorns 56 ragen mit Gewinde versehene Fortsätze 68 und 70 ab. An den Fortsätzen 68 bzw. 70 sind Außengewinde 72 bzw. 74 vorgesehen. Falls gewünscht, können jedoch die Elemente 68 und 70 auch mit Innengewinden versehen sein. Ein Ring 76 ist dem Ansatz 62 des Dorns 56 aufgeschoben. Der Ring 76 besteht aus einem elastisch verformbaren Werkstoff und weist einen äußeren Durchmesser 78 auf, welcher etwas größer ist als die lichte Weite 50 der zylindrischen Bohrung 44, welche aus einer glatten Innenfläche mit einem Finish von 12 bis 20 Microinch besteht. Der Innendurchmesser 80 des Rings 76 ist etwas größer als der Durchmesser des Ansatzes 62. Das Verbindungsstück 82, welches ein Muttergewinde 84 aufweist, ist auf das Gewinde 74 des Fortsatzes 70 des Dorns 56 so aufgeschraubt, daß die untere Fläche 86 des Verbindungsstücks 82 dem Ring 76 naheliegt. Wie oben erwähnt, kann der Fortsatz 70 des Dorns 56 mit einem Muttergewinde versehen sein, wobei in diesem Fall das Verbindungsstück 82 mit einem Außengewinde versehen sein würde. Fortsatz 68 des Dorns 56 ist mit dem Gestänge 18 über ein Gewinde 72 verbunden, während die glatte Mitnehmerstange 20 mit dem Verbindungsstück 82 über das Gewinde 88 verbunden ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Fig. 1 und 2 beschrieben ist, ist die glatte Mitnehmerstange 20 mit dem mit einem Gewinde versehenen Teil 88 des Verbindungsstücks 82 verbunden. Das Verbindungsstück 82 seinerseits ist mit dem Dorn 56 verbunden mit Hilfe des Muttergewindes im Verbindungsstück 82 und mit der mit einem Gewinde versehenen Verbindung 74 am Dorn 56. Der Dorn 56 ist seinerseits mit dem Gestänge 18 über ein mit einem Gewinde versehenen Teil 72 am Fortsatz 68 verbunden. Die O-Ringdichtung 66 sitzt in der Ringnut 64, während gleichzeitig der Ring 76 seitlich unverlierbar zwischen der unteren Fläche 86 des Verbindungsstücks 82 und einem schulterartigen Absatz 90 des Dorns 56 um den Ansatz 62 gehalten ist.

Der Bohrlochpreventer gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet wie folgt. Die Pumpeinheit 34 überträgt während der Pumparbeit eine wiederkehrende Bewegung auf die glatte Mitnehmerstange 20, welche axial durch die Stopfbüchse 26 und den Nippel 42 des Bohrlochpreventers 22 gleitet. Diese wiederkehrende Bewegung wird auf das Verbindungsstück 82 und den Dorn 56 übertragen, welcher seinerseits die periodische Bewegung auf das Gestänge 18 überträgt, das letztlich die Tiefbohrpumpe 16 antreibt, die eine Pumpaktion mit Hilfe eines Kolbens und Absperrventilen in bekannter Art und Weise bewirkt.

Wenn das Einbringen von Dampf in den Ringraum 28 über die Zuleitung 30 oder durch das Förderrohr 12 über die Rohrlinie 32 begonnen wird, wird die glatte Mitnehmerstange 20 zusammen mit dem Gestänge 18 angehoben, wobei in Folge die Pumpe 16 abgehoben wird, bis das Verbindungsstück 82 und Dorn 56 in die Bohrung 44 des Nippels 42 eingezogen sind, wobei der Ring 76 in Kontakt mit der lichten Weite 50 der Bohrung 44 des Nippels 42 kommt. Der Ring 76, welcher in den Nippel 42 eingezwängt wird, bildet eine Dichtung wegen des Paßsitzes auf Grund der Tatsache, daß der Außendurchmesser des Rings 76 größer ist als die lichte Weite 50 der Bohrung 44 des Nippels 42. Gleichzeitig wird der Ring 76 so elastisch verformt, daß der Innendurchmesser 80 des Rings 76 den O-Ring 66 zusammenpreßt und auf diese Weise ebenfalls eine Dichtung bildet.

Wenn die glatte Mitnehmerstange 20 unter Zugspannung gesetzt worden ist, wird sie in bekannter Art und Weise festgelegt, so daß sie während des Einbringens von Dampf in das Bohrloch nicht bewegt wird. Die an die glatte Mitnehmerstange 20 angelegte Zugspannung zum Zwecke der Aufnahme des Rings 76 innerhalb des Nippels 42 muß geringer sein als das Gewicht des Gestänges 18 und der Tiefbohrpumpe 16.

Wenn das Einbringen von Dampf begonnen wird, kann der Dampf nicht aus dem Gehäusekopf entweichen, und zwar infolge der Abdichtungen, die von der äußeren Fläche des Ringes 76 mit der glatten Oberfläche 50 des Nippels 42 und der inneren Fläche des Rings 76 bewirkt wird, wenn er den O-Ring 66 deformiert, welcher unverlierbar in der Ringnut 64 des Ansatzes 62 des Dorns 56 gehalten ist.

Wenn dann das Einbringen von Dampf beendet ist, wird die an der glatten Mitnehmerstange 20 vorgenommene Festlegung aufgehoben und das Eigengewicht des Gestänges 18 und der Pumpe 16 bewirkt, daß die Anordnung, welche das Verbindungsstück 82, den Dorn 56, den Ring 76 und den O-Dichtring 66 umfaßt, abgesenkt und von dem Nippel 42 getrennt wird, wobei die Dichtung aufgehoben wird, welche während des Einbringens von Dampf vorhanden war. Wenn dann die Tiefbohrpumpe 16 durch das Eigengewicht des Gestänges 18 und der Pumpe selbst aufgesetzt worden ist, wird die glatte Mitnehmerstange 20 mit der Pumpeinheit 34 verbunden. Zuerst beginnt die Förderung von Rohöl gewöhnlich in natürlichem Fluß infolge des erhöhten Innendruckes, welcher durch den Dampfeinbringungsprozeß erzeugt wurde; dieser natürliche Fluß endet aber nach kurzer Zeit, da der Innendruck abfällt und nicht mehr ausreicht, um das Rohöl an die Oberfläche zu bringen. Jetzt wird die Pumpeinheit 34 angestellt und nun beginnt die Förderung von Rohöl durch das Pumpen der Pumpe 16.

Wenn es erforderlich wird, das Einbringen von Dampf zu wiederholen, wird das oben beschriebene Verfahren noch einmal ausgeführt. Wenn der Ring 76 oder der O-Ring 66 aus elastischem Material beschädigt sein sollten, können sie schnell durch übliche Methoden ersetzt werden, welche bei der Ölförderungsarbeit den dort Beschäftigten geläufig sind.

Sollte während des Einbringens von Dampf in das Bohrloch ein ungeregeltes Erhöhen des Drucks im Bohrkopf auftauchen, wird der Ringkragen 58 des Dorns 56, dessen Durchmesser größer ist als die lichte Weite 50 der Bohrung 44 des Nippels 42, gegen die Unterseite 54 des Nippels 42 gepreßt, wobei ein abdichtender Kontakt bewirkt und somit ein mögliches Auftreten eines Ausblasens verhindert wird. Als Ergebnis des Bohrlochpreventers der vorliegenden Erfindung erhält man eine Anzahl von Vorteilen. Das Einbringen von Dampf in das Bohrloch ist möglich, ohne daß eine Entfernung des Gestänges notwendig wird. Im wesentlichen gibt es keine beweglichen Teile in dem Bohrlochpreventer und das Einsetzen des Bohrlochpreventers ist äußerst einfach, so daß hierfür kein ausgebildetes Personal notwendig wird.

Claims (6)

1. Bohrgerät mit einem Bohrlochpreventer zum Einsetzen in Verbindung mit einer Tiefbohrpumpe zum Pumpen von Rohöl durch Einbringen von Dampf in ein Bohrloch, mit einem Förderrohr (12) welches in dem Bohrloch angeordnet ist und einen Ringraum (28) zwischen sich und einem Bohr­ gehäuse des Bohrgerätes (10) bildet, einer Pumpe (16) in dem Förderrohr (12), um Öl in dem Förderrohr (12) nach oben zu pumpen, mit einer Zuleitung (30) zum Einbringen von Dampf in das Bohrloch, mit einer Pumpeinheit (34), welche mit einer glatten Mitnehmerstange (20) verbunden ist, um deren Bewegung auf die glatte Mitnehmerstange (20) zu übertragen, und mit einem Gestänge (18), welches mit der Pumpe (16) verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bohrlochpreventer (22) die glatte Mitnehmerstange (20) mit dem Gestänge (18) verbindet, um die Bewegung von der Pumpeinheit (34) auf der Pumpe (16) zum Pumpen von Öl durch das Förderrohr (12) hinauf zu übertragen, wobei der Bohrlochpreventer (22) ein hohles zylindrisches Glied (42) umfaßt, welches eine Oberseite (52) und eine Unterseite (54) und eine zylindrische Bohrung mit einer lichten Weite (50) mit einem Durchmesser D 1 aufweist, einen zylindrischen Dorn (56), welcher teilweise in der hohlen zylindrischen Bohrung (50) mit der lichten Weite aufgenommen ist, wobei der zylindrische Dorn (56) einen Ringkragen (58) mit einem Durchmesser D 2, einen Mittelkörper (60) mit einem Durchmesser D 3 und einen Ansatz (62) mit einem Durchmesser D 4 aufweist, wobei D 2 <D 1<D 3<D 4 ist, so daß der Ringkragen (58) an der Unterseite (54) des Nippels (42) anstößt, wenn der Druck in dem Bohrloch ungeregelt erhöht ist.

2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ansatz (62) eine elastisch deformierbare Dichtung (76) angeordnet ist und ein Verbindungsstück (82) mit dem Dorn (56) verbunden ist, wobei das Verbindungsstück (82) eine untere Fläche (86) aufweist, welche der elastisch deformierbaren Dichtung (76) anliegt, wobei die elastisch deformierbare Dichtung (76) gegen die zylindrische Bohrung (50) mit dem Durchmesser D 1 des hohlen zylindrischen Nippels (42) abdichtet.

3. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge (18) mit dem Dorn (56) und die glatte Mitnehmerstange (20) mit dem Verbindungsstück (82) verbunden ist.

4. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (62) mit einer Ringnut (64) auf seine Umfangsfläche versehen ist, welche eine elastische Dichtung (66) aufnimmt, die gegen die elastische deformierbare Dichtung (76) abdichtet.

5. Bohrgerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Zuleitung (30) zum Einbringen von Dampf in den Ringraum (28).

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Einführeinrichtungen (32) zum Einbringen von Dampf durch das Förderrohr (12).