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Einrichtung zur Regelung des Öl- oder Gasabflusses bei Rohrbrunnen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung des C51- oder Gasabflusses
bei Rohrbrunnen.
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Es sind Einrichtungen bekanntgeworden, die zur Ölförderung lediglich
eine einzige Regelvorrichtung im Brunnenrohr am Grunde des Bohrloches aufweisen,
wobei ein in dem Brunnenrohr angebrachter Ventilsitz mit einem axial verschiebbaren
Innenrohr zusammenwirkt. Hierbei besteht jedoch einerseits der Nachteil, daß eine
genaue Ventileinstellung zur Regelung des Durchflusses meist schwierig und zeitraubend
ist. Außerdem muß der Rohrkopf zusammen mit den von ihm abzweigenden waagerechten
Abflußleitungen an der senkrechten Verschiebung des Innenrohres teilnehmen, was
einen Gelenkanschluß erfordert. Ein sölcher ist jedoch bei den hohen wechselnden
Betriebsdrücken nicht genügend, dicht zu halten.
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Demgegenüber wird gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl am unteren
Ende des Brunnenrohres als auch im Rohrkopf je ein Ventil angeordnet. Hierdurch
wird die Möglichkeit gegeben, das untere Ventil bei völlig geschlossenem oberen
Ventil voll zu öffnen und darauf das obere Ventil langsam so weit zu öffnen, daß
sich ein bestimmter Strömungszustand ausbildet. Nach dieser Regelung wird das untere
Ventil langsam geschlossen, bis es die Strömung über Tage beeinflußt; hierauf wird
das obereVentil langsam weiter geöffnet, bis sich der Strömungszustand wieder ändert.
Diese Vorgänge werden so lange wiederholt; bis das obere Ventil völlig geöffnet
ist und das untere Ventil allein die gesamte Regelung übernommen hat. Dieser Zustand
tritt insbesondere bei solchen Brunnen ein, deren Fördermenge gering und bei denen
das Verhältnis der Ölmenge zur Gasmenge groß ist. Die Einregelung mit zwei Ventilen
gemäß der Erfindung kann in verhältnismäßig kurzer Zeit am Rohrkopf ohne Abbauen
irgendwelcher Brunnenteile oder Unterbrechen der Förderung stattfinden, während
die Einregelung bei ausschließlichem Vorhandensein oder ausschließlicher Benutzung
des unteren Ventils erfahrungsgemäß oft mehrere Tage dauert.
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Die gemeinschaftliche Verwendung eines unteren und eines oberen Ventils
ist auch insofern vorteilhaft, als dann die Größe der Rohrleitungen zur Erzielung
der günstigsten Strömungsgeschwindigkeiten auf Grund der neben dem oberen Ventil
angezeigten Drücke bestimmt werden kann.
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Weiterhin sind bei der vorliegenden Erfindung keine Gelenkverbindungen
zwischen dem Rohrkopf und den Abzweigleitungen erforderlich, da der Rohrkopf nicht
an der Verschiebung des Innenrohres teilnimmt. Dies
wird gemäß der
Erfindung dadurch ermöglicht, daß das Innenrohr teleskopartig indem ortsfesten Verrohrungskopf
verschiebbar ist. Hiermit ist die-Ursache von Betriebsstörungen beseitigt, da die
Rohranschlüsse starr ausgebildet und insbesondere gegenüber hohen Betriebsdrücken
zuverlässig abgedichtet werden können. -Die Erfindung ist in der Zeichnung erläutert,
und zwar ist Abb. i ein senkrechter Schnitt der Einrichtung gemäß der Erfindung.
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Abb. 2 bis 6 sind horizontale Schnitte nach den Linien 2-2, 3-3, 4-4,
5-5 und 6-6 der Abb. i.
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Abb. 7 ist eine teilweise geschnittene senkrechte Ansicht einer Ausführungsform
der Erfindung, bei der das Rohr mit hydraulischen Einrichtungen senkrecht versc'h:oben
wird.
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Abb. 8 ist ein senkrechter Schnitt - eines Teiles der Einrichtung
gemäß Abb.7 und zeigt, in welcher Weise die Bewegung des Rohres die Vorrichtung
zum Vermindern der Strömung verstellt.
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Abb.9 und 1o sind waagerechte Schnitte nach den Linien 9-9 und i o-i
o der Abb. i. Es ist zu beachten, daß in jeder Ölquelle eine gewisse Gasmenge fließt,
in der Öl vorhanden ist. Reicht die Gasmenge aus, so fließt das Öl von selbst. Das
Verhältnis des Gases zum Öl hängt naturgemäß von vielen Faktoren ab, z. B. von der
Größe des Flüssigkeitsstranges, der Schwere des Öles und der Tiefe der Ouelle. Die
Geschwindigkeit, mit welcher die -Gassäule sich bewegt, ,hängt unmittelbar von der
Ölmenge ab, die sie mitführen kann, und demgemäß von dem Verhältnis des Gases zum
Öl. Bewegt sich die Säule zu langsam, so vermehrt sich das Abgleiten. Bewegt sie
sich zu schnell; so steigt die Reibung und die Turbulenz. Mit Hilfe von Köpfen,
die am Boden und an der Oberfläche einstellbar sind, kann die Geschwindigkeit der
Flüssigkeitssäule leicht geregelt werden und können dieselben-und bessere Ergebnisse
erzielt werden, als wenn ein :sich verjüngendes Rohrsystem ohne diese Regelung verwendet
wird. , In den Abb. i bis 6 bezeichnet 7 ein an sich bekanntes Brunnenrohr, das
an seinem oberen Ende mit einem Kopf 8 versehen. ist.
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An einer passenden Stelle wird .ein Anker 9 und ein .Ventil io angebracht,.'das
einen: Teil des ruhenden Teiles am Boden der Vorrichtung bildet. Dieses Glied ist
hohl und. mit Öffnungen ix für den Austritt der aufsteigen-. den Flüssigkeit versehen.
Eine kegelförmige Sitze 12. befindet sich an dem, oberen Ende dieses Kopfes.
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Das bewegliche Glied 13 besteht aus einer. Hülse mit einer inneren
ringförmigen Schulter 1q., welche die Spitze des Kopfes io umgibt und auf der Schulter
15 des Kopfes aufruhen kann, wenn der Flüssigkeitsstrom abgesperrt werden soll.
Ein Mantel 16 bildet einen Teil der Hülse und liegt dicht an der inneren Oberfläche
des Rohres 1 7, das an dein Kopf mit Hilfe eines mit Gewinde versehenen Rohrstückes
18 befestigt ist. Der Mantel verhinjert das Eintreten von Sand in den Raum zwischen
Hülse und Rohr und damit eine Störung der Einstellung der Hülse.
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Die Hülse wird in einer geradlinigen Bewegung ohne Drehung gehoben
oder gesenkt, um die Öffnung zwischen der Schulter 1.1 und dem Ende 12 zu regeln.
Zu diesem Zweck ist die Hülse mit einer Schraubverbindung 19 an dem Rohrstrang 2o
befestigt.
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Der obere Teil des Rohrstranges gelangt durch eine Packung ä1 zu dem
oberen Teil der Verrohrung und eine Packung 22 zu dem Kopf 23. Ein Keil 23a, der
an dem Rohr 2o befestigt ist, gleitet in einer senkrechten Vertiefung 23b des Kopfes
23, so daß eine Drehung des Rohrstranges 2o verhindert wird.
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Die Köpfe sind miteinander durch Stangen 2q. verbunden, die mit dem
oberen Teil der Verrohrung mit Hilfe von herausnehmbaren Stiften 25 in Verbindung
stehen, so. daß der obere Teil des Rohrsystems entfernt werden kann, wenn man die
Einrichtung aus der Quelle herausnehmen will.
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An dem oberen Abschnitt des Systems -befindet sich ein ringförmiger
Flansch 2fi, der in einen mit Gewinde versehenen ' Kragen eingepaßt ist, der aus
einem -oberen Teil 27 und einem unteren Tei128 besteht. Diese beiden Teile werden,
z. B. mit Bolzen 29, zusammengehalten. ." An dem Kopf des Röhrsyst@ms. befindet
sich ein nach abwärts ragender, mit Gewinde versehener Teil 30, dessen Gewinde
sich in verschiedenen Richtungen von den Gewinden des Teiles 27, 28 erstrecken,
-und zwar bilden diese Rechts- und Linksgewinde 31 und 32,
die in eine Mutter
33 eingreifen. Da der obere Rohrabschnitt in den Führungen 21 -und -22 gleiten kann,
so bewegt sich, wenn die Mutter 33 gedreht wird, das System geradlinig, ohne sich
zu drehen. Es wird also eine Hebung oder Senkung des Mantels 13 hervorgerufen, je
nach der Richtung, in der die Mutter- gedreht wird.
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Diese Einrichtung wird zweckmäßig in Verbindung mit einem bekannten
Strömungsregler 34 verwendet; der durch ein Rohrstück 35 mit dem Rohrkopf verbunden
ist. Sein von Hand einstellbarer kegelförmiger Köpf 36 steht mit einer Öffnung 37
in Einwirkung, durch welche .die Flüssigkeit in' ein Strömungsrohr 38 fließt, das
zu einem Öl- 'und. Gastrenner, der in der Abbildung nicht dargestellt ist, führt.
Im
Betriebe wird der Regler 34- geöffnet. Das Bodenloch . kann dann geöffnet werden,
indem die Mutter 33 nach rechts- gedreht wird, so daß die Gewindeglieder 27 und
28 auf den Flansch 26 einwirken und damit das Rohr 20 anheben. Wenn- dies
eintritt, so hebt die Hülse 13 die Schulter 14 von dem- Innenteil 15 ab.
01 und Gas strömen dann- durch die Öffnungen i t in die Hülse und von hier.
durch das Rohr zur Oberfläche. Man kann, jede Öffnungsgröße bis zu der vollen öffnung
des Rohres erzielen.- Dasselbe gilt für den oberen Regler 34. Es ist auf diese Weise
möglich, einen Druckunterschied zu erhalten, der zwischenotind.dein höchsten Bildungsdruck
liegt.
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Anstatt eine mit Gewinde versehene -Einrichtu.ng zu verwenden; -um
das Röhr zu heben, 'hat es sich äls zweckmäßig erwiesen, die hydraulische Einrichtung
-auszubilden, die in den Abb. 7 bis io dargestellt. ist. Hier bezeichnet 511 das
Brunnenrohr, an dessen oberem Ende; z. B. mit Schrauben 6,a, ein Kopf 711 befestigt
ist: Ein besonderer Halter 811 liegt auf dem Kopf auf und ist- abnehmbar an diesem
befestigt, z. B. mit Bolzen 911: Dieser Halter hat einen Vorsprung i o11, in dem
- eine drehbare Welle i i11. gelagert ist, an der sich eine Kurbel i2¢ befindet.
Wie in Abb. io erkennbar, trägt das innere Ende der Kurbel, die dem in dem Rohrsystem
herrschenden-Druck unterworfen ist und in den Kopföffnungen 13,1 vorgesehen sind,
eine Mehrzahl von Armen i411. Jeder dieser Arme ist mit der Welle gtarr verbunden
und an ihrem äußeren Ende, wie bei i511 erkennbar, mit einem Halter 16a schwenkbar
verbunden. Dieser enthält-innere Zähne i711,- welche das Rohr i811 ergreifen. Der
Rohrkopf hat eine verjüngte Öffnung i911, die mit dem Halter -i6a-zusammenwirkt,
so daß sie dicht an dem Rohr angreift, wenn sein Gewicht das Rohr nach abwärts zieht.
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Eine Platte 2o11 mit einer Packung 21a bildet einen Abschluß für das
obere Ende des Verbindungsstücks 811.
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Es ist zu beachten, daß das Stück 811 und seine Bedeckung 2o11 ein
abgeschlossenes Gehäuse bilden, dessen Inneres dem Innendruck, der in dem Rohr 511
herrscht, unterworfen ist. Die Einrichtung kann ferner in jeder Umgebung verwendet
werden, wo es darauf ankommt, die Stücke 16a von außen zu überwachen, während sie
dem inneren Druck der Quelle unterworfen sind. Man kann also die Einrichtung mit
oder ohne besondere Mittel zum Anheben des Rohres 18a verwenden.
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Wie oben erwähnt, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders zur
Betätigung eines unteren Leitungskopfes geeignet. Wie erkennbar, ist der Teil 22a
in der Verrohrung in geeigneter Weise verankert und mit einem stationären Ventilkopf
23x starr verbunden. Eine Muffe 24a, die an dem unteren Ende der Verrohrung angebracht
-ist, kann -mit' dieser in bezug auf den hopf ä3"- gehoben und gesenkt werden, so
daß der Durchfluß zwischen letzterem und dein Inneren der Muffe 24a geregelt wird.
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Zur leichten Einstellung wird das obere Ende des Hauptteiles der Verrohrung
25a an einem Kolben 26a befestigt, der sich in einem Zylinder 27a hin und her bewegt.
Das untere Ende des Zylinders wird vorteilhaft auf der Unterlage 811 und der Platte
2o11 mittels .Bolzen 2811 fest, aber abnehmbar angebracht, während das obere Ende
des Zylinders verjüngt ist und in einen Hals 29a ausläuft. Ein Rohrabschnitt 3o11
gleitet mit seinem oberen Ende in dem Hals 29a, so daß eine teleskopische Verbindung
3z11 entsteht. Das untere Ende des Rohrabschnitts ist fest, aber abnehmbar mit dem
Kolben bei 3-2a verbunden.
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Ein kombinierter Leitungskopf l3-" mit einstellbarem Durchfluß ist
an dem.oberen Ende des Halses, 29a abnehmbar befestigt. Die Leitung 34a führt von
der Vorrichtung 33a zu
dem gewöhnlichen Öl- und Gasseparator, der auf der
Zeichnung nicht dargestellt ist.
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Vorzugsweise wird Flüssigkeit -zur Bewegung des Kolbens 26a verwendet.
Diese Flüssigkeit ist in einem Behälter 35a aufgespeichert, der ein Auslaßrohr 36a
mit einem Regelventil 37a trägt. In die -Rohrleitung 36a ist ein geeigneter Druckerzeuger,
wie z. B. eine Handpumpe 38a, eingeschaltet, um Flüssigkeit aus dem Behälter in
ein Rohr 39a hineinzudrücken, das in den Zylinder:27a unterhalb des Kolbens 26a
führt. Eine Rückleitung 4o11 verbindet das Rohr 3911 -mit dem Behälter und ist mit
einem- Regelventil 4i11 versehen.
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Der Behälter 35a hat ein Fassungsvermögen pro Längeneinheit, das dem
Verdrängungsr aum des Kolbens 26a pro Längeneinheit seines Weges entspricht. Ein
Meßglas 42a an dem Behälter zeigt den Flüssigkeitsspiegel in ihm an. Eine feste
Skala q.311, die seitlich an dein Meßglas angebracht ist, zeigt die Höhe des Flüssigkeitsspiegels
in der Längeneinheit und Bruchteilen derselben an. Ein Manometer 44a ist mit dem
Rohr 39a verbunden und zeigt den Flüssigkeitsdruck in dem Zylinder 26a an. Hierdurch
kann nicht nur der reguläre Druck abgelesen, sondern es können auch Undichtigkeiten
ermittelt werden.
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Wirkungsweise Zum Anheben des Rohres 18a oder eines anderen Ventilmechanismus
wird Druckflüssigkeit-aus dem Behälter 35a mittels der Pumpe 3811 durch die Leitungen
36a und 39a in den Zylinder 27a hineingepumpt. Hier-.
durch werden
der Kolben 26Q und die an ihm hängenden Teile angehoben. Der Betrag, um den das
Rohr gehoben wird, kann an dem Meßglas 42a und der Skala 43a abgelesen .werden.
Sobald das Rohr um einen bestimmten Betrag gehoben werden soll, wird die Kurbel
i l11 gedreht, so daß die Klemmbacken i611 gelöst werden und das Rohr frei durch
sie hindurchgleiten kann. Ist dann'das Rohr um den gewünschten Betrag angehoben,
dann wird das Pumpen unterbrochen, die Klemmbacken werden in ihre ursprüngliche
Klemmlage gebracht, so daß das Rohr in dieser Stellung festgehalten wird.
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Um das Rohr herunterzulassen, wird die Pumpe 38a zuerst so betätigt,
daß sie den Kolben leicht anhebt, und dann der Kurbelgriff gedreht, so daß die Klemmbacken
außer Eingriff kommen. Hierauf wird das Ventil 41a geöffnet, das Gewicht des Rohres
drückt dann den Kolben herunter und die Flüssigkeit in dem Behälter durch die Leitungen
39a und 4o11 zurück. Ist das Rohr genügend gesenkt, dann wird die Kurbel 1211 gedreht,
so daß die Backen 16" das Rohr wieder einklemmen.
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Wenn man die Bewegungen des Kolbens an dem Zylinder 27a sichtbar machen
will, dann kann eine Meßstange 45a auf den Kolben aufgesetzt und durch eine Stopfbüchse
46a am oberen Teil des Zylinders hindurchgeführt werden. Diese Stange wirkt mit
einer aufrechten Skala 4711 zusammen, die an dem Zylinder befestigt ist.