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Einrichtung zum Fördern von Erdöl, Sole und anderen Flüssigkeiten
aus Bohrlöchern. Der Förderung von Erdöl, Sole und anderen Flüssigkeiten aus Bohrlöchern
stellen sich bekanntlich durch die Tiefe und die Enge des Bohrloches große Schwierigkeiten
entgegen, und man ist daher auf die Anwendung verhältnismäßig unvollkommener Hilfsmittel
angewiesen. Als solche werden für die Förderung aus tiefen Bohrlöchern die Ventilbüchse
zum sogenannten Schöpfbetrieb, die Gestängepumpe, der galizische Kolben, die Mammutpumpe
und schließlich das endlose Band (nach L e i e n w e b e r ) anzewendet. Elektrisch
betriebene Pumpen sind nicht verwendbar, weil der mit der Pumpe zu verbindende Elektromotor
bei geringem Durchmesser. eine außerordentlich große Länge erhalten müßte, und weil
ferner die im Motor sich entwickelnde Hitze diesen nach kurzem zerstören würde.
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Den übrigen genannten Fördermitteln haften aber wesentliche Unvollkommenheiten
an, die den Betrieb sehr unwirtschaftlich gestalten und auch die Förderung aus größeren
Tiefen so gut wie ausschließen.
Die ain weitesten \-c,-llreitcte
1#örd@rart i"t der Schöpfbetrieb, bei dem eine Ventilbüchse, d. i. ein langes, am
Boden mit einem Ventil versehenesRohr, mittels eines über eineTurmrolle geführten
Drahtseiles in die Tiefe gelassen wird. Wenn das Ventil nicht ganz dicht schließt,
was meistens der Fall ist, wenn die zu fördernde Flüssigkeit mit Sand o. dgl. vermengt
ist, so fließt beim Anheben der gefüllten Büchse aus größerer Tiefe die meiste Flüssigkeit
durch das undichte Ventil wieder ab. Deshalb muß die Ventilbüchse mit möglichst
großer Geschwindigkeit gehoben werden; daraus ergibt sich aber ein starleer Verschleiß
des Drahtseiles, der Ventilbüchse und der im Bohrloch befindlichen Futterrohre.
Wird das Ventil durch größere Körper, z. B. kleine Steinehen o. dgl., offen gehalten,
so gelangt die Ventilbüchse überhaupt leer zutage, was häufig genug vorkommt. Außerdem
ist eine große Antriebskraft erforderlich, die in einem sehr schlechten Verhältnis
zu den geförderten Mengen steht. Die Unwirtschaftlichkeit dieses Schöpfbetriebes
wir(1 noch erhöht, wenn der Flüssigkeitsstand auf dem Grunde des Bohrloches sehr
niedrig ist und die Ventilbüchse dann nur in geringem 1Iaße in die Flüssigkeit eintaucht.
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Die Gestängepumpen köillien nur da zur Förderung benutzt «-erden,
wo ganz sandfreie Flüssigkeit vorhanden und die Tiefe nicht zu groß ist, nämlich
.4oo in nicht überschreitet. aber auch unter diesen Verhältnissen bildet das Gestänge
solcher Pumpen, (las aus Holz, Röhren oder massivem Eisen besteht und von Tag aus
durch Schwengel angetrieben wird, infolge des hohen Gewichtes den Grund für die
Anwendbarkeit nur für geringe Tiefen, und deshalb werden auch Gestängepulnpen in
solchen Bohrlöchern, die sandfreie Flüssigkeit liefern, wie beispielsweise in Galizien,
wo nur sandfreies GI vorkommt, nicht angetroffen, wenn die Bohrlöcher tiefer als
4.oo m sind. In Galizien sind die Bohrlöcher durchweg über goo in tief, und es wird
dort nur mit der Ventilbüchse geschöpft oder auch stellen-«-eise mittels des galizischen
Kolbens gefördert.
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Der galizische Kolben ist ein etwa 0,75 m langer Eisenzylinder,
der eine mit einem Schlußventil versehene Längsbohrung besitzt. Dieser Kolben hängt
an einem Drahtseil und ist gegen das Futterrohr abgedichtet. Er wird mit großer
Geschwindigkeit in die Tiefe gelassen, und dabei dringt das Erdöl durch die Mittelbohrung
des Kolbens nach oben. Beim Wiederhochziehen schließt sich das Ventil, und der abgedichtete
Kolben schiebt das abgefangene Erdöl vor sich her, das dann oben aus dem Futterrohr
ausfließt. Hierbei bildet (las Futterrohr den Zylinder der Kolbenpunipe, und es
wird daher in kurzer Zeit durchgerieben; außerdem ist ein sehr großer Kraftaufwand
erforderlich, und die Abdichtung des Kolbens muß ständig erneuert werden, da sie
nur etwa zwei Fahrten aushält. Auch leidet die Wasserabsperrung bei den Bohrlöchern
durch das vom Kolben erzeugte starke Vakuum.
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Die Mammutpumpe stellt eine sehr kostspielige Anlage dar, die auch
einen ebenso kostspieligen Betrieb erfordert, und hat noch den Nachteil, daß das
Bohrloch nie leergepumpt werden kann, weil stets eine gewisse Flüssigkeitshöhe vorhanden
sein muß, wenn eine Förderung stattfinden soll. Die Mammutpumpe eignet sich auch
noch deswegen nicht für die Ölförderung, weil die zur Förderung benutzte Luft das
geförderte 01 emulsiert und dadurch dessen Wert beträchtlich verringert.
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Die Förderung mittels des endlosen Bandes nach L e i e n w e b e r
ist über Versuche nicht hinausgekommen, weil das Band nach kurzer Zeit durchriß
und in der Tiefe verschwand.
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Beim Schöpfbetriebe und bei den Gestängepumpen ist außerdem noch Bedingung.
daß die Bohrlöcher möglichst gerade verlaufen; denn bei stärkeren Krümmungen ist
die Anwendung beider Förderarten nicht mehr möglich.
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Andere Förderarten als die genannten werden nirgends angewendet. Sie
sind. wie oben erwähnt, im Betriebe sehr unwirtschaftlich, insbesondere ist gerade
der am meisten benutzte Schöpfbetrieb der teuerste. Es liegt daher das Bedürfnis
nach einer Förderart vor, die es ermöglicht, wirtschaftlicher zu arbeiten.
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Die vorliegende Erfindung hat nun zum Gegenstande eine Einrichtung,
welche die Nachteile der bekannten Fördermittel beseitigt und zugleich eine hohe
Ausbeute selbst unter ungünstigen Verhältnissen ermöglicht. Zu diesem Zweck wird
nach der Erfindung die Flüssigkeit mittels einer in das Bohrloch hinabgelassenen
Pumpe unmittelbar gefördert, die von einer mit ihr verbundenen, also ebenfalls in
(las Bohrloch hinabgelassenen Kraftmaschine mit umlaufenden Kolben angetrieben wird.
Derartige Maschinen können durch geeignete Ausbildung dahin gebracht werden, daß
sie unter sehr hohen Drucken. bis zu mehreren ioo Atmosphären, arbeiten, und dies
bei einem Durchmesser, der es gestattet, die Antriebsmaschine zusammen mit der Pumpe
in das Bohrloch zu versenken. Auf diese Weise kann die Pumpe auf dem Grunde des
Bohrloches in wirtschaftlicher Weise angetrieben werden, da die Zuleitung des Kraftmittels
durch ein feststehendes
Rohr erfolgt. Es ergeben sich aber noch
weitere besondere Vorteile. Denn wenn zum Antrieb der Maschine mit umlaufenden Kolben
Flüssigkeit benutzt wird, so kann diese unter sehr hohen Druck gesetzt werden und
entwickelt auf dem Grunde des Bohrloches eine hohe Arbeitsleistung, ohne daß die
zugeführtenDruckmittelmengen entsprechend vermehrt werden. Die Pumpe erhält dann
eine Leistungsfähigkeit, die ihr gestattet, außer dem zugeführten Druckmittel noch
beträchtliche Mengen der zu gewinnenden Flüssigkeit zu fördern.
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Wird zum Antrieb der Maschine mit umlaufenden Kolben als Druckmittel,die
zutage geförderte Flüssigkeit selbst benutzt, so wird eine Vermischung der Förderflüssigkeit
mit einer fremden Flüssigkeit und dadurch eine nachträgliche Trennung oder eine
Entwertung der geförderten Flüssigkeit vermieden. Die Druckflüssigkeit wird nach
ihrer Arbeitsleistung der zu fördernden Flüssigkeit aufgemischt und mit dieser zusammen
von der Pumpe zutage gefördert. Die der Maschine entströmende Flüssigkeit kann gegen
den Grund des Bohrloches gerichtet werden, und da- sie auch nach der Arbeitsleistung
noch unter .einem hohen Druck steht, so strömt sie gegen den Grund des Bohrloches
in einem kräftigen Strahl aus, der den Grund stark aufrührt. Wird dagegen zum Antriebe
der Maschine Preßluft benutzt. so kann diese nach ihrer Arbeitsleistung in die Förderleitung
der Pumpe übergeleitet und dann dazu benutzt werden, durch ihren Auftrieb die Arbeitsleistung
der Pumpe zu unterstützen, indem die Luft in ähnlicher Weise wirkt wie bei der Mammutpumpe.
In beiden Fällen bietet die Maschine mit umlaufenden Kolben den Vorteil, daß in
der Druckzuleitung keine starken gefährlichen Stöße oder Schläge entstehen, was
insbesondere bei einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit eintritt, wenn diese
abwechselnd freigegeben und gedrosselt wird. Bei der Maschine mit umlaufenden Kolben
kommen derartige Drosselungen aber nicht vor; da die Kolben bei unveränderter Öffnung
der Zuleitung sich stets gleichmäßig in derselben Richtung fortbewegen.
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Als Pumpe wird zweckmäßig eine Schraubenpumpe oder ebenfalls eine
Maschine von der Bauart der Kraftmaschine benutzt. In beiden Fällen wird die Pumpe
unmittelbar mit der Kraftmaschine gekuppelt, und -wenn als Pumpe eine Maschine benutzt
-wird, die die gleiche Bauart hat -wie die Kraftmaschine, können beide in einem
gemeinsamen Geh:use untergebracht werden, so daß sich eine rohrartige Gestalt, die
keine äußeren Bewegungsteile aufweist, ergibt. Derartige Maschinen besitzen keine
Ventile und können daher unbeschadet Flüssigkeiten fördern, die mit Sand oder ähnlichen
Erdstoffen vermischt sind. Dies bietet die Möglichkeit, mit der Maschine mit umlaufenden
Kolben außer der Pumpe auch noch einen Bohrer zu verbinden, und dann kann die gesamte
Vorrichtung zugleich auch zum Weitertreiben des Bohrloches benutzt werden. Dadurch
wird das besonders bei großen Tiefen kostspielige Ausbauen und Wiedereinbauen der
Pumpe sowie das Einführen und Herausheben des Bohrers vermieden und ein besonderes
Bohrgestänge überflüssig: Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der
zur Ausführung des Verfahrens .dienenden Einrichtung dargestellt. Abb. i zeigt die
Gesamteinrichtung mit zwei gekuppelten Maschinen mit umlaufenden Kolben, von denen
eine als Kraftmaschine, die andere als Pumpe wirkt. Abb. 2 zeigt die Kraftmaschine
mit umlaufenden Kolben in Verbindung mit einer Schraubenpumpe und Abb. 3 die Kraftmaschine
in Verbindung mit einer Schraubenpumpe und einem Bohrer.
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Bei der Einrichtung nach Abb. i befindet sich auf dem Grunde des Bohrloches
q., das in üblicher Weise mit Futterrohren 5 versehen ist, eine doppelte Maschine
mit umlaufenden Kolben 6, deren Kolben ; durch die Druckflüssigkeit in stets gleicher
Richtung angetrieben werden. Die Druckflü ssigkeit wird dem Kolben durch einen Kanal
8 zugeführt, an den ein von oben in das Bohrloch geführtes Leitungsrohr 9 angeschlossen
ist. Die Kolbentrommel io der Maschine mit umlaufenden Kolben besitzt einen zweiten
Satz von Kolben i i, die als Pumpenkolben wirken und mit einem Zuführungskanal 12
und einem Ableitungskanal 13 in Verbindung stehen. Alle genannten Teile und Kanäle
befinden sich in einem gemeinsamen Gehäuse. Der Kanal 13 läuft nach oben in einem
rohrartigen Stutzen 14 aus, der die obere. Mündung des Kanals 8 umgibt, und an den
das Förderrohr 15 angeschlossen ist. Dieses umgibt der ganzen Länge nach das Druckrohr
9. Letzteres ist an eine über Tag befindliche Druckpumpe 16 angeschlossen, deren
Saugrohr 17 in einen Behälter 18 mündet. An diesen Behälter gibt das Rohr 15 die
geförderte Flüssigkeit ab. Wie ersichtlich, wird also zum Antrieb der Maschine mit
umlaufenden Kolben ein Teil der geförderten Flüssigkeit selbst benutzt. Damit hierbei
keine Verunreingungen der geförderten Flüssigkeit in die Druckpumpe 16 und auch
in die von der Druckflüssigkeit angetriebene Kraftmaschine mit umlaufenden Kolben
gelangen, sind Siebe 1g und 2o vorgesehen, die etwaige Verunreinigungen, wie Sand
u. dgl.,
zurückhalten, bevor die Flüssigkeit in @lPs Saugrohr 17
gelangt.
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Die von der Druckpumpe ib durch cla" Rohr 17 angesogene Flüssigkeit
gelangt unter hohem Druck in das Rohr 9 und durch dieses in den Kanal 8 der im Bohrloch
befindlichen Kraftmaschine, wirkt auf die Kolben 7 und tritt. nach Arbeitsleistung
durch den Kanal 21 in den Förderkanal 13 über. Die durch die Kolben 7 in
Umdrehung versetzte Kolbentrommel 1o setzt die Kolben i i in Umdrehung, die als
Pumpenkolben wirken und durch den Kanal 12 die zu fördernde Flüssigkeit, wie Erdöl,
Sole o. dgl., ansaugen und in den Kanal 13 drücken. Hier vermischt sich die
angesogene Flüssigkeit init der aus dein Kanal 31 kommenden Betriebsflüssigkeit,
und die gesamte Flüssigkeitsmenge wird nun durch (las Rohr 15 zutage gefördert.
Da die Betriebsflüssigkeit der geförderten Flüssigkeit entnommen wird, so findet
eine Vermischung der zu fördernden Flüssigkeit mit einer fremden Flüssigkeit nicht
statt.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 ist die 'Maschine O, 7 mit einer
Schraubenpumpe 22 verbunden, (lie im unteren Teile des Förderrohrs r j angeordnet
ist. Das Druckmittelrohr 9 liegt neben dein Förderrohr 15 und mündet durch den Kanal
8 in den Arbeitsraum der Kolben 7. Der Ablaufkanal 21 für (iie aus der Maschine
austretende Betriebsflüssigkeit ist gegen den Grund des Bohrloches d. gerichtet,
und die austretende Flüssigkeit bildet dann einen kräftigen Strahl, der den Grund
des Bohrloches aufwühlt. Die zu fördernde Flüssigkeit tritt durch Löcher 23, die
sich ini unteren Teile des Förderrohrs 15 befinden, in dieses über und ,wird durch
die Schraubenpumpe 22 nach oben gedrückt. Dabei vermischt sich die Betriebsflüssigkeit
schon außerhalb der Pumpe finit der zii fördernden Flüssigkeit.
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Die Ausführungsform der Vorrichtung nach Abb.3 entspricht iin wesentlichen
der in Abb. 2 dargestellten, nur mit dein Unter-@chiede, daß an die Maschine 6,
7 außer der Schraubenpumpe 22 noch unten ein Bohrer 24 angeschlossen ist. Solange
die gesamte Vorrichtung in ihrer jeweiligen Lage verbleibt, streicht der Bohrer
24 über den Grund des Bohrloches frei hinweg, wobei er die l#lüssigkeit stark aufrührt,
und es wirkt darin die ebenfalls von der Kraftmaschine angetriebene Pumpe in gleicher
Weise wie bei der .'-Anordnung nach Abb. 2. Wird dagegen die Vorrichtung durch Nachlassen
der Rohre gesenkt, so gräbt sich der Bohrer 24. in den Grund des Bohrloches d. ein,
das somit ohne weitere Vorkehrungen tiefer getrieben wird, und zwar unter gleichzeitiger
Wirkung der Förderpumpe, so daß die vom Bohrer losgelösten Sand- oder Gesteinsmassen
zusammen mit der Flüssigkeit herausgefördert werden. Auch hier (liegt der aus dem
Kanal 2 i austretende Strahl der Druckflüssigkeit. zur>> Aufwühlen des Grundes.
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Mittels (hr beschriebenen Einrichtung errcicht der Förderbetrieb einen
sehr hohen Grad der Wirtschaftlichkeit, weil die Anschaffung der gesamten Einrichtung
billig ist, der Betrieb nur ein geringes Maß von Wartung und auch nur einen verhältnismäßig
geringen Kraftverbrauch erfordert, die Zusainniensetzung der Flüssigkeit, d. h.
ob sie sandfrei, dünn- oder dickflüssig ist, keinen Einfluß auf die Förderung besitzt,
und endlich die Tiefe und der Durchmesser des Bohrloches keine Rolle spielen, da
die Maschine mit umlaufenden Kolben unter jedem der Tiefe des Bohrloches entsprechenden
Druck arbeiten kann.