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Schöpfkolben für Tiefbohrungen Die Erfindung bezieht sich auf ein
Werkzeug für Ölbohrungen und ist insbesondere auf einen verbesserten Schöpfkolben
zum Entfernen von Flüssigkeiten, Paraffin usw. aus Bohrlöchern oder Förderrohren
gerichtet.
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Wenn der Druck im Öllager um eine Ölbohrung herum so stark abnimmt,
d'aß der natürliche Fluß nicht mehr anhält, stirbt die Bohrung. Mehrere Ursachen
können eine Bohrung zum Sterben bringen, z. B. das Eindringen von Wasser, das Absinken
des G'as-Öl-Verhältnisses, eine Unidichtigkeit in den Verbindungen über Tage, welche
das Gas aus dem Bohrloch entweichen läßt, usw. Unter günstigen Bedingungen ist es
gewöhnlich möglich, ein Fließen hervorzurufen und die Förderung einige Zeit, ohne
daß ein Pumpen notwendig wird, fortzuführen.
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Dlies kann durch Förderung der Flüssigkeit in dem Bohrloch durch einen
Schöpfkolben (szuab) erreicht werden. Im allgemeinen wird dabei ein mit Ventil versehener
Kolben bis zum Boden der Verrohrung an einem Drahtseil herabgelassen. Beim Herablassen
des Kolbens durch die Flüssigkeit im Förderrohr öffnet sich sein Ventil und läßt
die Flüssigkeit nach oben hindurch-treten. Beim Herausziehen des Kolbens aus dem
Bohrloch schließt sich das Ventil selbsttätig, und alle Flüssigkeit oberhalb des
Kolbens wird somit hochgehoben und nach oben gefördert.
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Dhrch Ehtfernung eines Teiles der Flüssigkeitssäule in der Bohrung
wird der Druck am Boden der Bohrung vermindert, und mehr Ö1 und Gas fließen aus
den die Bohrung umgebenden Hohlräumen in dlie Bohrung und bilden somit ein hebendes
Moment für die ganze Flüssigkeitssäule. Die durch den Kolben hervorgerufene Saugwirkung
bewirkt auch eine Abgabe von in Öl gelöstem Gas,
vermindert somit
die mittlere Dichte der Flüssigkeitssäule und ermöglicht damit ein Fließen. Ist
einmal auf diese Weise das Fließen in Gang gebracht, hält es oft für einige Zeit
ohne weitere künstliche Unterstützung an.
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In vielen Ölfeldern enthält das geförderte Öl beträchtliche Mengen
Paraffin, die sich im Bohrloch oder in der Bohrung ansammeln und den Durchfluß beeinträchtigen,
so daß die Bohrung nicht mit der optimalen Geschwindigkeit produziert. In solchen
Fällen ist es oft möglich, die Förderung durch Reinigung der Sonde wiederherzustellen,
Ein Schöpfkolben mit einem oder mehreren nachgiebigen Dichtungselementen wird durch
die Verrohrung des Bohrloches herabgelassen und anschließend wieder herausgezogen,
wobei das Paraffin von der Innenwand der Verrohrung abgekratzt wird.
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Schöpfkolben werden auch zum Entfernen von Flüssigkeiten, z. B. von
Bohrflüssigkeiten aus einer Bohrung, nach Beendigung des Bonrens und vor Beginn
der Förderung angewandt. In vielen Fällen können die Flüssigkeiten schwer durch
Kreislaufspülung aus dem :Bohrloch entfernt werden, können aber stattdessen durch
Schöpfkolben herausgeschafft werden. Beim Schöpfen kann der Kolben anhaken oder
in der Verrohrung stecken bleiben, -wodurch sich ein erheblicher Arbeitszeitverlust
ergibt, bevor er gegebenenfalls wieder freigemacht wird. Els ist daher ein Ziel
der vorliegenden Erfindung, einen Schöpfkolben zu schaffen, der leicht freigemacht
werden kann, wenn er in der Verrohrung steckengeblieben ist.
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Der Schöpfkolben nach der Erfindung kann als ventillos angesehen werden
in dem Sinn, daß er keine Ventilelemente enthält, die besonders hierfür entwickelt
sind und lediglich diesem Zweck dienen. ,Die Ventilfunktionen für die Vorrichtung
werden durch die Zusammenarbeit von Bauteilen Herreicht, die andere Hauptfunktionen
besitzen.
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Der unempfindliche Ventilmechanismus des Schöpfkolbens nach der Erfindung
kann leicht geöffnet oder verschlossen werden, auch wenn sich darin Paraffine oder
harte Fremdkörper festsetzen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Schöpfkolben mit
einer Einrichtung zum Hervorrufen von Erschütterungen ausgestattet. Der Stoßmechanismus
kann durch eine senkrechte Bewegung .des Drahtseiles betätigt werden. Deer Stoßmechanismus
des Schöpfkolbens soll erfindungsgemäß gleichzeitig mit dem Öffnen oder Schließen
der Vorrichtung für die Flüssigkeitsströmung betätigt werden.
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Diese und weitere Zwecke der Erfindung werden aus der Beschreibung,
wie sie in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel erläutert wird, verständlich.
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Die Fig. i und 2 sind Ansichten, teils im Schnitt, von zwei etwas
voneinander abweichenden Ausführungsformen des Schöpfkolbens nach der Erfindung.
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Nach Fig. i der Zeichnung besteht der Kolben aus einer langen Stange
oder einem Dorn i i mit einem verstärkten unteren Ende 12 mit größerem Durchmesser.
Gleitemd auf der Stange i i ist ein langer Rohrkörper oder Mantel 13 angebracht,
dessen Bohrung 14 einen etwas größeren Durchmesser als die Stange ii hat, wodurch
ein ringförmiger Flüssigkeitsweg 15 zwischen der Stange ii und dem Körper
13 geschaffen wird.
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Auf der Außenfläche des Rohrkörpers 13 sind ein oder mehrere Ringe
oder Packungselemente 16 und 16a befestigt, die einen äußeren Durchmesser gleich
der oder etwas :größer als idie nicht bezeigte Verrohrung besitzen, in der der Schöpfkolben
verwendet werden soll.
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Die Ringe können von jeder gewünschten Größe und Form sein oder bestehen
aus mehreren schalenförmigen Kratzern, wie bei i7 :gezeigt ist. DieRinge des Schöpfkolbens
16 worden normalerweise aus einem nachgiebigen Material, z. B. Kautschuk, synthetischem
Kautschuk usw., hergestellt und am Rohrkörper 13 befestigt, der der gesamten Kolbenkonstruktion
Festigkeit verleiht.
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Dias untere Ehde 18 des Rohrkörpers kann, wie gezeigt ist, vergrößert
sein, um eine Auflage i9 zu bilden, auf welcher der unterste Kolbenring 16 ruhen
kann. Eins kurzes rohrförmiges Halsstück 2o kann durch Aufschrauben auf dem oberen
Ende des Rohrkörpers 13 befestigt sein, um die Ringe 16 in ihrer Stellung
auf dem 'Rohrkörper 13 zu halten. Dias Halsstück 2o ist ebenfalls mit einer Längsbohrung
auf seiner ganzen Länge von einem Durchmesser etwas größer als die Stange i i versehen,
wodurch ein ringförmiger Flüssigkeitsweg 21 zwischen der Stange i i und der Innenfläche
22 des Halsstückes 2o gebildet wird.
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Zusätzlich zu dem axialen Flüssigkeitsweg 2 1 ist das Halsstück 2o
auch mit einem oder mehreren horizontalen oder radialen Flüssigkeitsdurchlässen
23 versehen. Die Stange i i hat vorzugsweise zylindrische Form, kann aber auch einen
Ouerschnitt aufweiseni, der quadratisch, sechseckig, achteckig od. dgl. ist. Die
Länge der Stange ist wesentlich größer als die Länge des Rohrkörpers mit dien darauf
befestigten Ringen 16. Vorzugsweise ist die Stange mindestens zweimal so lang wie
der Rohrkörper, wodurch eine erhebliche Bewegung des Rohrkörpers auf der Stange
i i ermöglicht wird.
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Das obere Ende 24 der Stange i i ist. mit einer Gestängeverbindung
25; vorzugsweise einer Gestängeverbindung mit erheblichem Gewicht, verschraubt.
Die untere Fläche 26 der GestängeverbindUng 25 bildet eine Auflage auf der
Stange i i, die vorzugsweise eine Fläche aufweist, die im wesentlichen der oberen
Fläche 27 des Halsstückes 2o entspricht.
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Andere Teile der Ausrüstung, wie eine Drahtseilkupplung oder eine
Schwerstange 28, können am oberen, mit Gewinde versehenen Ende 29 der Gestängeverbindung
25 befestigt sein, um das Absenken des Schöpfkolbens in die Verrohrung der Bohrung
zu erleichtern.
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Wie in Fig. i gezeigt ist, kann die Auflage 30 auf der Oberseite des
verstärkten unteren Endes i2 der Stange ii konisch ausgebildet sein. In diesem Fall
ist die .eingreifende untere Kante 31 des Rohrkörpers mit einem Innenkonus versehen,
um angenähert flüssigkeitsdicht auf dieAuflage 3o zu passen.
In
der Ausführungsfarm nach Fig. 2 besteht der Rohrkörper 13 nach Fig. i aus mehreren
Rohrteilen 32 und 33, an deren Außenfläche einzelne Ringe 34 und 35 fest gelagert
sind.
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Ein rohrförmiges Halsstück 36 mit radialen Flüssigkeitsöffnungen kann
gleitbar über dem obersten Ring 34, ohne an ihm fest befestigt zu sein, gelagert
sein. Falls gewünscht, können radiale Flüssigkeitsauslässe 38 in der unteren Fläche
3c9 der Gestängekupplung 4o an Stelle von Öffnungen 37 im Halsstück 36 aus dem weiter
unten beschriebenen Zweck angebracht werden.
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Wenn einzelne Kolbenringe 32, 34 und 33, 35 gleitbar auf der Stange
i i zusammen mit dem Halsstück 36 angebracht sind, sind die oberen und: unteren
Flächen dieserElemente und die untere Fläche: des Halsstückes 36 vorzugsweise konisch,
z. B. bei 41, 42 und 43, ähnlich der konischen Auflage 30, wodurch alle vorgenannten
Teile zeitweise ineinaniderfassen und miteinander eine nahezu flüssigkeitsdichte
Verbindung bilden.
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Bei Inbetriebnahme des Schöpfkolbens wird der Apparat am unteren Ende
der Schwerstange 28 befestigt, die wiederum am unteren Ende eines Drahtseiles aderKabels,
die nicht gezeigt sind, aufgehängt ist, und in das nicht gezeigte Förderrohr herab-;gelassen.
Beim Herablassen des Kolbens in die Bohrung reiben die Außenkanten der tassenförmigen
Ringe 17 an den Wänden des Förderrohres, wodurch die tassenförmigen Ringe 17 mit
dem Rohrkörper i 3 auf der Stange i i bewegt werden, und zwar nach oben, so daß
die obere Fläche 27 des Halsstückes 2o in die untere Fläche 26 der Gestängekupplung
25 eingreift. Wenn der Schöpfkolben in dieser Stellung herabgelassen wird, tritt
dieFlüssigkeit in der Bohrung durch den ringförmigen Flüssigkeitsweg 15 nach oben
hindurch und aus den Flüssigkeitsöffnungen 23 in dem Halsstück 2o aus.
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Wenn der Kolben aus derBohrungherausgezogen wird, bewirkt das Hochziehen
an dem nicht gezeigten Kabel, daß die Stange i i sich nach oben bewegt, wobei der
Rohrkörper mit den Ringen zunächst nicht mitgenommen wird, bis die konische Auflage
3o am unteren Ende der Stange i i auf dem konischen Sitz 31 am unteren Ende des
Rohrkörpers 13 aufsitzt und so das untere Ende der ringförmigen Flüssigkeitswege
15 umschließt und das Entweichen von Flüssigkeit durch diese nach unten zu verhindert.
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Beim weiteren Hochziehen der Vorrichtung gleiten die Ringe 16 reibend
an der Wand des Förderrohres und verhindern ein Entweichen von Flüssigkeit. So werden
Flüssigkeit, Schlamm, Abfälle oder angesammeltes Paraffin oberhalb der Ringe 16
zur Oberfläche der Bohrung bewegt.
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Wenn der Schöpfkolben ini der Verrohrung der Bohrung beim Herausziehen
aus der Böhrung oder beim Einlaufen in die Bohrung hän:genbleibt, wird das Hochziehen
oder Herablassen- gestoppt und, das Kabel sofort entspannt, so daß die Schwerstange
und die daran befestigte Stange i i plötzlich herabfallen können, wobei die untere
Fläche 26 der Gestängekupplung 25 hart auf die Fläche 27 des Halsstückes 2o aufschlägt.
Wenn diese Arbeitsweise die tassenförmigen Ringe in dem Förderrohr nicht löst, kann
diese Arbeitsweise mehrmals wiederholt werden, bis durch die Erschütterungen die
Vorrichtung gelöst ist.
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Während normalerweise bei den Erschütterungen nur eine kleine Menge
der gehobenen Flüssigkeit entweicht, kann es in einigen Fällen wünschenswert sein,
das Zugseil ohne Spannung zu lassen, bis alle Flüssigkeit oberhalb des Kolbens 16
durch die Öffnungen 23 und den Durchtrittsweg 15 zum Boden der Bohrung hindurchfließt.
Nachdem das Flüssigkeitsgewicht oberhalb des Kolbens entfernt ist, können die Erschütterungen,
falls notwendig, in der oben beschriebenen Weise wiederholt werden, und die Vorrichtung
kann aus der Bohrung herausgezogen oder, wieder in diese eingelassen werden. Das
Schöpfen kann manchmal, falls notwendig, wiederholt werden, um alle Flüssigkeit
oder andere Stoffe aus der Bohrung zu entfernen.
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Es sei bemerkt, daß der Schöpfkolben nach der Erfindung mit Mitteln
zum iurchlasseni von Flüssigkeit versehen ist, die offen sind, wenn die Vorrichtung
in das Bohrloch einläuft, und somit ihr schnelles Absinken zum Boden der Bohrung
ermöglichen. Bei Entfernung der Vorrichtung aus der Bohrung werden diese Mittel
zum Hindurchtreten der Flüssigkeit selbsttätig geschlossen. Gleichzeitig kann die
Vorrichtung beim Hängenbleiben im Bohrloch durch einfache Betätigung des sie tragenden
Drahtseiles erschüttert werden.