DE3641104A1 - Hubpumpe, insbesondere zur foerderung von erdoel aus einer tiefbohrung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Hubpumpe, insbesondere zur Förderung von Erdöl aus einer Tiefbohrung, mit einem unmit­ telbar über dem Flüssigkeitsspiegel im Bohrloch eingebauten Pumpen-Zylinder mit Saugventil und einem im Zylinder gleitend geführten, an einem von der Erdoberfläche aus bewegbaren Ge­ stänge hängenden Kolben mit Durchlaß.

Hubpumpen für die Erdölförderung werden in der jeweils er­ forderlichen Tiefe in die mit Rohren ausgekleidete Förderboh­ rung eingesetzt. Das Gestänge verläuft innerhalb der Verroh­ rung und wird von einem an der Erdoberfläche stehenden Antrieb in Hubbewegungen versetzt, wobei der am Gestänge hängende Kolben der in der Tiefe der Bohrung sitzenden Hubpumpe diese Hubbewegungen mitmacht. Bei einer Hebebewegung des Kolbens öffnet sich das am Boden des Pumpenzylinders sitzende Saugven­ til, so daß zu förderndes Medium in die Pumpe eintreten kann. Der Kolben hat einen Durchlaß, welcher mit einem Druckventil ausgerüstet ist, welches sich bei dem Saughub der Pumpe schließt, so daß auf der Gestängeseite des Kolbens befindli­ ches Medium nach oben in die Verrohrung des Bohrloches abge­ drückt wird.

Bei bekannten Hubpumpen hat sich als Nachteil erwiesen, daß der Kolben bei einem Abriß des Gestänges in den Zylinder der Pumpe hineinfällt. Steht das zu fördernde Medium unter Druck, kann es dann durch das offene Saugventil ungehindert die Pumpe durchströmen und eruptiv an der Erdoberfläche austreten.

Ein Abriß der Gestänge ist von vornherein nicht auszu­ schließen, da den Dimensionierungen durch die Querschnitte der Fördersonde Grenzen gesetzt sind und die Gestänge auch Längen bis zu 2200 Metern erreichen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubpumpe der in Rede stehenden Art dahingehend zu verbessern, daß bei einem Gestängebruch ein eruptives Austreten des zu fördernden Mediums vermieden wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst wor­ den, daß die Stirnfläche des Kolbens einen Dichtsitz aufweist und daß die dem Kolben gegenüberstehende Fläche des Zylinders ein dem Dichtsitz zugeordnetes Dichtelement hat.

Da der Kolben im Falle eines Gestängebruches in den Zylin­ der hineinfällt, kann sich der an seiner Stirnfläche befindli­ che Dichtsitz an das zugeordnete Dichtelement an der gegenüber­ stehenden Fläche des Zylinders anlegen. Weil sich der Eingang des Pumpenauslasses ebenfalls an der Stirnfläche des Kolbens befindet wird auch der Pumpenauslaß durch die gegenseitige An­ lage von Dichtsitz und Dichtelement vollständig abgedichtet, so daß unter Druck stehendes Fördermedium nicht mehr eruptiv austreten kann. Die Dichtkraft wird durch das Eigengewicht des an dem Kolben bei Gestängebruch verbleibenden Gestängerestes erzeugt.

Selbstverständlich ist es für die Funktion der betriebs­ fähigen Hubpumpe wesentlich, daß das von der Fläche des Zylin­ ders vorstehende Dichtelement hinsichtlich seiner Vorstehung von dieser Fläche außerhalb des Hubtotpunktes des Kolbens ge­ halten wird. Der Kolben der Pumpe kann dadurch frei arbeiten und die Dichtwirkung zwischen Dichtsitz und Dichtelement tritt erst dann auf, wenn der Kolben bei möglichem Gestängebruch in die Pumpe hineinfällt, bis sein Dichtsitz mit dem Dichtelement zur Anlage kommt.

Das Dichtelement kann ein fest in die Pumpe integriertes Bauteil sein. Vorzugsweise ist das Dichtelement jedoch ein in die Pumpe einsetzbarer Einsatz, mit dem Vorteil, daß Pumpen mit der erfindungsgemäßen Sicherung nachgerüstet werden kön­ nen.

Der Dichtsitz kann an den Kolben angeformt sein. Der Kol­ ben kann auch mit einem vor seine Kopffläche gesetzten Teil, welches den Dichtsitz aufweist, ausgerüstet sein. Bei der er­ findungsgemäßen Hubpumpe umfaßt der Dichtsitz eine kegelförmi­ ge Ausnehmung im Kolben und ist das Dichtelement ein sich in die Ausnehmung des Kolbens einlegender Kegel. Diese Ausbildung von Dichtsitz und Dichtelement hat den Vorteil, daß sich beide Teile bei einem Gestängebruch unter gegenseitiger Zentrierung aneinanderlegen und eine optimale Dichtung bewirken.

Der Kegel ist an der Spitze eines auf der Fläche des Zylin­ ders stehenden Fußteils angeordnet. Der Kegel erhebt sich da­ durch frei von der Fläche und steht im Zylinderraum dem Kolben gegenüber. Der aus Kegel und Fußteil bestehende Einsatz kann als Bauteil in den Zylinder gestellt werden, wobei das zu för­ dernde Medium diesen Einsatz ungestört umströmen kann.

Bei einer bevorzugten Ausführung umfaßt das Fußteil einen in den Zylinder passend einsetzbaren Flansch mit Durchlässen und einen im Zentrum des Flansches gegen den Kolben vorstehen­ den Träger für den Kegel.

Der Flansch weist etwa den Durchmesser des Zylinders auf, so daß der gesamte Einsatz sicher im Zylinder steht. Bei einem Ansaughub kann das zu fördernde Medium vom Saugventil durch die Durchlässe in den Zylinderraum eintreten. Der am Flansch angeordnete gegen den Kolben vorstehende Träger weist an sei­ nem freien Ende den Kegel auf, der dadurch im Zentrum des Zy­ linders gehalten ist und der kegelförmigen Ausnehmung im Kol­ ben gegenübersteht, so daß der Kegel, bei einem Absacken des Kolbens über den Totpunkt hinaus, in die kegelförmige Ausneh­ mung im Kolben eingreifen kann, um die beschriebene Dichtwir­ kung zu erreichen.

Weiterhin zeichnet sich die Hubpumpe dadurch aus, daß der Träger aus einem auf dem Flansch stehenden Hohlprofil und einem im Hohlprofil längsverschiebbar geführten Stangenteil be­ steht, an dessen freiem Ende der Kegel angeordnet ist.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Abstand zwischen dem Kegel als eigentlichem Dichtelement und seinem Fußteil ver­ ändert werden kann. Eine solche Veränderung kann zum Beispiel dann vorteilhaft sein, wenn Hubpumpen mit dem erfindungsgemä­ ßen Einsatz, zur Sicherung gegen eruptives Austreten des zu fördernden Mediums bei Gestängebruch, nachgerüstet werden. Durch die Verschiebemöglichkeit kann der Kegel als eigentli­ ches Dichtelement in die jeweils gewünschte Position gebracht werden, die außerhalb des Hubweges des Kolbens liegen soll. Zu diesem Zweck können das Hohlprofil und das Stangenteil gegen­ seitig in Wirkverbindung bringbare Festsetzelemente aufweisen, wie zum Beispiel Festsetzschrauben, justierbare Rastelemente oder dergleichen.

Mit besonderem Vorteil ist das Stangenteil gegen die Kraft einer Feder in das Hohlprofil einschiebbar. Die Feder kann bei­ spielsweise eine Spiraldruckfeder sein, die das Stangenteil um­ gibt und den Kegel als eigentliches Dichtelement in einer maxi­ mal aus dem Hohlprofil des Fußteils herausgezogenen Stellung hält. Tritt ein Gestängebruch auf, bei welchem der Kolben in den Zylinder hineinsackt und mit seinem Dichtsitz am Kegel zur Anlage kommt, wird die Feder ausgelenkt, so daß sich während des noch weiteren möglichen Verschiebeweges des Kolbens Kegel und Dichtsitz des Kolbens einwandfrei in gegenseitigen Ein­ griff bringen können.

Die Anpresskraft zwischen Kegel und Dichtsitz im Kolben wird dabei einerseits durch das Gewicht des mit dem Kolben noch verbundenen Restgestänges erzeugt und andererseits durch den Druck des zu fördernden Mediums, das in den Zylinderraum durch das Saugventil eintreten kann und auf die Grundfläche des Kegels drückt, wobei der Kegel dann zusätzlich von unten in den Dichtsitz des Kolbens gepreßt wird.

Nach einer Weiterbildung sind Kegel und Stangenteil mitein­ ander verschraubt. Beispielsweise kann der Kegel ein Innenge­ winde aufweisen, in das ein Außengewinde des Stangenteils ein­ greift. Bei einer Beschädigung der Kegelmantelfläche, die zu einer Verminderung der beabsichtigten Dichtwirkung führen wür­ de, kann deshalb der Kegel leicht ausgetauscht werden. Gleiche Fußteile, die in Zylinder von Hubpumpen einsetzbar sind, kön­ nen durch die lösbare Verbindung zwischen Stangenteil und Kegel auch mit verschiedenen Kegeln ausgerüstet werden. Aus der lösbaren Verbindung zwischen Stangenteil und Kegel ergeben sich auch fertigungstechnische Vorteile.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weite­ re erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung darge­ stellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch den unteren Bereich der Hubpumpe mit im Zylinderraum eingebrach­ tem Einsatz zur Abdichtung der Pumpe bei Gestänge­ bruch und

Fig. 2 eine Ansicht des Fußteils des Einsatzes entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht des unteren Bereichs einer Hubpumpe dargestellt. Der Zylinder 1 der Pumpe ist an seiner Unterseite durch eine Fläche 2 verschlossen. Die Fläche hat eine zentrische Bohrung 3, in die ein hier nicht weiter dargestelltes Saugventil eingesetzt werden kann. Durch die Bohrung 3 tritt das zu fördernde Medium bei einem Saughub des im Zylinder 1 geführten Kolbens 4 in den Zylinderraum 5 ein. Der Kolben 4 hat eine in seinem Zentrum befindliche öff­ nung 6 und seine Stirnfläche 7 ist mit einem Dichtsitz 8 ver­ sehen, der hier als kegelförmige Ausnehmung 9 ausgebildet ist. In den Zylinderraum 5 steht ein sich von der Fläche 2 erheben­ des Dichtelement 10 vor, das hier als in die Ausnehmung 9 des Kolbens eingreifender Kegel 11 ausgebildet ist. Der Kegel ist am freien Ende eines Stangenteils 12 angeordnet. Das Stangen­ teil ist längsverschiebbar in einem Hohlprofil 13 geführt. Mit 14 ist eine Druckfeder bezeichnet, die sich einerseit am frei­ en Ende des Hohlprofils 13 und andererseits an der Unterseite des Kegels 11 abstützt. Die Feder 14 ist vorgespannt und hält das Stangenteil 12 und somit auch den Kegel 11 in einer maxi­ mal aus dem Hohlprofil ausgeschobenen Stellung. Dabei wird der Ausschiebeweg des Stangenteils 12 durch einen Anschlag 15 be­ grenzt.

Das Hohlprofil 13 erhebt sich von einem Flansch 16, der mehrere Durchlässe 17 aufweist, durch die aus der Bohrung 3 eintretendes zu förderndes Medium ungehindert strömen kann, um in den Zylinderraum 5 einzutreten.

Stangenteil 12 und Hohlprofil 13 bilden zusammen einen Trä­ ger für den Kegel 11. Der Träger und der Flansch 16 bilden wie­ derum zusammen ein Fußteil für den als eigentliches Dichtele­ ment dienenden Kegel 11, mit welchem das Dichtelement in den Zylinderraum 5 auf der Fläche 2 steht.

Der gesamte Einsatz kann mittels eines hier angedeuteten Sprengrings 18 in der Hubpumpe gehalten und gesichert werden.

In Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II- II in Fig. 1 dargestellt. Fig. 2 läßt erkennen, daß der Flansch 16 des Fußteils mit seinem zentrisch angeordneten Hohl­ profil insgesamt fünf Durchlässe 17 aufweist.

Claims (8)

1. Hubpumpe, insbesondere zur Förderung von Erdöl aus ei­ ner Tiefbohrung, mit einem unmittelbar über dem Flüssigkeits­ spiegel im Bohrloch eingebauten Pumpen-Zylinder mit Saugventil und einem im Zylinder gleitend geführten, an einem von der Erd­ oberfläche aus bewegten Gestänge hängenden Kolben mit Durch­ laß, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (7) des Kolbens (4) einen Dichtsitz (8) aufweist und daß die dem Kolben (4) gegenüberstehende Fläche (2) des Zylinders (1) ein dem Dichtsitz (8) zugeordnetes Dicht­ element (10) hat.

2. Hubpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsitz (8) eine kegelförmige Ausnehmung (9) im Kolben (4) umfaßt und daß das Dichtelement (10) ein sich in die Aus­ nehmung (9) einlegender Kegel (11) ist.

3. Hubpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regel (11) an der Spitze eines auf der Fläche (2) des Zy­ linders (1) stehenden Fußteils angeordnet ist.

4. Hubpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fußteil einen in den Zylinder (1) einsetzbaren Flansch (16) mit Durchlässen (17) und einen im Zentrum des Flansches (16) gegen den Kolben (4) vorstehenden Träger für den Regel (11) umfaßt.

5. Hubpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem auf dem Flansch (16) stehenden Hohlprofil (13) und einem im Hohlprofil (13) längsverschiebbar geführten Stangenteil (12) besteht, an dessen freiem Ende der Kegel (11) angeordnet ist.

6. Hubpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlprofil (13) und Stangenteil (12) gegenseitig in Wirkver­ bindung bringbare Festsetzelemente aufweisen.

7. Hubpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Stangenteil (12) gegen die Kraft einer Feder (14) in das Hohlprofil (13) einschiebbar ist.

8. Hubpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß Kegel (11) und Stangenteil (12) mit­ einander verschraubt sind.